CN103605082A - 一次性锂电池剩余电量的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一次性锂电池剩余电量的检测装置，包括主控芯片、单节电池放电检测单元、键盘、显示屏以及电压基准电路，所述单节电池放电单元、键盘、显示屏以及电压基准电路均与主控芯片相连；所述单节电池放电单元内包括两组单节电池放电电路，每组单节电池放电电路内包括一个继电器以及一个单节电池放电电阻。本发明的一次性锂电池剩余电量的检测装置能够方便的测出一次性锂电池的内阻，进而获得一次性锂电池的电池余量。

Description

一次性锂电池剩余电量的检测装置

技术领域

本发明涉及一次性锂电池，更具体地说，是涉及一种用于检测一次性锂电池剩余电量的检测装置。

背景技术

在一次性锂电池的使用过程中，会遇到这样一个问题，即电池剩余容量的检测。检测一次性锂电池的剩余电量，主要用于评估锂电池的更换时机，若不能较为精确的检测出一次性锂电池的剩余电量，则可能出现：当一次性锂电池的剩余电量还比较充分时就被更换，会造成一定的浪费；若一次性锂电池的电量即将耗尽时还未提前更换电池，用户设备将面临随时丧失供电的困境，此时若设备正处于关键工作阶段，会给用户带来更为巨大的经济损失，甚至可能会导致重大安全事故。

对于一般电池放电的电压-时间曲线通常呈现为平滑下跌的趋势，所以常用的检测电池剩余容量的方法是通过检测电池的电压来进行推算，这种方法的代价比较低，检测精度也可以接受。而一次性锂电池放电的电压-时间曲线通常非常平坦，在常温下，其输出电压在整个电池容量区间内几乎保持不变，仅在电量将尽时才开始下跌。因此，对于一次性锂电池，在不放光电的条件下，无法通过测量电压的方法实现较为准确得推算电池的剩余电量。

为了解决一次性锂电池剩余电量检测的难题，就必须找到锂电池的一种随剩余电量变化而进行变化的参数，通过测量该参数来计算剩余电量。经研究发现，尽管不是通性，但大多数锂电池在电量下跌后，其内阻会呈一定规律的变化。故可以通过测量一次性锂电池内阻的方式来较为精确的推算电池的剩余电量。因此，有些锂电池的资料里会配有内阻-时间曲线图，但很多锂电池并没有提供该图，即使提供了，内阻-时间曲线图也比较简略，生成的剩余电量和内阻的对应表的精确度不够。这样就需要通过对该型号锂电池的内阻变化进行多次采样测试，将最终数据进行统计整理，形成较为精确的剩余电量和内阻的对应表。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种一次性锂电池剩余电量的检测装置。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种一次性锂电池剩余电量的检测装置，包括主控芯片、单节电池放电检测单元、键盘、显示屏以及电压基准电路，所述单节电池放电单元、键盘、显示屏以及电压基准电路均与主控芯片相连；所述单节电池放电单元内包括两组单节电池放电电路，每组单节电池放电电路内包括一个继电器以及一个单节电池放电电阻。

所述单节电池放电电阻阻值范围为0.26Ω至100Ω。

所述单节电池放电电阻阻值范围为0.5Ω至10Ω。

所述检测装置还包括数据接口单元，所述数据接口单元与所述主控芯片相连。

所述检测装置还包括数据存储单元，所述数据存储单元与所述主控芯片相连。

所述检测装置还包括多节电池组放电检测单元以及电压采集选择电路，所述多节电池组放电检测单元以及电压采集选择电路均与主控芯片相连；

所述多节电池组放电检测单元内包括两组多节电池放电电路，每组多节电池放电电路内包括一个继电器以及一个多节电池放电电阻，所述多节电池放电电阻的阻值与单节电池放电电阻的阻值之比与多节电池组内的单节电池的个数相同。

与现有技术相比，采用本发明的一种一次性锂电池剩余电量的检测装置，包括主控芯片、单节电池放电检测单元、键盘、显示屏以及电压基准电路，所述单节电池放电单元、键盘、显示屏以及电压基准电路均与主控芯片相连；所述单节电池放电单元内包括两组单节电池放电电路，每组单节电池放电电路内包括一个继电器以及一个单节电池放电电阻。本发明的一次性锂电池剩余电量的检测装置能够方便的测出一次性锂电池的内阻，进而获得一次性锂电池的电池余量。

附图说明

图1为本发明的一次性锂电池剩余电量的检测装置的基本原理图；

图2为本发明的实施例的工作原理框图；

图3为图2中的电压采集选择电路的电路图；

图4为本发明的实施例中的单节电池放电电路以及5节电池放电电路的电路图；

图5为图2中的电压基准电路的电路图；

图6为图2中的键盘的电路图；

图7为图2中的显示屏以及数据接口单元的电路图；

图8为图2中的数据存储单元的电路图；

图9为图2中的主控芯片的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明的基本原理如下：

请参阅图1所示，测量内阻时，拟采用对一次性锂电池接不同阻值的放电电阻进行放电，其中一次性锂电池可以看作由电池电压U以及电池内阻R两部份组成，切换开关K中的动触点与电压计U₂的第一端相连，切换开关K中的第一静触点通过第一放电电阻R1与电压计U₂的第二端相连，切换开关K中的第二静触点通过第二放电电阻R2与电压计U_D的第二端相连；通过切换开关K接通第一放电电阻R1，读电压计值为U1；然后通过切换开关K接通第二放电电阻R2，读电压计值为U2。

可知： $U1=\frac{U\×R1}{R1+R}.........\left(1\right)$

$U2=\frac{U\×R2}{R2+R}.........\left(2\right)$

由式（1）、（2）可得：

$R=\frac{(U2-U1)\×R1\×R2}{U1\×R2-U2\×R1}.........\left(3\right)$

因此，可以根据已知的R1和R2，以及电压计的读值U1和U2来计算出电池内阻R。最后，根据电池内阻查表，可获得待测一次性锂电池相对应的剩余电量。

以下，基于单节一次性锂电池的测量，给出鉴于第一放电电阻R1和第二放电电阻R2的适合取值范围。

在公式（3）中，如果第一放电电阻R1和第二放电电阻R2的阻值过于接近，对读值U1和读值U2的测量精度要求会相当高，所以一般取R1=2R2。

作为进一步的改进，锂电池的电池内阻R通常在0.1Ω到1Ω之间，考虑到第一放电电阻R1和第二放电电阻R2本身的值还有一定误差，为了能较为精确的计算电池内阻，第一放电电阻R1和第二放电电阻R2的阻值最好比电池内阻R小，最大不宜超过内阻R两个数量级，即取值应在0Ω到100Ω。但是考虑到单节一次性锂电池的电压为3V，而通常1%精度的贴片功率电阻的功率不超过35W，在不考虑电池内阻影响的情况下，可以计算得知放电电阻的阻值应大于0.26Ω。即第一放电电阻R1和第二放电电阻R2的阻值范围应在0.26Ω到100Ω。

作为更进一步的改进，考虑到第一放电电阻R1和第二放电电阻R2的阻值过小会使得功率电阻始终处于最大功率工作状态，电阻会散发较大的热量，会影响测量精度甚至烧坏电路板；而第一放电电阻R1和第二放电电阻R2的阻值过大，则会将第一放电电阻R1和第二放电电阻R2本身的阻值误差带入测量结果。故第一放电电阻R1和第二放电电阻R2的阻值理想范围应在0.5Ω到10Ω；在权衡成本和需求测量精度的条件下，阻值越低越好。

再请参阅图2所示，包括主控芯片11、单节电池放电检测单元12、键盘13、显示屏14以及电压基准电路15，单节电池放电单元12、键盘13、显示屏14以及电压基准电路15均与主控芯片11相连；单节电池放电单元12内包括两组单节电池放电电路，每组单节电池放电电路内包括一个继电器以及一个单节电池放电电阻。

为了使本发明能够对由多节一次性锂电池串接而成的待测电池组进行剩余电量的检测，图2中的检测装置还包括5节电池组放电检测单元16以及电压采集选择电路17，所述5节电池组放电检测单元16以及电压采集选择电路17均与主控芯片11相连；

5节电池组放电检测单元16内包括两组5节电池放电电路，每组5节电池放电电路内包括一个继电器以及一个5节电池放电电阻，5节电池放电电阻的阻值与单节电池放电电阻的阻值之比与5节电池组内的单节电池的个数相同。

图2中的检测装置通过电压采集选择电路选择待测锂电池为单节3V或一组15V，通过不同的电池放电电路进行测量；为保证测量精度，引入了高精度的电压基准电路15来提供参考电压；同时可将测试数据存入数据存储单元19；可通过键盘13和显示屏14进行友好的人机界面操作；可通过数据接口单元18导入导出各型锂电池的内阻电量对应表。

再请参阅图3所示，根据待测一次性锂电池的情况，可用开关选择适合的高精度分压电阻。若待测电池为单节3V，则开关接通X9的1-2脚；若待测电池为一组15V，则开关接通X9的2-3脚。

再请参阅图4所示，其中，K1～K4为继电器，R5～R8为四组放电电阻，4个继电器的1脚分别连接到主控芯片11（见图9）的P.2.1～P2.4脚，由主控芯片11控制继电器的开关，继电器的6脚连接到待测电池，可根据待测电池的实际情况选择及组合继电器的开关。若待测电池为单节3V，则首先打开继电器K1，放电电阻为2Ω，其精度为1%，功率为10W，然后同时打开继电器K1和K2，放电电阻为1Ω；若待测电池为5节待测电池构成的一组15V，则首先打开继电器K3，放电电阻为10Ω其精度为1%，功率为35W，然后同时打开继电器K3和K4，放电电阻为5Ω。

再请参阅图5所示，其中的LTC6655芯片实现高精度的电压基准（±0.025%），作为主控MCU进行AD转换的参考电压。

再请参阅图6所示，其中的按键采集通过I2C接口芯片MAX7348实现，键盘集成了22个按键，足够本检测装置的应用。

再请参阅图7所示，其中应用RS232接口芯片实现TTL电平和232电平的转换。本检测装置的显示屏采用RS232接口与主控MCU连接；数据接口同样应用RS2342串口与外接计算机交互数据，可导入导出各型锂电池的内阻电量对应表。

再请参阅图8所示，其中应用I2C接口的EEROM芯片24AA1025存储数据，主要存储各型锂电池的内阻电量对应表。

再请参阅图9所示，其中的C8051F410芯片为主控MCU芯片，通过自动控制、检测及计算，实现一次性锂电池剩余电量的智能化测试。

本发明的一次性锂电池剩余电量检测装置能测量所接锂电池的内阻，通过查取内阻电量对应表，显示锂电池的电量，其显示精度为0.2%。

该装置可存储100组一次性锂电池的内阻电量对应表；已预存10组常见的一次性锂电池的内阻电量对应表；同时可外接计算机，导入自定义的锂电池的内阻电量对应表。

该装置也可实际测量并存储外接的新型号一次性锂电池的内阻电量对应表，并将已存储的内阻电量对应表导出到外接计算机。

该装置技术目前已应用于检测法国SAFT公司M19和M20的一次性锂电池，已取得了良好的效果。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种一次性锂电池剩余电量的检测装置，其特征在于：

包括主控芯片、单节电池放电检测单元、键盘、显示屏以及电压基准电路，所述单节电池放电单元、键盘、显示屏以及电压基准电路均与主控芯片相连；所述单节电池放电单元内包括两组单节电池放电电路，每组单节电池放电电路内包括一个继电器以及一个单节电池放电电阻。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：

所述单节电池放电电阻阻值范围为0.26Ω至100Ω。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：

所述单节电池放电电阻阻值范围为0.5Ω至10Ω。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：

所述检测装置还包括数据接口单元，所述数据接口单元与所述主控芯片相连。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：

所述检测装置还包括数据存储单元，所述数据存储单元与所述主控芯片相连。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的检测装置，其特征在于：

所述检测装置还包括多节电池组放电检测单元以及电压采集选择电路，所述多节电池组放电检测单元以及电压采集选择电路均与主控芯片相连；

所述多节电池组放电检测单元内包括两组多节电池放电电路，每组多节电池放电电路内包括一个继电器以及一个多节电池放电电阻，所述多节电池放电电阻的阻值与单节电池放电电阻的阻值之比与多节电池组内的单节电池的个数相同。

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