CN102890243B - 一种电池电量测量电路、测量装置及电池电量计 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电子测量领域，提供了一种电池电量测量电路、测量装置及电池电量计，所述测量电路通过负载电阻RL与待测电池BT连接，其特征在于，所述测量电路包括：检流电阻RS，用于对负载电阻RL上电流I0进行采样，输出模拟采样电压；时钟单元，用于产生时基信号；模数转换单元，用于将所述模拟采样电压在所述时钟信号的控制下转换为数字采样电压；积分单元，用于将所述数字采样电压进行累加，输出电量检测信号。本发明通过对电流积分测量电池的剩余电量，提高可测量精度高和测量效率，并且对该测量数据实现实时显示，方便用户实时掌握电池剩余电量的情况，该电路结构简单、成本低。

Description

一种电池电量测量电路、测量装置及电池电量计
技术领域
本发明属于电子测量领域，尤其涉及一种电池电量测量电路、测量装置及电池电量计。
背景技术
目前测量电池剩余电量通常采用监视电池开路电压的方法实现，即通过测量电池端电压估算电池剩余电量。但是对于不同厂商生产的电池的开路电压与容量之间的关系不尽相同，因此需要经常改变计算方法，使工作效率降低，另外，只有在测量电池空载时的开路电压才能获得较为准确的测量结果，但是大部分的应用都需要在运行中测量电池的剩余容量，此时负载电流在内阻上产生的压降将会影响开路电压测量的精度，并且随着电池老化，电池内阻的离散性随着电池的老化变化，很难通过补偿压降实现对电池剩余电量的精确测量。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电池电量测量电路，旨在解决目前测量电池剩余电量不精确，效率低的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种电池电量测量电路，所述测量电路通过负载电阻RL与待测电池BT连接，所述测量电路包括：
检流电阻RS，所述检流电阻RS与负载电阻RL串联，用于对负载电阻RL上电流I0进行采样，输出模拟采样电压；
时钟单元，用于产生时基信号；
模数转换单元，所述模数转换单元的输入端与所述检流电阻RS的高电位端连接，所述模数转换单元的控制端与所述时钟单元的输出端连接，用于将所述模拟采样电压在所述时钟信号的控制下转换为数字采样电压；
积分单元，所述积分单元的输入端与所述模数转换单元的输出端连接，所述积分单元的控制端与所述时钟单元的输出端连接，用于将所述数字采样电压进行累加，输出电量检测信号；
所述时钟单元、所述模数转换单元、所述积分单元均集成于单片机中；
开关控制单元，所述开关控制单元的控制端与所述单片机的控制引脚连接，所述开关控制单元的输入端与待测电池BT的正极连接，所述开关控制单元的输出端与负载连接；
所述开关控制单元包括：电阻R3、电阻R4以及P型MOS管；所述电阻R3的一端为所述开关控制单元的输入端与所述P型MOS管的源极连接，所述P型MOS管的漏极为所述开关控制单元的输出端，所述P型MOS管的栅极同时与所述电阻R3的另一端和所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端为所述开关控制单元的控制端；
所述测量电路还包括：
显示单元，所述显示单元与所述积分单元的输出端连接，所述显示单元中的微控制器读取所述电量检测信号(ACR)后进行运算，将所述电量检测信号(ACR)与所述检流电阻RS的比值输出进行实时显示；
三端稳压管D1，所述三端稳压端D1的阳极接地，所述三端稳压端D1的阴极和参考端同时通过下拉电阻R1与所述单片机的输出引脚连接，所述单片机的复位引脚通过上拉电阻R2与待测电池BT的正极连接，用于为所述模数转换单元提供基准信号，所述模数转换单元根据所述基准信号的精度进行相应转换。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述测量电路的电池电量测量装置。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述测量装置的电池电量计。
在本发明实施例中，通过对电流积分测量电池的剩余电量，提高可测量精度高和测量效率，并且对该测量数据实现实时显示，方便用户实时掌握电池剩余电量的情况，该电路结构简单、成本低。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的电池电量测量电路的结构图；
图2为本发明一实施例提供的LED手电筒电路中的电池电量测量电路的示例电路结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例通过对电流积分测量电池的剩余电量，提高可测量精度高和测量效率。
图1示出本发明实施例提供的电池电量测量电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
该电池电量测量电路可以应用于各种系列的电池电量计中检测各种类型的电池。
作为本发明一实施例提供的电池电量测量电路，该测量电路通过负载电阻RL与待测电池BT连接，该测量电路包括：
检流电阻RS，该检流电阻RS与负载电阻RL串联，用于对负载电阻RL上电流I0进行采样，输出模拟采样电压；
时钟单元11，用于产生时基信号；
模数转换单元12，该模数转换单元12的输入端与检测电阻RS的高电位端连接，该模数转换单元12的控制端与时钟单元11的输出端连接，用于将模拟采样电压在时钟信号的控制下转换为数字采样电压；
积分单元13，该积分单元13的输入端与模数转换单元12的输出端连接，该积分单元13的控制端与时钟单元11的输出端连接，用于将模数转换单元12输出的数字采样电压进行累加，输出电量检测信号。
在本发明实施例中，电池在对负载电阻RL放电的过程中，由于检流电阻RS与负载电阻RL串联，因此检流电阻RS两端产生的压降VS为：VS(t)＝I0(t)×RS，将该电压VS作为采样信号发送至模数转换单元12，模数转换单元12在时钟单元11发出的时基信号的速率下，将该模拟的电压采样信号转换为数字的电压采样信号发送至积分单元13，由积分单元13对该数字电压采样信号进行累加积分，输出累加后的电压即电量检测信号ACR，电池剩余电量可通过该电量检测信号ACR与检流RS电阻的比值计算得出。
作为本发明一实施例，模数转换单元12可以采用模数转换器电路实现，积分单元13可以采用积分器电路实现。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细说明。
图2示出本发明实施例提供的LED手电筒电路中的电池电量测量电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
作为本发明一实施例提供的LED手电筒电路中的电池电量测量电路包括：
锂离子电池BT、LED负载、上拉电阻R1、下拉电阻R2、三端稳压管D1、检流电阻RS、单片机21以及开关控制单元22。
单片机21的电源引脚与锂离子电池BT的正极连接，单片机21的接地引脚接地，单片机21的复位引脚通过上拉电阻R2与锂离子电池BT的正极连接，单片机21的控制引脚与开关控制单元22的控制端连接，开关控制单元22的输入端与锂离子电池BT的正极连接，开关控制单元22的输出端与LED负载的阳极连接，单片机21的采样引脚通过检流电阻RS接地，检流电阻RS的高电位端与LED负载的阴极连接，单片机21的输出引脚通过下拉电阻R1与三端稳压管D1的阴极连接，三端稳压管D1的阳极接地，三端稳压管D1的参考端与阴极连接，并同时与单片机21的基准引脚连接，单片机21的测量输出引脚与外部显示单元23连接。
单片机21中包括时钟单元211、模数转换单元212、积分单元213，模数转换单元212的输入端为单片机21的采样引脚，模数转换单元212的控制端与时钟单元211的输出端连接，模数转换单元212的基准输入端为单片机21的基准引脚，模数转换单元212的输出端与积分单元213的输入端连接，积分单元213的输出端为单片机21的测量输出引脚。
在本发明实施例中，单片机21控制开关控制单元22导通，锂离子电池BT开始对LED负载放电，即手电筒发光状态，此时，通过检流电阻RS对LED负载上的电流进行采样，向单片机21中的模数转换单元212输出模拟采样电压信号，单片机21将基准引脚提供的基准信号作为模数转换的参照点，通过模数转换单元212根据时钟单元211输出的时基信号进行模数转换，向积分单元213输出N位数字量得采样电压信号，该基准信号的精度决定了模数转换的结果，该积分单元213对数字电压采样信号在时基信号的速率下累加，向外部显示单元23输出电量检测信号(ACR，Accumulated Current)，可以通过下述表达公式看出电池的剩余电量Q为：其单位为安时(Ah)，即电池剩余电量Q为输出的电量检测信号ACR与检流RS电阻的比值，其中I0为负载电阻RL上电流，VS为检流电阻RS两端的电压，RS为检流电阻的电阻值，ACR为以时基速率将VS进行累加后的电量检测信号的值，其单位为伏时(Vh)，显示单元23中的微控制器读取该电量检测信号ACR后进行运算，将电量检测信号ACR与检流电阻RS的比值输出进行实时显示，以便用户实时掌握电池剩余电量的情况。
作为本发明一实施例，时钟单元211、模数转换单元212和积分单元213可以采用分立器件实现，也可以集成在单片机21中，通过单片机21的各个功能引脚实现对输入的采样信号进行数模转换和累加处理，并输出给外部显示单元23进行对锂离子电池剩余电量的实时显示。
在本发明实施例中，通过对电流积分测量电池的剩余电量，提高可测量精度高和测量效率，并且对该测量数据实现实时显示，方便用户实时掌握电池剩余电量的情况，该电路结构简单、成本低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电池电量测量电路，所述测量电路通过负载电阻RL与待测电池BT连接，其特征在于，所述测量电路包括：
检流电阻RS，所述检流电阻RS与负载电阻RL串联，用于对负载电阻RL上电流I0进行采样，输出模拟采样电压，所述检流电阻RS两端产生的压降VS为：VS(t)＝I0(t)×RS，所述电压VS作为所述模拟采样电压；
时钟单元，用于产生时基信号；
模数转换单元，所述模数转换单元的输入端与所述检流电阻RS的高电位端连接，所述模数转换单元的控制端与所述时钟单元的输出端连接，用于将所述模拟采样电压在所述时钟信号的控制下转换为数字采样电压；
积分单元，所述积分单元的输入端与所述模数转换单元的输出端连接，所述积分单元的控制端与所述时钟单元的输出端连接，用于将所述数字采样电压进行累加，输出电量检测信号；
所述时钟单元、所述模数转换单元、所述积分单元均集成于单片机中；
开关控制单元，所述开关控制单元的控制端与所述单片机的控制引脚连接，所述开关控制单元的输入端与待测电池BT的正极连接，所述开关控制单元的输出端与负载连接；
所述开关控制单元包括：电阻R3、电阻R4以及P型MOS管；所述电阻R3的一端为所述开关控制单元的输入端与所述P型MOS管的源极连接，所述P型MOS管的漏极为所述开关控制单元的输出端，所述P型MOS管的栅极同时与所述电阻R3的另一端和所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端为所述开关控制单元的控制端；
所述测量电路还包括：
显示单元，所述显示单元与所述积分单元的输出端连接，所述显示单元中的微控制器读取所述电量检测信号(ACR)后进行运算，将所述电量检测信号(ACR)与所述检流电阻RS的比值输出进行实时显示；
三端稳压管D1，所述三端稳压端D1的阳极接地，所述三端稳压端D1的阴极和参考端同时通过下拉电阻R1与所述单片机的输出引脚连接，所述单片机的复位引脚通过上拉电阻R2与待测电池BT的正极连接，用于为所述模数转换单元提供基准信号，所述模数转换单元根据所述基准信号的精度进行相应转换。
2.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述检流电阻RS的阻值为毫欧级。
3.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述模数转换单元为模数转换器电路。
4.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述积分单元为积分器电路。
5.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，通过所述电量检测信号与所述检流电阻RS的比值计算电池剩余电量。
6.一种电池电量测量装置，其特征在于，所述测量装置的测量电路为如权利要求1至5任一项所述的测量电路。
7.一种电池电量计，其特征在于，所述电池电量计中的测量装置为如权利要求6所述的测量装置。
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