基于鋰電池放電特性的DVS研究.pdf

1、現代移動電子設備隨著其性能的不斷提高需要消耗越來越多的能量，而在過去的十多年中電池技術的發展遠跟不上移動設備對能量需求的增長，因此移動設備能量需求的快速增長和電池容量緩慢提高之間的矛盾日益突出。動態電壓調節(DVS)是降低移動設備能耗的有效技術之一，而移動設備常用的鋰離子電池具有輸出電壓高、容量密度大等優點，但其容量和電池負載之間存在復雜的非線性關系。因此，DVS策略需要考慮電池放電特性才能充分利用電池容量，延長移動設備的電池壽命。

2、 本文針對電池放電特性、電池模型和DVS策略進行分析研究并展開了基于電池放電特性的DVS策略研究。準確的電池放電特性和精確的電池模型是實現DVS策略最大化電池壽命的基礎。本文通過對電池放電過程中發生的電化學反應進行抽象和簡化，得到了電池電壓變化表達式。通過對Rakhmatov電池模型的分析，本文得到了鋰電池容量消耗特性，實驗中電池電壓的變化驗證了該特性。通過對Rakhmatov電池模型在誤差許可范圍內的簡化，本文提出了一種簡單而精確

3、預測鋰離子電池壽命的電池解析模型，分析表明當常數負載電流小于I<,th(α，β，ε)時該模型和Pakhamtov模型預測電池壽命間的誤差小于ε。多數的DVS策略是基于僅考慮處理器能耗的任務模型，但應用中任務能耗不僅和處理器相關，還和其他系統元件相關，這些策略不能得到以最小化系統能耗為目標的DVS問題的最優解。為了求解該DVS問題，本文提出了基于空閑時間分配的DVS策略(slack time distribution algorithm，

4、STDA)，算法把該DVS問題等效為空閑時間分配問題并把空閑時間逐步優化地分配給各個任務，分析指出STDA算法產生的能耗能夠趨近到該DVS問題的最小能耗。由于實際應用系統的能耗模型和理論能耗模型間存在差異，為了在PMP(portable media player)系統上驗證STDA算法，本文根據PMP系統能耗模型特點提出了適用于PMP系統的STDA算法。 針對多數現有基于電池放電特性的DVS策略(battery-aware DV

5、S，BADVS)中空閑時間分布不合理的缺陷，本文提出了空閑時間分布調整過程，它對現有BADVS策略形成的任務調度中空閑時間在各個任務間的分布進行優化，在這些策略基礎上進一步減少電池容量消耗。提出的BADVS策略除了優化空閑時間分布，同時還實現了電池耗盡的判定和處理。為了在PMP系統上驗證BADVS算法，本文結合電池容量消耗特性提出了適用于PMP系統的BADVS算法，它在電池理想放電和非理想放電兩個階段分別采用不同的優化方法。 實

6、驗表明，本文提出的電壓表達式能夠比較準確地預測放電過程中電池電壓變化，預測曲線和測量曲線的相似度高。提出的電池模型在常數負載情況下預測的電池壽命和 Rakhmatov模型預測壽命間的誤差小于1％，而變化負載模型情況下模型預測的電池壽命精度和負載分布相關。PMP系統上的仿真實驗結果表明，適用于PMP系統的STDA算法的能耗接近于PMP系統能耗的理論下限；適用于PMP系統的BADVS算法能有效地減少電池容量消耗，增加電池壽命內系統完成的負載