電池電量顯示控制方法及控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電池電量檢測領(lǐng)域，且特別涉及一種電池電量顯示控制方法及控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著電氣設(shè)備的迅速發(fā)展，用戶不僅對設(shè)備的功能、可靠性與可操作性提出了很高的要求。對于含電池的電氣設(shè)備，為保證設(shè)備的可靠運(yùn)行，用戶需要精確知曉電池的使用時間，及時為電池充電或更換電池，故當(dāng)前電池電量的精確顯示將成為用戶重點(diǎn)關(guān)注的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
[0003]目前，電池電量的顯示控制主要通過以下兩種方式來實(shí)現(xiàn)。第一種是通過單獨(dú)的MCU來實(shí)現(xiàn)，這種顯示控制方式所需外圍元器件比較多，不僅設(shè)計(jì)成本高且所占用的體積也較大。為了減小成本，第二種方法是將電池電量顯示功能集成于電路控制芯片中，這種設(shè)計(jì)方案，由于所有的元件進(jìn)行集成后，其只有固定的電池電量比較基準(zhǔn)，即只能針對單一的、固定的某一款電池進(jìn)行電量檢測顯示，對于不同的電池，由于特性不同而存在電池電量顯示不準(zhǔn)確的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有電池電量控制方法難以同時滿足成本和精度的要求，提供一種具有較高的顯示精度且電路成本低的電池電量顯示控制方法及控制電路。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電池電量顯示控制方法，包括:
[0006]獲取電池充放電狀態(tài)下的工作電壓；
[0007]獲取電池充放電狀態(tài)下的平均充放電電流；
[0008]獲得平均充放電電流在補(bǔ)償電阻上產(chǎn)生的壓降，形成補(bǔ)償電壓；
[0009]將補(bǔ)償電壓和工作電壓相疊加得到表征當(dāng)前電池電量的開路電壓；
[0010]將開路電壓與預(yù)設(shè)的至少兩個電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，獲得當(dāng)前電池電量等級并形成顯示信號；
[0011]根據(jù)顯示信號顯示當(dāng)前電池電量等級。
[0012]于本發(fā)明一實(shí)施例中，獲得平均充放電電流的步驟包括:
[0013]采樣電池的充放電電流；將采樣得到的充放電電流經(jīng)低通濾波電路后得到平均充放電電流。
[0014]于本發(fā)明一實(shí)施例中，通過與電池串聯(lián)的外部檢流電阻采樣，直接獲得平均充放電電流。
[0015]于本發(fā)明一實(shí)施例中，采用一個比較器來逐次比較開路電壓和至少兩個電壓基準(zhǔn)。
[0016]于本發(fā)明一實(shí)施例中，工作電壓經(jīng)分壓后與補(bǔ)償電壓相疊加。
[0017]與上述電池電量顯示控制方法相對應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種電池電量顯示控制電路，包括工作電壓采樣模塊、平均電流采樣模塊、補(bǔ)償電阻、計(jì)算模塊、比較模塊和顯示模塊。工作電壓采樣模塊獲取電池充放電狀態(tài)下的工作電壓；平均電流采樣模塊獲取電池充放電狀態(tài)下的平均充放電電流。補(bǔ)償電阻電性連接平均電流采樣模塊，平均充放電電流在補(bǔ)償電阻上產(chǎn)生壓降，形成補(bǔ)償電壓。計(jì)算模塊將補(bǔ)償電壓和工作電壓相疊加得到表征當(dāng)前電池電量的開路電壓。比較模塊包括比較器和電性連接比較器的輸入端且具有至少兩個電壓基準(zhǔn)的基準(zhǔn)源，比較器將開路電壓與至少兩個電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，獲得當(dāng)前電池電量等級并形成顯示信號。顯示模塊根據(jù)顯示信號顯示當(dāng)前電池電量等級。
[0018]于本發(fā)明一實(shí)施例中，平均電流采樣模塊包括采樣單元和平均單元，采樣單元獲取電池充放電電流，平均單元在將獲得的電池充放電電流進(jìn)行平均，獲得平均充放電電流，平均模塊為低通濾波器。
[0019]于本發(fā)明一實(shí)施例中，平均電流采樣模塊包括與電池串聯(lián)的外部檢流電阻，外部檢流電阻采樣直接獲得平均充放電電流，并將平均充放電電流輸出至補(bǔ)償電阻。
[0020]于本發(fā)明一實(shí)施例中，電池電量顯示控制電路還包括分壓網(wǎng)絡(luò)，分壓網(wǎng)絡(luò)電性連接工作電壓采樣模塊，將獲得的工作電壓進(jìn)行分壓后輸出至計(jì)算模塊。
[0021]于本發(fā)明一實(shí)施例中，比較器的數(shù)量為一個。
[0022]綜上所述，本發(fā)明提供的電池電量顯示控制方法及控制電路與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]當(dāng)電池處于工作狀態(tài)時，由于電池內(nèi)阻的存在，無法直接獲得能精確表征電池當(dāng)前電量的開路電壓。本發(fā)明通過采樣電池的工作電壓和平均充放電電流，并設(shè)置與內(nèi)阻相匹配的補(bǔ)償電阻，平均充放電電流在補(bǔ)償電阻上產(chǎn)生壓降，形成補(bǔ)償電壓。補(bǔ)償電壓和工作電壓相疊加即得到能精確表征當(dāng)前電池電量的開路電壓或開路電壓分壓。本發(fā)明提供的電池電量顯示控制方法，通過設(shè)置補(bǔ)償電阻來形成補(bǔ)償電壓，消除了電池內(nèi)阻上的壓降，大大提高了電池電量的檢測精度及電量等級顯示的準(zhǔn)確性，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
[0024]進(jìn)一步的，采用一個比較器來逐次比較開路電壓(或開路電壓分壓)和多個電壓基準(zhǔn)，避免了多個比較器之間失調(diào)電壓不同造成的電池電量等級確定結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，進(jìn)一步提高電池電量的顯示精度。當(dāng)電池電壓較高，工作電壓較大，為防止計(jì)算模塊和比較模塊因較大的工作電壓而損壞，設(shè)置工作電壓經(jīng)分壓后輸出至計(jì)算模塊，保證了控制電路的安全、穩(wěn)定。
[0025]為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0026]圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的電池電量顯示控制方法的流程圖。
[0027]圖2所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的電池電量顯示控制電路的原理框圖。
[0028]圖3所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的電池電量顯示控制電路的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]在實(shí)際使用中，能精確表征電池當(dāng)前電量Q的是電池的開路電壓Vbat03ct)，開路電壓VBAT_和電池電量Q之間具有--對應(yīng)關(guān)系，兩者的關(guān)系可通過實(shí)際測量得出。然而，在電池處于工作狀態(tài)下時，由于電池存在內(nèi)阻Rs，電池的開路電壓Vbat03ct)無法直接獲得，可以直接獲得的是電池的工作電壓VBAT。圖3中，Rs表征電池等效內(nèi)阻，非實(shí)際外加電阻。通過分析電池的充放電狀態(tài)可知，當(dāng)電池處于充電狀態(tài)時，工作電壓Vbat等于開路電壓VBAT_與充電電流在內(nèi)阻Rs上產(chǎn)生的壓降Vs之和；而當(dāng)電池處于放電狀態(tài)時，工作電壓Vbat等于開路電壓 Vbat (ocv) 與放電電流在內(nèi)阻Rs上產(chǎn)生的壓降Ns之差。
[0030]為消除電池內(nèi)阻Rs在電池充放電過程中所產(chǎn)生的壓降的影響，本實(shí)施例提供的電池電量顯示控制方法，如圖1所示，包括:
[0031]步驟S1、獲取電池充放電狀態(tài)下的工作電壓VBAT。工作電壓Vbat指的是電池在有電流流過時，電池正負(fù)極之間的電勢差。工作電壓Vbat可通過表計(jì)直接測量獲得。由于不同的設(shè)備，其電池的工作電壓不同，有些設(shè)備的電池工作電壓較高，如36V、48V等，該工作電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后續(xù)電路(計(jì)算模塊和比較模塊)的工作電壓，因此，于本實(shí)施例中，設(shè)置工作電壓Vbat經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)6分壓后得到工作電壓分壓V BATW。然而，本發(fā)明對此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，當(dāng)電池電壓較低時，可直接將工作電壓Vbat輸出至計(jì)算模塊。
[0032]步驟S2、獲取電池充放電狀態(tài)下的平均充放電電流Iavg。于本實(shí)施例中，為保護(hù)后續(xù)電路，將獲得的電池實(shí)際平均充放電電流按一定的比例縮小，Iavg= I bat*K, Ibat為電池的實(shí)際平均充放電電流，K為獲取比例。當(dāng)電池處于充電狀態(tài)時，平均充放電電流Iavg為充電電流的平均；而當(dāng)電池處于放電狀態(tài)時，平均充放電電流Iavg為放電電流的平均。于本實(shí)施例中，該步驟包括:
[0033]首先，按比例K采樣電池實(shí)際的充放電電流。
[0034]將按獲取比例采樣得到的充放電電流經(jīng)低通濾波電路后得到電流的直流分量，SP平均充放電電流Iavg。然而，本發(fā)明對此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，電池實(shí)際的充放電電流經(jīng)濾波后得到實(shí)際的平均充放電電流IBAT，之后再按獲取比例K進(jìn)行縮?。换蛘哂谄渌鼘?shí)施例中，可采用外部檢流電阻采樣電池的輸出或輸入電流直接得到平均充放電電流。
[0035]步驟S3、獲得平均充放電電流Iavg在補(bǔ)償電阻Rranip上產(chǎn)生壓降，形成補(bǔ)償電壓
Vcomp ο
[0036]步驟S4、將補(bǔ)償電壓Vronip和工作電壓分壓V BATW相疊加得到表征當(dāng)前電池電量的開路電壓分壓VBAT(()CT。),開路電壓分壓VBAT_)是開路電壓VBAT((rcv)經(jīng)分壓比例A分壓后的值。
[0037]如圖3所示，當(dāng)電流處于放電狀態(tài)時，補(bǔ)償電壓Vramp= I avg*Rcomp= I MT*K*Rramp。此時， Vbat(o) — V bat^A — (Vbat (ocv)
-Vs) *A = (Vbat{ocv)-1bat*Rs)*A, A 為 Vbat的分壓網(wǎng)絡(luò) 6 的分壓比；如圖3所示，A = R2/ (R^R2)。補(bǔ)償電壓Vranip和工作電壓分壓V BAm相疊加后得到(V BAT_-1BAT*Rs)*A+Iavg*Rccinp，設(shè)置 Rranp= R S*A/K,得到:
[0038]Vbat(ο)+Vcomp — (V Bat(Qcv)-1bai^Rs) *A+1bat*K*Rs*A/K — Vbat(cicv)*A — Vbat(ocvci)公式一
[0039]當(dāng)電流處于充電狀態(tài)時，根據(jù)電流的流向，補(bǔ)償電壓Vranip= -1 avg*R_p。
[0040]此時，Vbat(Q)= V bat*A = (Vbat_+Vs)*A = (VBat_+!bat*Rs) *A, A 為丫咖的分壓網(wǎng)絡(luò)6的分壓比；如圖3所示，A = IV(VR2)。補(bǔ)償電壓V_p和工作電壓分壓Vbatw相疊加后得到(VBAT_+IBAT*Rs)*A+(-1avg*R_p)，設(shè)置 Rranp= RS*A/K,得到:
[0041]VBAT{0)+Vconp= (Vbat(i]CV)+Ibat*Rs)*A+(-1bat*K*Rs*A/K) = Vbat(ocv)*A = VBAT(ocvo)公式
[0042]從公式一和公式二可得，本發(fā)明提供的電池電量顯示控制方法，通過設(shè)置與電池內(nèi)阻Rs相對應(yīng)的補(bǔ)償電阻R_P(R_P= Rs*A/K)來補(bǔ)償電池在充放電狀態(tài)下在內(nèi)阻Rs上產(chǎn)生的壓降，消除內(nèi)阻Rs的影響，從而間接得到可精確表征當(dāng)前電池電量Q的開路電壓分壓vBAT(OCVO) ^即得到開路電壓 ^BAT (OCV) °
[0043]步驟S5、將開路電壓分壓與預(yù)設(shè)的至少兩個電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，獲得當(dāng)前電池電量等級并形成顯示信號。于本實(shí)施例中，電壓基準(zhǔn)的數(shù)量為三個，分別為Vref〈l>、Vref〈2>和Vref〈3>，三者的電壓逐漸增加。然而，本發(fā)明對此不作任何限定。于其它實(shí)施例中電壓基準(zhǔn)的數(shù)量可為兩個、或三個以上。于本實(shí)施例中，為簡化電路設(shè)計(jì)，設(shè)置三個電壓基準(zhǔn)是基