CN104242400A

CN104242400A - 一种锂电池的监测装置

Info

Publication number: CN104242400A
Application number: CN201410512420.8A
Authority: CN
Inventors: 周晶晶; 吴秋轩; 李钦锋; 郭建宇; 潘剑良
Original assignee: SUZHOU KELANCI ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU KELANCI ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明公开了一种锂电池的监测装置，包括锂电池监测芯片(10)、单片机(20)、数码管(30)、DC—DC转换器(50)，所述电池监测芯片(10)与锂电池(40)连接，所述单片机(20)与电池监测芯片(10)连接，所述数码管(30)与单片机(20)连接，所述DC—DC转换器(50)连接锂电池(40)与单片机(20)。本发明对锂离子电池的状态监测，了解锂电池的基本状态，以实现对电池的一系列保护。

Description

一种锂电池的监测装置

技术领域

本发明涉及电池充电技术领域，具体而言，涉及一种锂电池的监测装置。

背景技术

充电控制器实现的方式不同导致其充电效果不同。目前市场上很多采用大电流的快速充电法，所以在电池充满后如不及时停止会使电池发烫，过度的过充会严重损害电池的寿命。也有一些低成本的充电控制器采用电压比较法。为了防止过充，一般充电到90％就停止大电流快充，采用小电流涓流补充充电。一般地，为了使得电池充电充分，容易造成过充，表现为有些充电控制器在充电终了时电池经常发烫(电池在充电后期明显发烫一般说明电池已过充)。对电池经常出现过充和欠充的缺点已越来越不能满足人们的需要。锂电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电维护过程和使用情况密切相关。一部好的充电控制器不但能在短时间内将电量充足。而且对电池还能起到一定的维护作用，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即容量下降(电池活性衰退)现象。因而传统的普通充电控制器存在明显的不足。

发明内容

本发明所解决的技术问题：如何进行锂离子电池的状态监测，了解锂电池的基本状态，以实现对电池的一系列保护。

本发明提供如下技术方案：一种锂电池的监测装置，包括锂电池监测芯片、单片机、数码管，所述电池监测芯片与锂电池连接，所述单片机与电池监测芯片连接，所述数码管与单片机连接。所述锂电池的监测装置还包括DC—DC转换器，所述DC—DC转换器连接锂电池与单片机。

按上述技术方案，DC—DC转换器的作用是通过直流变压用锂电池为单片机供电，在设计时直接采用5V直流电源直接为单片机供电。

本发明所述的电池监测芯片选用DS2741芯片，单片机选用AT89C2051单片机。

本发明采用片内电阻感应方式，由DS2741锂电池监测芯片、AT89C2051单片机和数码管组成。DS2741主要完成对电池当前状态的监测，包括电流、温度和剩余电量等参数的监测，同时它还能自动采集这些数据，并将其放在存储器中。通过AT89C2051单片机可以按照用户需要对电池的相应参数进行读取和处理，然后送往数码管进行显示。AT89C2051单片机是整个装置的控制处理中心，由于大量的工作均可由单片机来完成，因而明显地降低了本发明的硬件复杂度。

数码管可用来显示用户需要了解的电池当前状态信息，以便用户可根据这些信息作出相应的处理。实际上，该数码管只接受单片机的控制和访问。

作为本发明的进一步说明，所述DS2741锂电池监测芯片包括两个检测端、一个I2C接口、功率控制模块，所述两个检测端包括第一检测端和第二检测端，所述第一检测端与充电器或负荷连接，所述第二检测端与锂电池连接，所述I2C接口包括串行数据输入或输出端和串行时钟输入端，所述输入或输出端通过第一数据线与单片机连接，所述串行时钟输入端通过第二数据线与单片机连接，所述第一数据线与第一检测端之间设有第一电阻，所述第二数据线与第一检测端之间设有第二电阻，所述功率控制模块设引脚，所述引脚连接充电器或负荷、第一电容，所述第一电容接地。其中，所述第一电阻值和第二电阻值均为10K欧姆，所述第一电容值为0.1u法拉。其中，所述功率控制模块在低电平时有效，当DS2741锂电池监测芯片被放置在一个低功耗的睡眠状态，所有设备包括I2C总线被禁用，先切换功率控制端的低电平，然后再复位设备和I2C总线。

作为本发明的进一步说明，所述AT89C2051单片机包括XTAL1和XTAL2引脚、RST引脚，所述XTAL1和XTAL2引脚连接晶振和第二电容、第三电容，所述晶振频率为12M赫兹，所述第二电容和第三电容值均为30p法拉，所述RST引脚连接第四电容和第三电阻，所述第三电阻接地，所述第四电容值为10u法拉，所述第三电阻值为1K欧姆。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明所述的一种锂电池的监测装置的结构示意图；

图2为图1中电池监测芯片的功能框图；

图3为本发明所述的一种锂电池的监测装置的电路图；

图4为电池监测芯片与单片机进行通讯的I2C总线的读写流程图。

图中符号说明：

10－电池监测芯片；11－功率控制模块；12－检测电阻；13－十位正符号A/D转换器；14－当前寄存器；15－累加寄存器；16－温度寄存器；17－电压接口；

20－单片机；

30－数码管；

40－锂电池；

50－DC—DC转换器；

60－充电器或负荷；

70－晶振；

R1－电阻；R2－电阻；R3－电阻；

U1－电容；U2－电容；U3－电容；U4－电容。

具体实施方式

如图1所示，一种锂电池的监测装置，包括锂电池监测芯片10、单片机20、数码管30、DC—DC转换器50。所述电池监测芯片10与锂电池40连接，所述单片机20与电池监测芯片10连接，所述数码管30与单片机20连接，所述DC—DC转换器50连接锂电池40与单片机20。

本发明所选电池监测芯片10为DS2741芯片。本发明所选单片机20为AT89C2051单片机。

如图2所示，所述电池监测芯片10包括第一检测端RS+和第二检测端RS-、38mΩ检测电阻12、十位正符号A/D转换器13、当前寄存器14、当前累加器15、温度寄存器16、一个接口I2C、功率控制模块11、电压接口17。所述第一检测端RS+和第二检测端RS-内接38mΩ检测电阻12。所述功率控制模块11设引脚SLP。

如图1、图3所示，所述第一检测端RS+与充电器或负荷60连接，所述第二检测端RS-与锂电池40连接，所述接口I2C包括串行数据输入或输出端SDA和串行时钟输入端SCL，所述输入或输出端SDA通过第一数据线与单片机20连接，所述串行时钟输入端SCL通过第二数据线与单片机20连接，所述第一数据线与第一检测端RS+之间设有第一电阻R1，所述第二数据线与第一检测端RS+之间设有第二电阻R2。所述引脚SLP连接充电器或负荷60、第一电容U1，所述第一电容U1接地。其中，所述第一电阻R1值和第二电阻R2值均为10K欧姆，所述第一电容U1值为0.1u法拉。

如图3所示，所述单片机20包括XTAL1和XTAL2引脚、RST引脚。所述XTAL1和XTAL2引脚连接晶振70和第二电容U2、第三电容U3，所述晶振70频率为12M赫兹，所述第二电容U2和第三电容U3值均为30p法拉。所述RST引脚连接第四电容U4和第三电阻R3，所述第三电阻R3接地，所述第四电容U4值为10U法拉，所述第三电阻R3值为1K欧姆。

电池监测芯片10与单片机20利用I2C总线进行通讯，所述I2C总线包括第一数据线和第二数据线。为了保证数据传送的可靠性，I2C总线的数据传送有严格的时序要求。如图4所示，第二数据线保持高电平期间，第一数据线电平从高到低的跳变作为I2C总的起始信号。第二数据线保持高电平期间，第一数据线电平从低到高的跳变作I2C总线的停止信号。单片机20进行写操作时，首先发送该器件的7位地址码和写方向位“0”(8位，即一个字节)，发送完后释放第一数据线并在第二数据线上产生第9个时钟信号。被选中的存储器器件在确认是自己的地址后，在第一数据线上产生一个应答信号作为相应，单片机20收到应答后就可以传送数据了。单片机20进行读操作时，单片机20先发送该器件的7位地址码和写方向位“0(“伪写”)，发送完后释放第一数据线并在第二数据线线上产生第9个时钟信号。被选中的存储器器件在确认是自己的地址后，在第一数据线上产生一个应答信号作为相应。然后，再发一个字节的要读出器件的存储区的首地址，收到应答后，单片机20要重复一次起始信号并发出器件地址和读方向位(“1”)，收到器件应答后就可以读出数据字节，每读出一个字节，单片机20都要回复应答信号。当最后一个字节数据读完后，单片机20应返回以“非应答”(高电平)，并发出终止信号以结束读出操作。

本发明对锂电池进行监测的具体内容如下：

1.电池电流和温度的读取

在活动模式下，锂电池监测芯片10通过检测38mΩ检测电阻12上的压降来测量流入、流出锂电池40的电流，并把数据以补码的形式存储在当前寄存器14中，温度传感器测量温度并把数据存储在温度寄存器16中。当前寄存器14和温度寄存器16都只能读取。当前寄存器14是2字节的寄存器，它的地址是16h和17h。温度寄存器16的地址是14h。因此，要获得锂电池40的电流和温度参数，只需单片机20通过I2C总线读取锂电池监测芯片10的当前寄存器14和温度寄存器16，并待其采样完毕后将电流、温度的测量值存入相对应的寄存器，最后再由单片机20读取寄存器的内容即可。

2.剩余电量的监测

锂电池40的剩余电量是用户所需要的重要信息之一，它可利用累加寄存器15中的值来求得。累加寄存器15的值是由锂电池监测芯片10实时自动测量锂电池40电流后得到的，因而无须对其进行控制。通常在锂电池40充电时，该值增加，锂电池40放电时，该值减少。累加寄存器15是一个可以根据单片机20的需要改变数据的读/写2字节寄存器，它的地址是10h和11h。单片机20通过I2C总线可以读取锂电池监测芯片10的累加寄存器15。

以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种锂电池的监测装置，包括锂电池监测芯片(10)、单片机(20)、数码管(30)，所述电池监测芯片(10)与锂电池(40)连接，所述单片机(20)与电池监测芯片(10)连接，所述数码管(30)与单片机(20)连接，其特征在于：还包括DC—DC转换器(50)，所述DC—DC转换器(50)连接锂电池(40)与单片机(20)。

2.如权利要求1所述的一种锂电池的监测装置，其特征在于：所述电池监测芯片(10)包括两个检测端(RS+；RS-)、一个接口(I2C)、功率控制模块(11)，所述两个检测端(RS+；RS-)包括第一检测端(RS+)和第二检测端(RS-)，所述第一检测端(RS+)与充电器或负荷(60)连接，所述第二检测端(RS-)与锂电池(40)连接，所述接口(I2C)包括串行数据输入或输出端(SDA)和串行时钟输入端(SCL)，所述输入或输出端(SDA)通过第一数据线与单片机(20)连接，所述串行时钟输入端(SCL)通过第二数据线与单片机(20)连接，所述第一数据线与第一检测端(RS+)之间设有第一电阻(R1)，所述第二数据线与第一检测端(RS+)之间设有第二电阻(R2)，所述功率控制模块(11)设引脚(SLP)，所述引脚(SLP)连接充电器或负荷(60)、第一电容(U1)，所述第一电容(U1)接地。

3.如权利要求2所述的一种锂电池的监测装置，其特征在于：所述第一电阻值(R1)和第二电阻(R2)值均为10K欧姆，所述第一电容(U1)值为0.1u法拉。

4.如权利要求1所述的一种锂电池的监测装置，其特征在于：所述单片机(20)包括XTAL1和XTAL2引脚、RST引脚，所述XTAL1和XTAL2引脚连接晶振(70)和第二电容(U2)、第三电容(U3)，所述晶振(70)频率为12M赫兹，所述第二电容(U2)和第三电容(U3)值均为30p法拉，所述RST引脚连接第四电容(U4)和第三电阻(R3)，所述第三电阻(R3)接地，所述第四电容(U4)值为10U法拉，所述第三电阻(R3)值为1K欧姆。