微软专利通过均衡剩余电量来提高AR/VR头显整体续航时间
均衡电池的剩余容量来平衡剩余电量，从而提高头显的整体续航时间
（映维网Nweon 2023年09月15日）头戴式设备可以使用一个或多个电池供电。更大的电池可以增加续航，但会增加重量，从而降低舒适度。所以在设计一体机时，必须在舒适性和续航时间之间进行权衡。
在名为“Battery pack remaining charge balancing system”的专利申请中，微软提出可以通过控制器接收或访问每个电池的状态，并控制至少一个电池的放电和充电，通过尝试均衡电池的剩余容量来平衡剩余电量，从而提高头显的整体续航时间。
另外，头显可以在一侧电池比另一侧电池放电快的环境中操作。如果佩戴者处于阳光照射在头显一侧的环境中，就会产生较高的温度。这可能会导致一个电池比另一个电池放电快。通过控制电池的充放电来平衡两种电池的剩余容量，可以提高续航时间，增强佩戴者的体验。
图1是头戴设备系统100的模块功率图，并显示了各种组件之间的电源连接。系统100包括用于耦合到右侧电池组115的右侧电池组接口110，以及用于耦合到左侧电池组125的左侧电池组接口120。
左右电池组接口110和120可以具有确保电池组位置的机械保持功能，以及用于向电池组和从电池组之间传输电流的电气连接。在进一步的实施例中，系统100可容纳两个以上的电池组。
第一和第二电池组接口110和120通过各自的第一和第二负载开关130和135通过导体137和138耦合到至少一个负载，导体137和138同时通过在电池组115和125之间具有导体139的电阻140的导体139耦合。每个负载开关具有耦合到各自电池组接口的第一侧，以及耦合到导体137和138的第二侧。其中，导体138用作系统电源轨。
在一个示例中，负载包括通过具有电阻148的导体147耦合的负载142和145。在导体153中使用二极管151将导体137与导体147耦合，当连接到各自的电池组接口110和120时，完成负载142和145与左右电池组115和125的连接。
系统100同时包括具有充电器输入155的充电电路。充电电路可以是具有用于给两个电池充电的输出的单个电路，或者可以是独立的左、右充电电路160和165。
在所示的示例中，左充电电路165耦合到充电器输入155并向右充电电路160提供电源。具有耦合到导体137和138的输出的充电电路。
在一个示例中，如果电池提供的电压低于所需的电压，充电电路165可以作为降压充电器运行以控制导体138的电压水平到所需的水平。二极管151防止来自负载的电流返回到右充电电路160。
左右电池组接口110和120分别通过导体170和172耦合到电路175。一个示例中的OR电路175包括耦合到导体170和172的各自二极管177和178，以在导体180上向低压差稳压器182提供模拟输出。
低降压调节器182向控制器185提供电源。所述电池组连接到各自的电池组接口，并且具有足够的剩余容量以提供高于低降稳压器183截止电压的电压，以响应其中至少一个电池组提供电源。可将截止降电压调整为为控制器185的操作提供足够电压的电平。
第三负载开关190可以耦合到导体180和导体138。可以控制开关190，使得当指定为主充电器的左充电器165通过充电器输入155连接到电源时，即便没有连接电池都向控制器185供电。
控制器185可以耦合以通过左右电池接口110和120接收状态信息，如果连接并且含有足够的电荷以产生充电状态信息，可以接收来自左右电池组115和125的剩余容量信息。
控制器185同时可以耦合到左右充电器160和165，以接收关于是否可充电的状态信息。根据状态信息，控制器耦合到第一、第二负载开关130和135，并且控制负载开关，从而独立控制左右电池组115和125的放电。根据电池组的可用性、剩余容量和平衡情况，控制器185将选择哪个电池组或多个电池组。
图2示出控制器185根据接收到的剩余容量信息，通过控制左右负载开关130和135进行平衡的放电状态图200。放电状态图200从通电状态210开始。
在仅放电状态215的左电池组中，左电池组125处于闭合左负载开关135和打开右负载开关130进入的放电状态。状态210转换到状态215，以响应被满足的三个条件中的至少一个，包括只有左侧电池组具有足够的剩余容量；或者即使连接了右侧电池组，都只有左侧电池组具有可用的剩余容量；或者左侧电池组的剩余容量高于右侧电池组的剩余容量阈值。
在仅放电状态225的右侧电池组中，右侧电池组115处于闭合右侧负载开关130和打开左侧负载开关135进入的放电状态。状态210转换到状态225，以响应被满足的三个条件中的至少一个，包括只有右侧电池组具有足够的剩余容量；或者即便连接了左侧电池组，都只有右侧电池组具有可用的剩余容量；或者右侧电池组的剩余容量高于左侧电池组的剩余容量阈值。
放电状态230的两个电池组可以从如上232所示的通电状态210进入，以响应两个电池组连接并且两个电池组都有可用电荷，且两者的剩余容量差小于或等于剩余容量阈值。
状态230可以进展到如图233所示的系统关闭状态220，以响应两个电池都不能提供电源。在两个电池组放电状态为230时，两个电池组都是平衡的，并为系统供电。
在图2中所示的状态之间同时具有其他几种转换，这基于剩余容量状态信息的变化而发生。例如，仅放电状态215的左电池组可以根据左电池组无法提供足够的功率而右电池组有足够的剩余容量，或者右电池组RM高于左电池组阈值，过渡到240处所示的仅放电状态225的右电池组。
同样，仅放电状态225的右侧电池组，在左侧电池组剩余容量足够的情况下，右侧电池组无法提供足够的电力，或者左侧电池组高于右侧电池组阈值时，可以过渡到242所示的仅放电状态215的左侧电池组。
在两个电池组放电状态230时，除了响应两个电池组到达终止或同时分离而过渡到系统关闭状态外，系统将失去功率。状态230可以根据状态信息的变化仅过渡到在250和252处所指示的电池组放电状态中的一种。示例包括其中一个电池组分离或达到终止电压，而另一个电池组具有足够的剩余容量。
最后，系统关闭状态220可以响应任一电池组连接到可用的足够剩余容量而转换回电源打开状态210。
在图3中，充电状态图300示出了当充电器可用于向所附电池组提供充电时的各种状态和状态之间的转换。充电状态可以与放电状态并行存在。从如312所示的所有其他状态进入等待包状态310，以响应两个电池组被分离并且连接正在使用的充电电缆。在过渡315处，检测到至少一个电池组连接，从而进入充电器连接/复位状态317。
为了响应仅连接左电池组或在两个电池组都连接但RM_Right-RM_Left>ΔRM_Max的情况下，从状态317进入仅充电状态320的左电池组，如过渡322所示。
类似地，为了响应仅连接右侧电池组或在连接两个电池组但RM_Left-RM_Right>ΔRM_Max的情况下，从状态317进入仅充电状态325的右侧电池组，如过渡327所示。
如果两个电池组都连接AND |RM_Right-RM_Left<=ΔRM_Max，则两个电池组从状态317进入充电状态330，如过渡状态332所示。
如过渡336、337、338所示，可以从状态320、325和330中的任何状态进入不充电状态335，以响应正在使用的充电电缆被分离并且连接至少一个电池组。状态335没有电池组在充电。如果在这个状态下连接了正在使用的充电电缆，并且至少有一个电池组依然连接，则状态在339处转换回充电器连接/重置状态317。
如过渡340、345、350和355所示，在充电状态330的两个电池组和充电状态320的左右电池组之间可以发生其他状态转换。左侧电池组充电状态320在340处转变为两个电池组充电状态320，以响应右侧电池组被连接AND | rm_right rm_left |<ΔRM_Allowed。
同样，在左侧电池组被连接AND |RM_Left-RM_Right|<ΔRM_Allowed时，右侧电池组充电状态325在345处转变为两个电池组充电状态320。
换句话说，如果剩余容量相当平衡，两个电池组都将充电。
使用多种放电和充电状态同时提供了在更换外部电池时继续工作的能力。电池也可以根据剩余容量进行平衡。在一个例子中，所有状态都设计为平衡剩余电池。平衡这个术语并不是要求在剩余电量中保持精确的平衡，而是通过状态转换对充电和放电的控制，使电池的剩余容量保持在或接近选定的阈值水平。
在图4中，充电状态图400说明了当充电器直接连接到其中一个电池组时的各种状态和状态之间的转换。充电状态可以与放电状态并行存在。响应于将正在使用的充电电缆连接到所附的左电池组，发生向所附充电器/复位状态415的过渡410。
为了响应仅连接左电池组或在两个电池组都连接但RM_Right-RM_Left>ΔRM_Max的情况下，从状态415进入仅充电状态420的左电池组，如过渡422所示。
同样，为了响应两个电池组被连接并且RM_Left-RM_Right>ΔRM_Max，从状态415进入一个仅充电状态425的右电池组，如过渡427所示。
如果两个电池组都连接AND |RM_Right-RM_Left|<=ΔRM_Max，则两个电池组从状态415进入充电状态430，如过渡432所示。
如过渡440、445、450和455所示，在充电状态430的两个电池组和充电状态420的左右电池组之间可以发生其他状态转换。左侧电池组充电状态420在440处转变为两个电池组充电状态420，以响应右侧电池组正在连接AND | rm_right rm_left |<ΔRM_Allowed。
同样，由于左侧电池组连接AND |RM_Left-RM_Right|<ΔRM_Allowed，右侧电池组充电状态425在445处转变为两个电池组充电状态420。换句话说，如果剩余容量相当平衡并且两个电池组依然连接，则两个电池组都将充电。
图5示出用于控制多个电池组中的剩余容量的计算机实施方法500流程图。
从510开始，通过访问通过第一负载开关耦合到负载的第一电池组接口的第一状态。
在操作520，还访问通过第二负载开关耦合到负载的第二电池组接口的第二状态。访问可以包括从电池组接收控制器上代表状态的一个或多个信号，轮询电池组，或访问状态的存储位置。
在操作530，比较第一状态和第二状态。
在操作540，根据比较选择性地控制第一和第二负载开关为开或关。控制第一和第二开关可以通过控制第一和第二电池组的放电和充电来平衡第一和第二电池组中的剩余容量。控制放电可以独立于控制充电而进行。在一个例子中，电池组要么充电，要么放电，但不能两者兼而有之。
在操作550，检测充电器连接。充电器连接的指示可以被添加到第一状态和第二状态，或者被包括在第一状态和第一状态中。操作540可以包括控制第一负载开关和第二负载开关以根据第一状态和第二状态选择性地对第一电池组和第二电池组充电，包括充电器连接的指示。
相关专利：Microsoft Patent | Battery pack remaining charge balancing system
名为“Battery pack remaining charge balancing system”的微软专利申请最初在2022年3月提交，并在日前由美国专利商标局公布。
