CN103618353A - 一种电池监控电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池监控电路，包括串联的充电接口、充电控制模块、蓄电池、输出接口，充电接口的负极接地，蓄电池的负极通过电池保护模块接地，输出接口的负极通过电子开关模块接地，MCU控制单元分别连接充电接口、充电控制模块、电子开关模块，并根据输入电压控制充电电流大小，还根据输出电流控制电子开关模块的通断。本发明有完善的保护功能，如过冲、过放、过流、过热保护等；可分析在充放电状态下，已经充放电时间、充放电电量、充放电电压、电池温度等，并将这些参数在屏幕上显示出来，还可通过蓝牙通讯模块将电池参数在智能终端上显示出来，使管理电源变得直观便捷。

Description

一种电池监控电路

技术领域

本发明涉及电源控制装置，尤其涉及一种保护功能全面，有电池参数显示功能、并能将所控电池的参数发给智能终端的电池监控电路。

背景技术

随着电子产品的普及和应用，电子产品对电源的稳定和持久提出了更高的要求。

如人们在使用手机等便携式电子产品时，为提高手机的续航能力，会携带移动电源给电子产品充电。现有的移动电源主要由蓄电池和降压电路组成，蓄电池中的电能经降压后输送给便携式电子产品。而现有的移动电源存在保护功能不全面、不能显示电池参数的缺陷，使用者无从知晓充电或放电时的剩余电量，剩余电量能使用多长时间，也无法知晓充电时已经充进电池里多少毫安的电量，还需要充电多久才能达到饱和，故此使用起来多有不便。

又如人们在使用重要的电脑时，为防止城市突然停电造成数据丢失或通讯中断，会给电脑配上UPS电源。UPS电源中主要的器件也是蓄电池，现有的UPS电源同样存在保护功能不全面，不能显示电池参数的缺陷。

故此开发一种保护功能全面，可以显示电池参数，并能将电池参数发送给智能终端（如蓝牙手机、电脑等）的电池监控电路是业内亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明是要解决现有技术的上述问题，提出一种保护功能全面，有电池参数显示功能、并能将所控电池的参数发给智能终端的电池监控电路。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是设计一种电池监控电路，包括蓄电池、充电接口和输出接口，充电接口的正极与蓄电池的正极之间串接充电控制模块，充电接口的负极接地，蓄电池正极连接输出接口的正极，蓄电池负极与地之间串接一电池保护模块，输出接口的负极与地之间串接一电子开关模块，MCU控制单元连接充电接口以检测输入电压，MCU控制单元连接充电控制模块并操作充电控制模块控制充电电流大小，MCU控制单元连接电子开关模块以检测输出电流并据此控制电子开关模块的通断。

所述蓄电池连接一个电池参数侦测模块，电池参数侦测模块将侦测到的电池参数传输至所述MCU控制单元。

所述输出接口连接一个负载检测模块, 负载检测模块将输出接口是否连接负载的信号反馈给MCU控制单元。

所述蓄电池正极与输出接口正极之间串接一升压模块。

所述MCU控制单元连接一个用以显示电池参数的显示模块。

所述MCU控制单元连接一个用以同外部智能终端通讯的蓝牙通讯模块。

所述电池保护模块包括保护芯片和第一、第二、第三、第四场效应管，保护芯片的电源脚通过第三电阻接蓄电池的正极，保护芯片的地脚接蓄电池负极，保护芯片的第一控制脚连接第一和第二场效应管的栅极，保护芯片的第二控制脚连接第三和第四场效应管的栅极，第一和第二场效应管的源极并接后连接蓄电池负极，第一和第三场效应管的漏极相连接，第二和第四场效应管的漏极相连接，第三和第四场效应管的源极并接后接地。

所述电池参数侦测模块包括参数侦测芯片和充放电电流检测电阻，其中参数侦测芯片的电源脚连接第一电阻和第二电容的一端，第一电阻的另一端接蓄电池正极，第二电容的另一端接蓄电池负极，参数侦测芯片的地脚接蓄电池负极，参数侦测芯片的电压侦测脚通过第二电阻接蓄电池正极，所述充放电电流检测电阻串接在蓄电池负极至所述第一和第二场效应管源极的连线中，参数侦测芯片的电流侦测脚连接充放电电流检测电阻靠近第二场效应管源极的一端，参数侦测芯片的数据输出脚通过第五电阻输出所述电池参数。

所述电子开关模块具有输出控制场效应管，其栅极连接所述MCU控制单元，其漏极连接所述输出接口的负极，其源极通过输出电流取样电阻接地，其源极还耦合连接MCU控制单元以反馈所述输出电流。

所述负载检测模块具有二极管，其阳极连接所述输出接口的负极并通过上拉电阻接地，其阴极连接MCU控制单元以反馈输出接口是否连接负载的信号。

与现有技术相比，本发明保护功能全面，有过冲、过放、过流、过热保护；可分析在充电状态下，已经充了多久，已经充了多少毫安的电到电池里去，还需要充多少毫安的电进去才能把电池充饱和，还需要充多久，当前充电电压是多少伏，充电电流多大，电池温度是多少；还可分析在放电的状态下，输出是多少电压，输出是多少电流，电池的温度是多少，总容量有多少，已经使用了多少毫安电量，还剩余多少电量，还能使用多久等相关信息；本发明还具备蓝牙通讯功能，能将电池参数上传到智能终端，智能终端包括，手机，平板电脑，笔记本电脑，台式电脑等，通过智能终端显示以上信息内容，并且通过图形，很直观很形象地显示工作状态，可广泛运用于移动电源和UPS电源，本电路的使用令管理电源变得直观便捷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作出详细的说明，其中：

图1为本发明较佳实施例的原理框图；

图2为本发明较佳实施例的充电接口电路图；

图3为本发明较佳实施例的充电控制模块电路图；

图4为本发明较佳实施例的电池保护开关和电池参数侦测的电路图；

图5为本发明较佳实施例的升压模块的电路图；

图6为本发明较佳实施例的输出接口的电路图；

图7为本发明较佳实施例的电子开关模块和负载检测模块的电路图；

图8为本发明较佳实施例的蓝牙通讯模块的电路图；

图9为本发明较佳实施例的显示模块的电路图；

图10为本发明较佳实施例的MCU控制单元的电路图。

具体实施方式

本发明揭示了一种电池监控电路，参看图一示出的较佳实施例的原理框图，其包括蓄电池、充电接口和输出接口，充电接口的正极与蓄电池的正极之间串接充电控制模块，充电接口的负极接地，蓄电池正极连接输出接口的正极，蓄电池负极与地之间串接一电池保护模块，输出接口的负极与地之间串接一电子开关模块，MCU控制单元连接充电接口以检测输入电压，MCU控制单元连接充电控制模块并操作充电控制模块控制充电电流大小，MCU控制单元连接电子开关模块以检测输出电流并据此控制电子开关模块的通断。

使用时，充电接口连接外部的直流电源，输出接口接负载。充电接口的正极通过充电控制模块连接蓄电池的正极，充电接口的负极接地，蓄电池负极通过电池保护模块接地，当电池保护模块导通时，充电电路形成完整的回路，可进行充电。MCU控制单元连接充电接口处的输入电压，根据输入电压大小控制充电控制模块的开启度以控制充电电流大小；电池保护模块检测充放电电流和电池电压，通过控制其内部的电子开关实现短路保护、大电流保护、过充过放保护。蓄电池正极连接输出接口的正极，输出接口通过电子开关模块接地。当电子开关导通时，放电电路形成完整的回路，可进行放电。MCU控制单元检测电子开关模块处的放电电流，并据此控制电子开关模块的通断，以实现短路保护和过放保护功能。

图2示出了较佳实施例中充电接口的电路图，J1可采用MICRO USB ，充电接口正极IN5V向后级输送电能，输入电压经过电阻R21和R22分压，把INPUT-DET信号送给MCU控制单元，检测外部有没有直流电压输入，电压值是多少。

图3示出了较佳实施例中充电控制模块电路图，充电控制模块主要包括第一控制芯片U31和第二控制芯片U32, U31和 U32的输入脚和使能脚接充电接口的正极IN5V，U31和 U32的地脚接地，U31和 U32的电池脚连接蓄电池正极；U31的电流控制脚通过电阻R33接地、并通过电阻R34接MCU控制单元的16脚（COP_CONT1）、并通过电阻R35接MCU控制单元的15脚（COP_CONT2），U32的电流控制脚通过电阻R36接地、并通过电阻R37接MCU控制单元的13脚（COP_CONT3）、并通过电阻R38接MCU控制单元的14脚（COP_CONT4）。MCU控制单元根据输入电压大小，智能的选择充电电流，通过COP_CONT1COP_CONT2，COP_CONT3，COP_CONT4这四个信号来控制U31和 U32的开启度。U31的信号2脚送出copok信号，MCU控制单元据此判断蓄电池是否充满，如蓄电池充满，则控制U31和 U32关断。

在较佳实施例中，蓄电池连接一个电池参数侦测模块，电池参数侦测模块将侦测到的电池参数传输至所述MCU控制单元。

在较佳实施例中，输出接口连接一个负载检测模块, 负载检测模块将输出接口是否连接负载的信号反馈给MCU控制单元。负载检测模块具有二极管，其阳极连接所述输出接口的负极并通过上拉电阻接地，其阴极连接MCU控制单元以反馈输出接口是否连接负载的信号。由于在较佳实施例中，输出接口有两个，如图6所示的J2和J3，相应的负载检测模块中有两个二极管，参看图7，所述的两个二极管集成在一起（形成Q71），它具有两个阳极有一个阴极。其中一个阳极连接J2的OUT1-G、并通过电阻R75接地，另一个阳极连接J3的OUT2-G、并通过电阻R74接地。其阴极向MCU控制单元输出LOAD-DET信号，用于待机状态检测输出接口上是否有负载。没有负载时，LOAD-DET信号是低的电平；有负载时，LOAD-DET信号变为高电平。待机状态时，电子开关模块断开。

在较佳实施例中，蓄电池正极与输出接口正极之间串接一升压模块。图5示出了其电路图，其中U51为高效率同步升压IC, 蓄电池经过升压，滤波输出5.0伏的直流电压，DOP信号是输出给MCU控制单元的检测信号，高电平时有效，用于判断输出是否异常。蓄电池正极B+通过电阻R71和稳压二极管D71接到VOUT，以稳定输出电压。

在较佳实施例中，MCU控制单元连接一个用以显示电池参数的显示模块。图9示出了其电路图，显示模块包括OLED显示屏（图中只绘出OLED显示屏的IIC接口J91）MCU控制单元采用IIC接口通讯，信号包括REST、SCL和SDA，可以实时显示充电状态下：已充电时间、充入电量值、尚需充入电量值、尚需充电时间、当前充电电压、充电电流、电池温度等；还可实时显示放电的状态下：输出电压、输出电流、电池的温度、总容量值、已经使用了的电量值、剩余电量值、还能使用多久等相关信息。K1是电源开关按键。按下K1，MCU控制单元收到KEY信号，令EN_LCD信号为低电平，Q91导通，使Q91栅极为低电平，Q92导通，稳压芯片U91得电向OLED显示屏提供电源。

在较佳实施例中，MCU控制单元连接一个蓝牙通讯模块。图8示出了其电路图，图中U81为蓝牙芯片，型号可采用SE-7718，采用UART通讯，通讯信号BLUE_RTS、BLUE_TX、BLUE_CTS、BLUE_RX以及设置信号BLUE_REST分别连接MCU控制单元对应的管脚。有蓝牙通讯功能的外部智能终（如手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑等），通过智能终端显示OLED显示屏上的信息内容，并且还可将信息内容图形化，以便于直观形象地显示蓄电池工作状态。

图4示出了较佳实施例中电池保护开关的电路图，其包括保护芯片U1和第一、第二、第三、第四场效应管，保护芯片的电源脚VDD通过第三电阻R3接蓄电池的正极，保护芯片的地脚VSS接蓄电池负极，保护芯片的第一控制脚OD连接第一和第二场效应管的栅极G2，保护芯片的第二控制脚OC连接第三和第四场效应管的栅极G1，第一和第二场效应管的源极S2并接后连接蓄电池负极（由于图4中绘制了电池参数侦测模块，所以第一和第二场效应管的源极S2是通过R6接蓄电池负极），第一和第三场效应管的漏极D相连接，第二和第四场效应管的漏极D相连接，第三和第四场效应管的源极S并接后接地。第一和第三场效应管集成在一个MOS芯片Q1中，第二和第四场效应管集成在一个MOS芯片Q2中。当正常充放电时，U1的第一控制脚OD和 第二控制脚OC输出高电平，第一、第二、第三、第四场效应管导通，蓄电池的负极与地连接，构成完整的回路，充放电正常进行。当U1检测到蓄电池充满时，U1的OD、OC脚输出低电平，第一、第二、第三、第四场效应管截止，充电回路断开，实现过充保护。当U1检测到蓄电池放电过多、电池电压过低时，U1的OD、OC脚输出低电平，第一、第二、第三、第四场效应管截止，放电回路断开，实现过放保护。当U1检测到充放电电流过大时，U1的OD、OC脚输出低电平，第一、第二、第三、第四场效应管截止，充放电回路断开，藉此实现过流和短路保护。

图4还示出了较佳实施例中电池参数侦测模块的电路图，其包括参数侦测芯片U2和充放电电流检测电阻R6，其中参数侦测芯片的电源脚VDD连接第一电阻R1和第二电容C2的一端，第一电阻R1的另一端接蓄电池正极，第二电容的另一端接蓄电池负极，参数侦测芯片的地脚VSS接蓄电池负极，参数侦测芯片的电压侦测脚VIN通过第二电阻R2接蓄电池正极，所述充放电电流检测电阻R6串接在蓄电池负极至所述第一和第二场效应管源极的连线中，参数侦测芯片的电流侦测脚SNS连接充放电电流检测电阻靠近第二场效应管源极的一端，参数侦测芯片的数据输出脚DQ通过第五电阻R5输出所述电池参数（BAT DATA）。MCU控制单元采用1-Wire总线通过BAT_DATA信号与参数侦测芯片U2通讯，U2是一般的电量计量IC, 可以计算电池温度，容量，电压，输出电流。U2将所侦测到的电池参数传输给MCU控制单元。

图7还示出了电子开关模块的电路图，其具有输出控制场效应管，其栅极G连接所述MCU控制单元，其漏极D连接所述输出接口的负极，其源极S通过输出电流取样电阻接地，其源极S还耦合连接MCU控制单元以反馈所述输出电流。由于在较佳实施例中，输出接口有J2和J3两个，故输出控制场效应管分成两组。

第一组Q73为两个集成在一起的场效应管，两个场效应管的栅极G、漏极D、源极S都并联在一块，栅极G接MCU控制单元发来的控制信号ENOUT1，漏极D接输出接口J2的负极OUT1-G，源极S通过输出电流取样电阻R79接地。源极S还通过电阻R77电容C72组成的RC滤波反馈输出电流信号I-OUT1。

第二组Q72为两个集成在一起的场效应管，两个场效应管的栅极G、漏极D、源极S都并联在一块，栅极G接MCU控制单元发来的控制信号ENOUT2，漏极D接输出接口J3的负极OUT2-G，源极S通过输出电流取样电阻R78接地。源极S还通过电阻R76电容C71组成的RC滤波反馈输出电流信号I-OUT2。I-OUT1和I-OUT2皆送至MCU控制单元。

图10示出了MCU控制单元的电路图，图中U102为MCU单片机，其信号线和控制线分别连接各功能模块，NTC1和NTC2为热敏电阻，NTC1帖附于PCBA电路板放电点以检测其温度，NTC2帖附于PCBA电路板充电点以检测其温度。

以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种电池监控电路，包括蓄电池、充电接口和输出接口，其特征在于：充电接口的正极与蓄电池的正极之间串接充电控制模块，充电接口的负极接地，蓄电池正极连接输出接口的正极，蓄电池负极与地之间串接一电池保护模块，输出接口的负极与地之间串接一电子开关模块，MCU控制单元连接充电接口以检测输入电压，MCU控制单元连接充电控制模块并操作充电控制模块控制充电电流大小，MCU控制单元连接电子开关模块以检测输出电流并据此控制电子开关模块的通断。

2.如权利要求1所述的电池监控电路，其特征在于：所述蓄电池连接一个电池参数侦测模块，电池参数侦测模块将侦测到的电池参数传输至所述MCU控制单元。

3.如权利要求2所述的电池监控电路，其特征在于：所述输出接口连接一个负载检测模块, 负载检测模块将输出接口是否连接负载的信号反馈给MCU控制单元。

4.如权利要求3所述的电池监控电路，其特征在于：所述蓄电池正极与输出接口正极之间串接一升压模块。

5.如权利要求4所述的电池监控电路，其特征在于：所述MCU控制单元连接一个用以显示电池参数的显示模块。

6.如权利要求5所述的电池监控电路，其特征在于：所述MCU控制单元连接一个用以同外部智能终端通讯的蓝牙通讯模块。

7.如权利要求6所述的电池监控电路，其特征在于：所述电池保护模块包括保护芯片（U1）和第一、第二、第三、第四场效应管，保护芯片的电源脚通过第三电阻（R3）接蓄电池的正极，保护芯片的地脚接蓄电池负极，保护芯片的第一控制脚连接第一和第二场效应管的栅极，保护芯片的第二控制脚连接第三和第四场效应管的栅极，第一和第二场效应管的源极并接后连接蓄电池负极，第一和第三场效应管的漏极相连接，第二和第四场效应管的漏极相连接，第三和第四场效应管的源极并接后接地。

8.如权利要求7所述的电池监控电路，其特征在于：所述电池参数侦测模块包括参数侦测芯片（U2）和充放电电流检测电阻（R6），其中参数侦测芯片的电源脚连接第一电阻（R1）和第二电容（C2）的一端，第一电阻（R1）的另一端接蓄电池正极，第二电容的另一端接蓄电池负极，参数侦测芯片的地脚接蓄电池负极，参数侦测芯片的电压侦测脚通过第二电阻（R2）接蓄电池正极，所述充放电电流检测电阻串接在蓄电池负极至所述第一和第二场效应管源极的连线中，参数侦测芯片的电流侦测脚连接充放电电流检测电阻靠近第二场效应管源极的一端，参数侦测芯片的数据输出脚通过第五电阻（R5）输出所述电池参数。

9.如权利要求8所述的电池监控电路，其特征在于：所述电子开关模块具有输出控制场效应管，其栅极连接所述MCU控制单元，其漏极连接所述输出接口的负极，其源极通过输出电流取样电阻接地，其源极还耦合连接MCU控制单元以反馈所述输出电流。

10.如权利要求9所述的电池监控电路，其特征在于：所述负载检测模块具有二极管，其阳极连接所述输出接口的负极并通过上拉电阻接地，其阴极连接MCU控制单元以反馈输出接口是否连接负载的信号。

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