CN204389654U - 基于电池电阻跟踪的电池电量检测*** - Google Patents

基于电池电阻跟踪的电池电量检测*** Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于电池电阻跟踪的电池电量检测***，涉及电变量的检测装置技术领域。所述检测***包括电芯检测IC、CPU和电源管理器，所述电芯检测IC的电池负极引脚与CPU的接地引脚连接，所述电芯检测IC的SDA引脚与CPU的SDA引脚连接，所述电芯检测IC的SCL引脚与CPU的SCL引脚连接，所述电芯检测IC的HDQ引脚与CPU的HDQ引脚连接，所述电芯检测IC的SDA引脚、SCL引脚以及HDQ引脚分别经一个上拉电阻与电源管理器的电压输出引脚连接。所述检测***整合了基于电压和库仑计数这两种电量检测装置的优势，对于新电池和老化电池可提供非常准确的电量检测。

Description

基于电池电阻跟踪的电池电量检测***
技术领域
本实用新型涉及电变量的检测装置技术领域，尤其涉及一种基于电池电阻跟踪的电池电量检测***。
背景技术
电池电量监测是一种用于在所有的***运行及空闲情况下预测电池容量的技术。可以预测电池容量的百分比，到耗尽或充满的时间，可获得用于反映电池健康状况及安全诊断的其它数据。目前，应用与电子携带式设备上的传统检测方法有基于电压的检测方法和库仑计检测方法。
一、基于电压的检测方法的优势和劣势如下：优势：无需完全放电就能进行学习，自放电无需校正，在小负载电流条件下非常准确；劣势：由于内部电池阻抗的原因，准确度欠佳，阻抗与温度、老化和电荷状态之间存在函数关系。二、基于库仑计的检测方法的优势和劣势如下：优势：不受电压测量失真的影响，准确度由电流积分硬件确定，监测误差：3-10％(取决于工作条件和用途)；劣势：需要学习周期以更新电池容量，电池容量随老化而下降，电池容量减少幅度：3-5％(100次充电)，在不学习的情况下，每充电10次监测误差将增加1％，自放电必须建模，否则不准确。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于电池电阻跟踪的电池电量检测***，所述检测***整合了基于电压和库仑计数这两种电量检测装置的优势，在小电流(OCV)和大负载电流时均可提供准确监测，弃用不准确的自放电模型(采用OCV读取)，对于新电池和老化电池可提供非常准确的电量检测，容量学习无需满充电和完全放电。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种基于电池电阻跟踪的电池电量检测***，其特征在于：所述检测***包括电芯检测IC、CPU和电源管理器，所述电芯检测IC的电池负极引脚与CPU的接地引脚连接，所述 电芯检测IC的SDA引脚与CPU的SDA引脚连接，所述电芯检测IC的SCL引脚与CPU的SCL引脚连接，所述电芯检测IC的HDQ引脚与CPU的HDQ引脚连接，所述电芯检测IC的电池正极引脚与电源管理器的电源输入端连接，所述电芯检测IC的接地引脚与电源管理器的接地引脚连接，所述电源管理器的VDD输出引脚与CPU的VDD输入引脚连接，所述电芯检测IC的SDA引脚、SCL引脚以及HDQ引脚分别经一个上拉电阻与电源管理器的电压输出引脚连接。
进一步的技术方案在于：所述电芯检测IC包括电池信息检测芯片和电池保护芯片，所述电池信息检测芯片的SE脚悬空，所述电池信息检测芯片的REG25引脚和VCC引脚经电容C3接地，所述电池信息检测芯片的REGIN引脚第一路与电芯接口J1的正极引脚连接，REGIN引脚的第二路经电容C1接地；电池信息检测芯片的BAT引脚第一路经电容C2接地，第二路与电芯接口J1的正极引脚连接；电池信息检测芯片的VSS引脚和PwPd引脚接地；电池信息检测芯片的SRP引脚经电阻R3接地，电池信息检测芯片的SRN引脚依次经电阻R2电阻R1后接地；电容C7的一端接SRP引脚，电容C7的另一端接SRN引脚，电容C4和电容C5串联后并联在电容C7的两端；电池信息检测芯片的TS引脚经电容C6与电池信息检测芯片的VCC引脚连接，热敏电阻RT1与电容C6并联；电池信息检测芯片的SDA引脚依次经电阻R4、电阻R10与I2C通讯接口J2的SDA引脚连接，二极管D1的正极接地，二极管D1的负极接电阻R4与电阻R10的结点，电阻R7与二极管D1并联；电池信息检测芯片的SCL引脚依次经电阻R5、电阻R11与I2C通讯接口J2的SCL引脚连接，二极管D2的负极接电阻R5与电阻R11的结点，电阻R8与二极管D2并联；电池信息检测芯片的HDQ引脚依次经电阻R6、电阻R12与HDQ通讯接口J3的HDQ引脚连接，二极管D3的负极接电阻R6与电阻R12的结点，电阻R8与二极管D3并联；
电池保护芯片的DS引脚悬空，电池保护芯片的COUT引脚接MOS管Q2的栅极，电池保护芯片的V-引脚经电阻R17接MOS管Q2的源极，电池保护芯片的DOUT引脚接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的漏极连接，电容C14的一端接MOS管Q1的漏极，电容C14的另一端经电容C15后与MOS管Q2 的源极连接，MOS管Q1的漏极接电阻R1与电阻R2的结点，MOS管Q2的源极分别与I2C通讯接口J2的电池负极引脚以及HDQ通讯接口J3的电池负极引脚连接，电池保护芯片的VDD引脚经电阻R15接电芯接口J1的正极引脚，电池保护芯片的VSS引脚接电芯接口J1的负极引脚，电容C13的一端接电池保护芯片的VDD引脚，电容C13的另一端接电池保护芯片的VSS引脚；电芯接口J1的正极引脚分别与I2C通讯接口J2的电池正极引脚以及HDQ通讯接口J3的电池正极引脚连接；电容C11和电容C12串联后一端与电芯接口J1的正极引脚连接，另一端与MOS管Q2的源极连接。
进一步的技术方案在于：所述电池信息检测芯片型号为BQ27541，电池保护芯片型号为MM3511。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述电量检测***整合了基于电压和库仑计数这两种电量检测装置各自的优势，在小电流(OCV)和大负载电流时均可提供准确检测，弃用不准确的自放电模型(采用OCV读取)，对于新电池和老化电池可提供非常准确的电量监测，容量学习无需满充电和完全放电。应用在手持式电子设备上，可以更准确检测电子设备的电池信息，可准确地报告电池的剩余运行时间，可提供更好的电源管理，获得更长的电池运行时间，并根据阻抗随温度、放电速率和老化情况改变关断电压。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1-2是本实用新型的原理框图；
图3是本实用新型电芯检测IC的电路原理图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-2所示，本实用新型公开了一种基于电池电阻跟踪的电池电量检测***，所述检测***包括电芯检测IC、CPU和电源管理器。所述电芯检测IC的电池负极引脚与CPU的接地引脚连接，所述电芯检测IC的SDA引脚与CPU的SDA引脚连接，所述电芯检测IC的SCL引脚与CPU的SCL引脚连接，所述电芯检测IC的HDQ引脚与CPU的HDQ引脚连接，所述电芯检测IC的电池正极引脚与电源管理器的电源输入端连接，所述电芯检测IC的接地引脚与电源管理器的接地引脚连接，所述电源管理器的VDD输出引脚与CPU的VDD输入引脚连接，所述电芯检测IC的SDA引脚、SCL引脚以及HDQ引脚分别经一个上拉电阻与电源管理器的电压输出引脚连接。
所述电量检测***应用在携带式电子设备上的***，与电子设备有两种连接方式:
(1)通过I2C通讯接口与***进通讯
将电芯检测IC的I2C通讯接口上的SDA引脚和SCL引脚与CPU的SDA引脚和引脚SCL引脚对应连接，在这两个线路上要增加一个上拉电压(通过一个4.7K～20K的电阻与对应电压电源连接)，上拉电压的大小要根据CPU的内部检测电压域进行选择，I2C通讯设置要满足I2C通讯协议。
2)通过HDQ通讯接口与***进通讯
将电芯检测IC的HDQ通讯接口上的HDQ引脚与CPU的HDQ脚对应连接，在这个线路上要增加一个2.5V上拉电压(通过一个4.7K～20K的电阻与2.5V电压电源连接)，HDQ通讯设置要满足HDQ通讯协议。
进一步的如图3所示，所述电芯检测IC包括电池信息检测芯片和电池保护芯片，在本实用新型中，所述电池信息检测芯片型号为BQ27541，电池保护芯片型号为MM3511。
所述电池信息检测芯片的SE脚悬空，所述电池信息检测芯片的REG25引脚和VCC引脚经电容C3接地，所述电池信息检测芯片的REGIN引脚第一路与电芯接口J1的正极引脚连接，REGIN引脚的第二路经电容C1接地；电池信息检测芯片的BAT引脚第一路经电容C2接地，第二路与电芯接口J1的正极引脚连接；电池信息检测芯片的VSS引脚和PwPd引脚接地；电池信息检测芯片的SRP引脚经电阻R3接地，电池信息检测芯片的SRN引脚依次经电阻R2电阻R1后接地；电容C7的一端接SRP引脚，电容C7的另一端接SRN引脚，电容C4和电容C5串联后并联在电容C7的两端；电池信息检测芯片的TS引脚经电容C6与电池信息检测芯片的VCC引脚连接，热敏电阻RT1与电容C6并联；电池信息检测芯片的SDA引脚依次经电阻R4、电阻R10与I2C通讯接口J2的SDA引脚连接，二极管D1的正极接地，二极管D1的负极接电阻R4与电阻R10的结点，电阻R7与二极管D1并联；电池信息检测芯片的SCL引脚依次经电阻R5、电阻R11与I2C通讯接口J2的SCL引脚连接，二极管D2的负极接电阻R5与电阻R11的结点，电阻R8与二极管D2并联；电池信息检测芯片的HDQ引脚依次经电阻R6、电阻R12与HDQ通讯接口J3的HDQ引脚连接，二极管D3的负极接电阻R6与电阻R12的结点，电阻R8与二极管D3并联；
电池保护芯片的DS引脚悬空，电池保护芯片的COUT引脚接MOS管Q2的栅极，电池保护芯片的V-引脚经电阻R17接MOS管Q2的源极，电池保护芯片的DOUT引脚接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的漏极连接，电容C14的一端接MOS管Q1的漏极，电容C14的另一端经电容C15后与MOS管Q2的源极连接，MOS管Q1的漏极接电阻R1与电阻R2的结点，MOS管Q2的源极分别与I2C通讯接口J2的电池负极引脚以及HDQ通讯接口J3的电池负极引脚连接，电池保护芯片的VDD引脚经电阻R15接电芯接口J1的正极引脚，电池保护芯片的VSS引脚接电芯接口J1的负极引脚，电容C13的一端接电池保护芯片的VDD引脚，电容C13的另一端接电池保护芯片的VSS引脚；电芯接口J1的正极引脚分别与I2C通讯接口J2的电池正极引脚以及HDQ通讯接口J3的电池正极引脚连接；电容C11和电容C12串联后一端与电芯接口J1的正极引脚连接，另 一端与MOS管Q2的源极连接。
电芯是电池能量的主要部分，为携带式电子设备提供能量。电池信息检测芯片：电池信息检测芯片的BAT引脚接到电芯正极，通过电池信息检测芯片内部的ADC检测电芯的电压，并通过2.5V的LDO输出一个2.5V电压，为自身内部器件提供电压；在VCC引脚和TS引脚之间串接一个10K的NTC热敏电阻TR1，通过内部ADC算出电池的温度；在电芯与电池的负极之间增加一个0.01欧的小电阻R1(因为这个电阻会损耗能量，所以要求要很小)，接到电池信息检测芯片的SRP引脚和SRN引脚上来检测电芯流入的电流和流出的电流，以实现对电芯能量的计算和预测。电芯能量和电池温度的信息通过HDQ通讯接口或I2C通讯接口传给CPU，然后CPU将获得的信息进行处理，根据不同的条件设定处理相应的事件。
电池保护芯片：电池保护芯片的作用是当检测到电芯的电压过高或输出的电流过大(如出现电池正负极短跑)时，通过关断MOS管将电芯的正负极断开，以保护电池，是非常关键的安全器件。
手机电池内部增加电芯检测IC，通过电池连接器与手机连接。手机充电或放电时可以通过电芯检测IC获得流入或放出的电流，从而算出电池的容量，对通对比和计算得出目前电池的容量，并通电池电量图标显示电池的百分比容量条，能更真实地给手机用户显示电池的真实容量。

Claims (3)

1.一种基于电池电阻跟踪的电池电量检测***，其特征在于：所述检测***包括电芯检测IC、CPU和电源管理器，所述电芯检测IC的电池负极引脚与CPU的接地引脚连接，所述电芯检测IC的SDA引脚与CPU的SDA引脚连接，所述电芯检测IC的SCL引脚与CPU的SCL引脚连接，所述电芯检测IC的HDQ引脚与CPU的HDQ引脚连接，所述电芯检测IC的电池正极引脚与电源管理器的电源输入端连接，所述电芯检测IC的接地引脚与电源管理器的接地引脚连接，所述电源管理器的VDD输出引脚与CPU的VDD输入引脚连接，所述电芯检测IC的SDA引脚、SCL引脚以及HDQ引脚分别经一个上拉电阻与电源管理器的电压输出引脚连接。
2.根据权利要求1所述的基于电池电阻跟踪的电池电量检测***，其特征在于：所述电芯检测IC包括电池信息检测芯片和电池保护芯片，所述电池信息检测芯片的SE脚悬空，所述电池信息检测芯片的REG25引脚和VCC引脚经电容C3接地，所述电池信息检测芯片的REGIN引脚第一路与电芯接口J1的正极引脚连接，REGIN引脚的第二路经电容C1接地；电池信息检测芯片的BAT引脚第一路经电容C2接地，第二路与电芯接口J1的正极引脚连接；电池信息检测芯片的VSS引脚和PwPd引脚接地；电池信息检测芯片的SRP引脚经电阻R3接地，电池信息检测芯片的SRN引脚依次经电阻R2电阻R1后接地；电容C7的一端接SRP引脚，电容C7的另一端接SRN引脚，电容C4和电容C5串联后并联在电容C7的两端；电池信息检测芯片的TS引脚经电容C6与电池信息检测芯片的VCC引脚连接，热敏电阻RT1与电容C6并联；电池信息检测芯片的SDA引脚依次经电阻R4、电阻R10与I2C通讯接口J2的SDA引脚连接，二极管D1的正极接地，二极管D1的负极接电阻R4与电阻R10的结点，电阻R7与二极管D1并联；电池信息检测芯片的SCL引脚依次经电阻R5、电阻R11与I2C通讯接口J2的SCL引脚连接，二极管D2的负极接电阻R5与电阻R11的结点，电阻R8与二极管D2并联；电池信息检测芯片的HDQ引脚依次经电阻R6、电阻R12与HDQ通讯接口J3的HDQ引脚连接，二极管D3的负极接电阻R6与电阻R12的结点，电阻R8与二极管D3并联；
电池保护芯片的DS引脚悬空，电池保护芯片的COUT引脚接MOS管Q2的栅极，电池保护芯片的V-引脚经电阻R17接MOS管Q2的源极，电池保护芯片的DOUT引脚接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的漏极连接，电容C14的一端接MOS管Q1的漏极，电容C14的另一端经电容C15后与MOS管Q2的源极连接，MOS管Q1的漏极接电阻R1与电阻R2的结点，MOS管Q2的源极分别与I2C通讯接口J2的电池负极引脚以及HDQ通讯接口J3的电池负极引脚连接，电池保护芯片的VDD引脚经电阻R15接电芯接口J1的正极引脚，电池保护芯片的VSS引脚接电芯接口J1的负极引脚，电容C13的一端接电池保护芯片的VDD引脚，电容C13的另一端接电池保护芯片的VSS引脚；电芯接口J1的正极引脚分别与I2C通讯接口J2的电池正极引脚以及HDQ通讯接口J3的电池正极引脚连接；电容C11和电容C12串联后一端与电芯接口J1的正极引脚连接，另一端与MOS管Q2的源极连接。
3.根据权利要求2所述的基于电池电阻跟踪的电池电量检测***，其特征在于：所述电池信息检测芯片型号为BQ27541，电池保护芯片型号为MM3511。
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