CN112994178B - 一种北斗定位终端的自适应充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种北斗定位终端的自适应充电方法，涉及终端定位技术领域，包括电池电压检测模块、处理模块、充电控制模块以及存储器，充电控制模块包括充电I C，所述的处理模块对电池做预充电，电池电压检测模块检测电池的电压，分析电池电压的数据变化，并计算电池容量保存在存储器中，按照存储器记录中的电池容量为充电I C选择合适的配置电阻值，实现电池充电电流的自适应配置，通过自动检测其搭配的电池容量，并根据电池容量为电池选择合适的充电电流值并进行充电，能够为多种不同规格的电池进行充电，降低管控难度，有效的节约了成本。

Description

一种北斗定位终端的自适应充电方法

技术领域

本发明涉及终端定位技术领域，具体来说，涉及一种北斗定位终端的自适应充电方法。

背景技术

现在常见的内置可充电电池的北斗定位终端，通常都使用充电IC对其电池充电过程进行管理，而充电IC的电流基本都是使用电阻进行配置。因为充电电流由硬件(电阻)确定，当设备搭配有不同容量的电池时，需要不同的充电电流就需要有多种硬件版本。随用户的增加，用户对电池容量的种类需求也逐渐增多。从而让产品的硬件版本也越来越多，管控复杂，成本上升。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的一种北斗定位终端的自适应充电方法，能够自动检测搭配的电池容量并为该电池配置充电电流，供多种规格的电池进行充电，方便生产和管理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种北斗定位终端的自适应充电方法，其改进之处在于，包括电池电压检测模块、处理模块、充电控制模块以及存储器，充电控制模块包括充电IC，所述的处理模块对电池做预充电，电池电压检测模块检测电池的电压，分析电池电压的数据变化，并计算电池容量保存在存储器中，按照存储器记录中的电池容量为充电IC选择合适的配置电阻值，实现电池充电电流的自适应配置。

作为上述技术方案的改进，预充电过程会检查外部电源是否保持充电状态，外部电源保持充电状态，开启电池电压检测模块，并对电池进行放电，直至电池电压降低到恒压值，并保持该恒压值进行充电。

作为上述技术方案的进一步改进，在开启电池充电时，需要根据保存在内存中电池容量，选择开关状态和充电电流。

作为上述技术方案的进一步改进，电池电压检测模块包括开关电路和分压电路，开关电路与分压电路电性连接，开关电路外接电池电源；

当需要对电池电压进行检测时，通过打开开关电路，接通分压电路和电池电源；

所述的分压电路设置有AD转换器的端口，该分压电压在实现对电池电源的分压后，AD转换器的端口得到用于匹配多种规格AD转换器的采样电压。

作为上述技术方案的进一步改进，开关电路包括第一开关、第二开关以及上拉电阻R1，所述的第一开关为三极管Q1，所述的第二开关为场效应管Q2；

三极管Q1的基极端外接处理模块，发射极端接地，集电极端与场效应管Q2的栅极相连接并通过上拉电阻R1连接到Q2的源极，场效应管Q2的漏极端与分压电路连接。

作为上述技术方案的进一步改进，分压电路包括分压电阻R2和分压电阻R3，分压电阻R2一端与场效应管Q2的漏极端连接，分压电阻R2的另一端通过分压电阻R3接地，且分压电阻R2和分压电阻R3之间设有AD端口，所述AD端口用于连接多种AD转换器

作为上述技术方案的进一步改进，充电控制模块还包括电阻网络模块或数字电位器模块；

充电IC的ISET管脚与电阻网络模块连接，充电IC的VIN管脚外接电源模块，充电IC的VBAT管脚设有电池输出端BAT2，所述的电阻网络模块外接处理模块，所述的处理模块用于控制电阻网络模块形成对地电阻网络，从充电IC的电池输出端BAT2输出多种规格的充电电流值；

或者，充电IC的ISET管脚与数字电位器模块连接，充电IC的VIN管脚外接电源模块，充电IC的VBAT管脚设有电池输出端BAT2，所述的数字电位器模块外接处理模块，所述的处理模块用于控制数字电位器模块，使数字电位器模块配置多个电阻值，从而使充电IC的电池输出端BAT2输出多种规格的充电电流值；

所述的充电IC型号为XT2052Y2ASR。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的数字电位器模块包括可编程的电阻器U4，电阻器U4的芯片型号为MCP4017，所述的电阻器U4设有SCL端、SDA端，电阻器U4的W管脚与充电IC的ISET管脚连接，所述的处理模块是通过IIC-SCL端、IIC-SDA端控制电阻器进行配置电阻值的；

数字电位器模块配置电阻值的公式如下：

R＝0+N*78.74

其中N的范围是0-128。

作为上述技术方案的进一步改进，电阻网络模块包括电阻单元和开关单元，所述的电阻单元包括配置电阻R6、配置电阻R7以及配置电阻R8，所述的开关单元包括三极管Q6、三极管Q7、以及三极管Q8；

所述的三极管Q6的集电极端通过配置电阻R6与充电IC的ISET管脚连接，三极管Q6的基极端与处理模块连接，三极管Q6的发射极接地；

所述的三极管Q7的集电极通过配置电阻R7与充电IC的ISET管脚连接，三极管Q7的基极端与处理模块连接，三极管Q7的发射极接地；

所述的三极管Q8的集电极通过配置电阻R8与充电IC的ISET管脚连接，三极管Q8的基极端与处理模块连接，三极管Q8的发射极接地；

所述的三极管Q6、三极管Q7以及三极管Q8类型相同，且型号均为PDTC124ET。

作为上述技术方案的进一步改进，处理模块包括运算处理器，运算处理器从电压检测模块获取电池电压数据，经过计算后，保存电池容量，并按电池容量控制充电控制模块选择合适的充电电流值给电池充电；

运算处理器准备给电池充电时，会首先查询内存中的电池容量记录，若有记录就直接按记录的容量选择适合的充电电流，若没有记录就进入预充电过程计算电池容量。

本发明的有益效果是：通过自动检测其搭配的电池容量，并根据电池容量为电池选择合适的充电电流值并进行充电，能够为多种不同规格的电池进行充电，降低管控难度，有效的节约了成本。

附图说明

图1为本发明整体框架图；

图2为本发明电池电压检测模块的电路原理图；

图3为本发明电池容量计算的流程图；

图4为本发明实施例一的充电控制模块的电路原理图；

图5为本发明的8种电阻配置模式的汇总图；

图6为本发明实施例二的充电控制模块的电路原理图；

图7为本发明几组电池容量实际对应配置电阻值的汇总图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参考图1，本发明揭示了一种北斗定位终端的自适应充电方法，包括电池电压检测模块、处理模块、充电控制模块以及存储器，充电控制模块包括充电IC，所述的处理模块对电池做预充电，电池电压检测模块检测电池的电压，分析电池电压的数据变化，并计算电池容量保存在存储器中，按照存储器记录中的电池容量为充电IC选择合适的配置电阻值，实现电池充电电流的自适应配置。本发明可以自动检测其搭配的电池容量，并按容量为电池选择合适的充电电流，从而让产品能自动适应各种容量的充电电池，统一产品的硬件型号，可以方便生产和管理。

进一步的，参考图2，电池电压检测模块包括开关电路和分压电路，开关电路与分压电路电性连接，开关电路外接有电池电源，当需要对电池电压进行检测时，通过打开开关电路，接通分压电路和电池电源，所述的分压电路设置有AD转换器的端口，该分压电压在实现对电池电源的分压后，AD转换器的端口得到用于匹配多种规格AD转换器的采样电压。

开关电路包括第一开关、第二开关以及上拉电阻R1，所述的第一开关为三极管Q1，三极管Q1型号为PDTC124ET，所述的第二开关为场效应管Q2，场效应管Q2型号为DMP2305U，三极管Q1的基极端外接处理模块，发射极端接地，集电极端与场效应管Q2的栅极相连接并通过上拉电阻R1连接到Q2的源极，场效应管Q2的漏极端与分压电路连接。分压电路包括分压电阻R2和分压电阻R3，分压电阻R2一端与场效应管Q2的漏极端连接，分压电阻R2的另一端通过分压电阻R3接地，且分压电阻R2和分压电阻R3之间设有AD端口，所述AD端口用于连接多种AD转换器。

在上述技术方案中，分压电路将电池电压按比例降低到AD转换器的端口适合的电压值，由AD转换器实现模数转换和数据采集。电池电压检测模块的电路中，三极管Q1、场效应管Q2以及电阻R1组成一个开关电路，分压电阻R2和分压电阻R3组合成分压电路，当需要检测电池电压时，处理模块控制开关电路打开场效应管Q2，接通分压电路和电池电源。4.2V的电池电压经过电阻R3、R2分压后可以在AD端口得到2.946V的采样电压，可以匹配绝大多数的AD转换器。当不需要检测电池电压时，处理模块可关闭场效应管Q2，防止分压电阻R3、R2造成电池电量流失。

再进一步的，处理模块包括运算处理器，运算处理器从电压检测模块获取电池电压数据，参考图3，经过计算后，保存电池容量，并按电池容量控制充电控制模块选择合适的充电电流给电池充电。在运算处理器准备给电池充电时，会首先查询内存中的电池容量记录，若有记录就直接按记录的容量选择适合的充电电流，若没有记录就进入预充电过程计算电池容量。

另外，充电控制模块包括电阻网络模块和数字电位器模块。

参考图4，本发明实施例一是选用电阻网络模块进行电阻值配置，充电IC的ISET管脚与电阻网络模块连接，充电IC的VIN管脚外接有电源模块，充电IC的VBAT管脚设有电池输出端BAT2，所述的电阻网络模块外接有处理模块，所述的处理模块用于控制电阻网络模块形成对地电阻网络，从充电IC的电池输出端BAT2输出多种规格的充电电流值。

电阻网络模块包括电阻单元，所述的电阻单元包括配置电阻R6、配置电阻R7以及配置电阻R8。电阻网络模块包括开关单元，所述的开关单元包括三极管Q6、三极管Q7、以及三极管Q8；所述的三极管Q6的集电极端通过配置电阻R6与充电IC的ISET管脚连接，三极管Q6的基极端与处理模块连接，三极管Q6的发射极接地；所述的三极管Q7的集电极通过配置电阻R7与充电IC的ISET管脚连接，三极管Q7的基极端与处理模块连接，三极管Q7的发射极接地；所述的三极管Q8的集电极通过配置电阻R8与充电IC的ISET管脚连接，三极管Q8的基极端与处理模块连接，三极管Q8的发射极接地。

以芯片型号XT2052Y2ASR的充电IC为例，其充电电流由ISET管脚的对地电阻决定,Ibat＝1000/Rset。电阻R6、R7、R8与三极管Q6、Q7、Q8组成了一个可由运算处理器配置的对地电阻网络。运算处理器的3个IO端口分别通过3个三极管Q6、Q7、Q8的开和关，让3个配置电阻R6、R7、R8通过并联实现8种电阻配置模式，8种电阻配置模式参考图5。

参考图6，本发明实施例二是选用数字电位器模块进行电阻值配置，充电IC的ISET管脚与数字电位器模块连接，充电IC的VIN管脚外接电源模块，充电IC的VBAT管脚设有电池输出端BAT2，所述的数字电位器模块外接有处理模块，配置电阻值的公式为R＝0+N*78.74，其中N的范围是0-128，所述的处理模块用于控制数字电位器模块，使数字电位器模块能够配置多个电阻值，从而使充电IC的电池输出端BAT2输出多种规格的充电电流值。所述的数字电位器模块包括可编程的电阻器U4，所述的电阻器U4设有SCL端、SDA端，电阻器U4的W管脚与充电IC的ISET管脚连接。所述的处理模块是通过IIC-SCL端、IIC-SDA端控制电阻器进行配置电阻值的。

在上述实施例中，芯片U4内部包含7位的控制寄存器，其B管脚和W管脚之间的电阻值由芯片内部的寄存器控制。寄存器则由处理器通过IIC接口进行操作，可以实现2^7＝128种状态。选择最大电阻为10K的芯片，其步进值为10K/(128-1)＝78.74R。即芯片U4可以通过IIC配置实现0+N*78.74(N＝0～128)的电阻值。当我们计算或查询到电池容量后。可以得到电池的理论最佳的充电电流为Ibat。根据充电IC的电流计算公式Ibat＝1200/Rset可得到Rset＝1200/Ibat。由于配置电阻由纯数字电位器实现。数字电位器的电阻值Rset＝N*78.74。其中N为配置参数，且N为正整数。

如此，可以求得：数字电位器的控制参数N＝(1200/Ibat)/78.74.将此数据通过IIC接口写入MCP4017的控制寄存器即可实现最佳的配置电阻值。

以图7当中显示的几个典型电池容量为例，由于数字电位器可以实现更为精确的电阻控制，也就可以实现更为精确的充电电流控制。让实际充电电流与电池的理想充电电流更为接近。对各种容量的电池均能给出较为适合的配置值。

本发明优选实施例一的方式进行电阻值配置的方式，具体实施方式如下：在开启电池充电时，需要根据保存在内存中电池容量，选择开关状态和充电电流。

对电池容量的计算主要是通过恒流预充电过程实现，其依据是常规锂电池电压与容量百分比之间的对应关系。常规锂电池的开路电压(OCV)与其剩余容量有着一个固定的对应关系：

100％----4.20V；90％----4.06V；80％----3.98V；70％----3.92V；

60％----3.87V；50％----3.82V；40％----3.79V；30％----3.77V；

20％----3.74V；10％----3.68V；5％----3.45V；0％----3.00V。

参考此对应关系，取其中段20％～70％的电量(3.74V～3.92V)作为预充电段，此区间电池电压与容量的线性度比好，而且可保证其充电过程处于恒流阶段，方便较为准确的通过对充电时间的积分计算电池容量。

在运算处理器准备给电池充电时，会首先查询内存中的电池容量记录，若有记录可直接按记录的容量选择适合的充电电流即可。若没有记录就进入预充电过程计算电池容量。预充电过程会检查外部电源状态，保证可以充电，再开启电池电压检测模块的检测功能，并使用电压检测用的分压电阻或其它电路对电池进行放电直至电池电压降低到恒压值3.74V，然后开启一个最小档的恒流充电过程,这个过程可以保证最小配置的电池也是安全的。设置充电电流为I，并记录其启动时间。充电过程中，运算处理器会循环检测电池电压，直至电池充电到3.92V，结束预充电。然后计算预充电的时间T，则电池的充电电量Q＝T*I。因为3.74V～3.92V区间的电池容量占总容量的50％。所以电池的总容量即为2Q。将此数据保存在内存中。后续设备的充电电流设置即以此为参考。

为了保证充电安全，通常要求设计电池的充电电流要小于电池容量的0.5C，但是在安全区间范围内，则应该尽量提高充电电流，以减少充电时间。充电控制模块的充电IC为XT2052，电阻R8阻值为6.4K、电阻R7的阻值为3.9K、电阻R6的阻值为1.8K，则按照并联电阻值的计算公式进行计算，由于并联电阻值的计算公式属于很成熟的现有技术，本方案不在重复赘述其计算过程，参考图5，可以得到8种开关状态的对应电阻值。根据充电IC(型号为型号为XT2052Y2ASR)的充电电流设定公式：Ibat＝1000/Rset。可以计算出8种状态对应的充电电流值。由于要求充电电流小于0.5C，可以从充电电流值计算出7种充电状态对应的最小电池容量，值得注意的是，图5中的第8种状态是关闭充电状态(Q6、Q7、Q8的状态为000)。

设备程序在开启电池充电过程时，需根据保存在内存中的电池容量，按图5所示的指标选择最适合的开关状态和充电电流值，即可为设备电池配置最适合的充电电流，做到充电时间与充电安全性的平衡。

本发明的有益效果是：通过自动检测其搭配的电池容量，并根据电池容量为电池选择合适的充电电流值并进行充电，能够为多种不同规格的电池进行充电，降低管控难度，有效的节约了成本。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种北斗定位终端的自适应充电方法，其特征在于，包括电池电压检测模块、处理模块、充电控制模块以及存储器，充电控制模块包括充电IC，所述的处理模块对电池做预充电，电池电压检测模块检测电池的电压，处理模块分析电池电压的数据变化，并计算电池容量保存在存储器中，按照存储器记录中的电池容量为充电控制模块的充电IC选择合适的配置电阻值，实现电池充电电流的自适应配置；

电池电压检测模块包括开关电路和分压电路，开关电路与分压电路电性连接，开关电路外接电池电源；当需要对电池电压进行检测时，通过打开开关电路，接通分压电路和电池电源；所述的分压电路设置有AD转换器的端口，该分压电路在实现对电池电源的分压后，AD转换器的端口得到用于匹配多种规格AD转换器的采样电压；

开关电路包括第一开关、第二开关以及上拉电阻R1，所述的第一开关为三极管Q1，所述的第二开关为场效应管Q2；三极管Q1的基极端外接处理模块，发射极端接地，集电极端与场效应管Q2的栅极相连接并通过上拉电阻R1连接到Q2的源极，场效应管Q2的漏极端与分压电路连接；

分压电路包括分压电阻R2和分压电阻R3，分压电阻R2一端与场效应管Q2的漏极端连接，分压电阻R2的另一端通过分压电阻R3接地，且分压电阻R2和分压电阻R3之间设有AD端口，所述AD端口用于连接多种AD转换器；

充电控制模块还包括电阻网络模块或数字电位器模块；充电IC的ISET管脚与电阻网络模块连接，充电IC的VIN管脚外接电源模块，充电IC的VBAT管脚设有电池输出端BAT2，所述的电阻网络模块外接处理模块，所述的处理模块用于控制电阻网络模块形成对地电阻网络，从充电IC的电池输出端BAT2输出多种规格的充电电流值；

或者，充电IC的ISET管脚与数字电位器模块连接，充电IC的VIN管脚外接电源模块，充电IC的VBAT管脚设有电池输出端BAT2，所述的数字电位器模块外接处理模块，所述的处理模块用于控制数字电位器模块，使数字电位器模块配置多个电阻值，从而使充电IC的电池输出端BAT2输出多种规格的充电电流值；

所述的充电IC型号为XT2052Y2ASR；

所述的数字电位器模块包括可编程的电阻器U4，电阻器U4的芯片型号为MCP4017，所述的电阻器U4设有SCL端、SDA端，电阻器U4的SCL端、SDA端与处理模块的IIC-SCL端、IIC-SDA端连接，电阻器U4的W管脚与充电IC的ISET管脚连接，所述的处理模块是通过IIC-SCL端、IIC-SDA端控制电阻器进行配置电阻值的；数字电位器模块配置电阻值的公式如下：

R＝0+N*78.74

其中N的范围是0-128；

电阻网络模块包括电阻单元和开关单元，所述的电阻单元包括配置电阻R6、配置电阻R7以及配置电阻R8，所述的开关单元包括三极管Q6、三极管Q7、以及三极管Q8；所述的三极管Q6的集电极端通过配置电阻R6与充电IC的ISET管脚连接，三极管Q6的基极端与处理模块连接，三极管Q6的发射极接地；所述的三极管Q7的集电极通过配置电阻R7与充电IC的ISET管脚连接，三极管Q7的基极端与处理模块连接，三极管Q7的发射极接地；所述的三极管Q8的集电极通过配置电阻R8与充电IC的ISET管脚连接，三极管Q8的基极端与处理模块连接，三极管Q8的发射极接地；所述的三极管Q6、三极管Q7以及三极管Q8类型相同，且型号均为PDTC124ET。

2.根据权利要求1所述的一种北斗定位终端的自适应充电方法，其特征在于，预充电过程会检查外部电源是否保持充电状态，外部电源保持充电状态，开启电池电压检测模块，并对电池进行放电，直至电池电压降低到恒压值，并保持该恒压值进行充电。

3.根据权利要求1所述的一种北斗定位终端的自适应充电方法，其特征在于，在开启电池充电时，需要根据保存在内存中电池容量，选择开关状态和充电电流，所述开关状态为处理模块对配置电阻值的控制状态。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种北斗定位终端的自适应充电方法，其特征在于，处理模块包括运算处理器，运算处理器从电压检测模块获取电池电压数据，经过计算后，保存电池容量，并按电池容量控制充电控制模块选择合适的充电电流值给电池充电；

运算处理器准备给电池充电时，会首先查询内存中的电池容量记录，若有记录就直接按记录的容量选择适合的充电电流，若没有记录就进入预充电过程计算电池容量。