CN104716723B - 一种组合式摄像机电池级联控制电路及级联控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组合式摄像机电池级联控制电路，用于电池本体与级联电池之间的级联控制，该控制电路包括智能电池管理控制器，所述智能电池管理控制器用于获取电池本体的电池容量信息；还包括级联控制电路和微处理器；所述微处理器用于从所述智能电池管理控制器获取电池容量信息、与级联电池交换电池容量信息及控制信号、以及向所述级联控制电路发出控制信号；所述级联控制电路用于根据所述微处理器发出的控制信号控制电池本体的充电、放电功能的开启与关闭。本发明在电池本体容量低于级联电池容量时，由级联电池供电，但电池本体同样保留放电功能，当级联电池取下时，由于电池本体放电功能未关闭，会自动切换到电池本体放电，不会造成切换断路。

Description

一种组合式摄像机电池级联控制电路及级联控制方法

技术领域

本发明涉及一种组合式摄像机电池级联控制电路及级联控制方法。

背景技术

在广播电视领域，随着摄像技术的发展，尤其是4K技术的逐渐普及，摄像机的功率不断增加，其对电池的容量要求越来越高，各大摄像机电池厂家纷纷推出容量大的电池，但在实际使用时，大容量的摄像机电池又面临航空管制的问题，功率在160w以上的锂离子电池直接限制航空运输。为此，各电池厂家纷纷寻找一种既能够为摄像机提供较长的电池续航时间又方便航空携带的摄像机电池的解决方案。

专利号为“ZL201020273751.8”，名称为“一种摄像机电池”的专利针对这一问题提出了一个解决方案，在原有电池上增加一个扣板附件，并在扣板上挂上另一块电池来实现电池的扩容和续航，对用户来说，这种解决方案不仅要携带电池扣板，而且扣板的接口是固定的，只能选择具有某一特定接口的电池，有较大的局限性，另外也增加了生产成本。专利号为US2013059477，专利名称为“Battery coupling arrangement”的美国专利采用了一种自重构结构的设计，其缺点在于密封保护性能差，雨水从上面极易渗透到电池的内部，容易造成电池的短路，不利于用户在雨天时户外使用。另外，目前市场上摄像机电池的电量显示主要采用的是按键形式，但种按键显示形式有一个很大的缺陷就是不防水。水一旦从侧面打来时，淋到电池内部，极易造成电池的短路。针对用户在雨天野外拍摄的需求，也需要解决组合式锂离子电池的防水问题。

另外，目前市场上实现两块电池级联的解决方案中通常使用的级联控制电路，只将电压较高的电池切换到输出，无法通过电池的并联提升整个系统的带载能力。而如果直接将电量不同的电池直接进行级联进行并联使用，则又会由于电池电平差异，形成较大的电池并联电流，导致电路、电芯存在较大的安全隐患；还有的解决方法采用限制用户使用同等电量的电池级联使用，则局限性大，使用麻烦，对于以上的各种问题，有必要提出一种更好的解决办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式摄像机电池级联控制电路，该控制电路在电池本体与级联电池容量相当时，同时向摄像机供电，提升带载能力，在电池本体容量低于级联电池容量时，由级联电池供电，但电池本体同样保留放电功能，当级联电池取下时，由于电池本体放电功能未关闭，会自动切换到电池本体放电，而不会造成切换断路。

本发明提供的组合式摄像机电池级联控制电路，用于电池本体与级联电池之间的级联控制，该控制电路包括智能电池管理控制器，所述智能电池管理控制器用于获取电池本体的电池容量信息；其特征在于：还包括级联控制电路和微处理器；所述微处理器用于从所述智能电池管理控制器获取电池容量信息、与级联电池交换电池容量信息及控制信号、以及向所述级联控制电路发出控制信号；所述级联控制电路用于根据所述微处理器发出的控制信号控制电池本体的充电、放电功能的开启与关闭。

优选地，所述级联控制电路包括多个MOSFET开关，所述MOSFET开关的驱动电路根据所述微处理器发出的控制信号控制MOSFET开关的通断，从而实现电池本体的充电、放电功能的开启与关闭。

MOSFET开关的数量为4组，分别为MOS1、MOS2、MOS3、MOS4；各MOSFET开关的门极都与所述微处理器连接；所述微处理器与智能电池管理控制器、级联电池ID数据接口连接；MOS3的漏极与MOS4的漏极连接，MOS3的源极与电池电芯组正极连接，MOS4的源极与电池本体输出端正极、MOS2的源极连接，MOS2的漏极与MOS1的漏极连接，MOS1的源极与级联电池输出端正极连接或悬空。

在一些情况下，级联充电可能对电池本体构成损害，为及时响应，MOS3、MOS4的门极还与所述智能电池管理控制器连接，所述智能电池管理控制器控制MOS3、MOS4的通断，利用智能电池管理控制器控制MOS3、MOS4也关闭电池本体的充电功能。

优选地，还包括触摸按键芯片，所述触摸按键芯片用于判断是否按键操作，当检测到有按键操作时，输出控制信号至所述微处理器。触摸按键芯片利用所连接线路布线的电容变化，判定用户是否有按键操作，当检测到用户手指触摸时，经过运算判定，输出控制信号到微处理器。

优选地，还包括电量指示灯，该电量指示灯与所述微处理器连接，由微处理器控制电量指示灯进行电量显示。

本发明还提供一种组合式摄像机电池级联控制方法，电池本体与级联电池级联时，对电池本体与级联电池充电与放电分别处理：

放电时：当级联电池容量高于电池本体容量时，由级联电池供电，电池本体关闭充电功能，但保留放电功能；当级联电池容量与电池本体容量相当时，级联电池与电池本体同时供电；当级联电池容量低于电池本体容量时，级联电池保留放电功能，但关闭充电功能，由电池本体供电；

充电时：当级联电池容量高于电池本体容量时，级联电池关闭放电功能，但保留充电功能，对电池本体进行充电，级联电池处于等待状态；当级联电池容量与电池本体容量相当时，同时对级联电池、电池本体进行充电；当级联电池容量低于电池本体容量时，电池本体关闭放电功能，但保留充电功能，对级联电池进行充电，电池本体处于等待状态。

在电池级联使用时，当第一块电池在电量过低的时候，用户只需将另一块本发明所提供的摄像机电池直接扣在该电池的正面，对级联控制电路进行控制，优先使用第二块高电量电池放电，当第二块电池电量过低时就可以将其取下，在换电池期间，第一块电池接替第二块电池继续给设备供电，等用户换上第三块满电的电池时，由第三块满电的电池继续给设备供电，这样可以真正实现用户对电池的不间断供电的需求。在两块电池均处于满容量的状态时，两块电池并联使用可提高电池带载能力以满足更大功率的设备的供电需求。本发明解决了电池的扩容、续航、航空运输限制及防水等问题。同时电池内部的管理系统能够实现对级联电路的控制进一步提升并联电池的带载能力。本发明能够保证不管单个电池功率大小都能够起到不间断续航的作用，使用户在使用本发明给摄像机供电时不再受单个电池功率大小的限制。

附图说明

图1是本发明电池本体组合使用示意图；

图2是本发明整体效果(显示前盖)；

图3是本发明整体效果(显示后盖)；

图4是本发明组合时锁定机构局部剖视图；

图5是本发明解锁时锁定机构局部剖视图；

图6是图4的局部放大图；

图7是图5的局部放大图；

图8是本发明组合时局部剖视图；

图9是图8的局部放大图；

图10是本发明电路框图。

图中：1-锁定机构；2-组合按键；3-指示灯按键；4-电量指示灯；5-挂接部件；7-蛇形锁扣部件；8-按钮导槽；9-弹簧；10-钩形凸起；11-扣件；12-挂接导槽；14-弹性电极；15-固定螺钉；16-挂接嵌件；17-前盖嵌件；18-扣槽；19-挂接塑件；20-后盖；21-固定轴；22-前盖；23-斜面；24-锁定机构腔体。

具体实施方式

如图1所示，电池A与电池B组合在一起，必要时，可将电池C挂接在电池B上，或者将电池B拆下，直接将电池C挂接在电池A上。

如图2、4-9所示，本发明提供的摄像机电池的前盖22上设置有指示灯按键3、电量指示灯4、前盖嵌件17和挂接部件5，挂接部件5呈品字形分布；前盖嵌件17与前盖22一体成型。挂接部件5包括挂接嵌件16和位于挂接嵌件16外部的挂接塑件19，挂接嵌件16与挂接塑件19一体成型。挂接部件5通过固定螺钉15固定安装在前盖嵌件17上，弹性电极14在固定螺钉15的作用下被压紧在挂接嵌件16上。挂接部件5呈U型，U型开口朝上，开口处设置有斜面23。挂接嵌件16上开设有扣槽18，扣槽18也可以直接设置在前盖22上，只要能够与锁定机构配合实现锁紧即可。

如图3-9所示，本发明提供的摄像机电池的后盖20上设置有扣件11、锁定机构1、组合按键2、按钮导槽8。三个扣件11呈品字形分布；后盖20上开设有三条竖直的挂接导槽12，三个扣件11分别分布在挂接导槽12内。扣件11上设置有与挂接部件5上的弹性电极配套的电极(图中未示出)。锁定机构1设置在品字形顶端的扣件11的上方，该锁定机构包括蛇形锁扣部件7、弹簧9，蛇形锁扣部件7通过固定轴21安装在后盖20上，弹簧9的一端与蛇形锁扣部件7的上端连接，另一端抵靠或安装在后盖20上，蛇形锁扣部件7的下端具有水平状的钩形凸起10，蛇形锁扣部件10向扣槽18延伸。组合按键2与蛇形锁扣部件7顶端接触。弹簧9即可使用压缩弹簧，也可以使用扭簧等弹簧，在未施加外力情况下，弹簧9使蛇形锁扣部件7保持锁定状态，即，钩形凸起10插入扣槽18内(在未进行电池组合的情况下，钩形凸起10保持这种状态)，当按压组合按键2时，组合按键2沿按钮导槽18向下移动，蛇形锁扣部件7绕固定轴21旋转。为使电池具有很好的防水效果，后盖20上具有锁定机构腔体24，锁定机构1、按钮导槽8位于锁定机构腔体24内。在前盖22与后盖20合成的腔室内安装电池电芯(图中未示出)。

如图4、6、8、9所示，将电池A与电池C组合，电池C的挂接导槽12在电池A的挂接部件5的导向作用下卡扣在电池A的前盖上，扣合时，拿着电池C向下移动，电池C的蛇形锁扣部件7与电池A的斜面23接触，蛇形锁扣部件7在斜面23的推力作用下绕着固定轴21旋转，当蛇形锁扣部件移动至图4位置时，扣件11进入挂接嵌件16内，斜面23与蛇形锁扣部件7不再接触，蛇形锁扣部件7在弹簧9的弹性力作用下绕固定轴21旋转、恢复原位，此时，蛇形锁扣部件7下端的钩形凸起10插入电池A的扣槽18内，从而使得电池A与电池C组合并处于锁紧状态。

如图5、7所示，当需要将电池C从电池A上拆下时，按压电池C后盖上的组合按键2，组合按键2沿着按钮导槽8向下滑动，组合按键2对蛇形锁扣部件7施加压力，推动蛇形锁扣部件7克服弹簧9的弹性力而绕固定轴21转动，当蛇形锁扣部件7旋转至图5所示位置时，电池C的钩形凸起10从电池A的扣槽18里面滑出，电池A与电池C解锁，向上推动电池C即可将电池C取下。当松开组合按键2时，蛇形锁扣部件7在弹簧9的作用下回归到锁紧状态，而组合按键2本身也在蛇形锁扣部件7回归锁紧状态过程中，被蛇形锁扣部件7顶回原位。

如图2、10所示，本发明控制电路包括触摸按键芯片、微处理器、智能电池管理控制器、级联控制电路。

触摸按键芯片利用所连接线路布线的电容变化，判定用户是否有按键操作，当检测到用户手指触摸时，经过运算判定，输出控制信号到微处理器。

微处理器用于电池的电量显示及电池的级联控制。微处理器监测电池本体及前、后级级联电池的运行状态，进行前、后级级联电池的信息及控制指令的交换。并通过级联控制电路实现电池输出方式的控制。优先使用高电量电池放电，优先为低电量电池充电，电池电量相当则同时充、放电。另外，微处理器同时也具有电量显示功能。当用户手指触摸电池本体1上的指示灯按键3位置时，电池内部触摸按键芯片检测到对应区域的电容变化，处理输出控制信号，控制微处理器做电量处理，微处理器将LED电量指示灯4点亮。电池电量指示灯4根据不同的运行情况进行不同状态指示，充电及电池未使用时，电量指示灯4显示百分比容量，当电池在放电时，显示为可使用时间。同时在电池剩余电量即将耗尽时，电量指示灯4也发出提示，提醒用户及时更换电池。

智能电池管理控制器是电池本体的管理控制电路，实现电池本体的充、放电、电流、温度保护控制及电池运行数据的运算、处理。具有SMBUS智能电池通讯接口，可被微处理器及用户使用设备访问，通过SMBUS将数据传递给微处理器，当两块电池并联使用时，微处理器同时与前后级级联电池进行信息交换，实现对级联控制电路的控制，优先使用高电量电池放电、为低电量电池充电，电池电量相当则同时充、放电。

如图2、3、10所示，本发明的电池的前盖、后盖都设置有电极接口，电池上引出前级级联电池端口、后级级联电池端口、电池本体输出端，前级级联电池端口、后级级联电池端口用于连接级联电池。其中电池前盖上3个扣件11组成后级级联电池端口P+B、IDB、P-B，电池后盖上3个挂接部件5组成前级级联电池端口P+A、IDA、P-A。当两节电池级联时，前级电池P+B与后级电池P+A连接、前级电池IDB与后级电池IDA连接、前级电池P-B与后级电池P-A连接。电池后盖上同时设有电池本体输出端，有P+、P-两个输出端子，其中P+与P+B相连，P-与P-B相连。

级联控制电路包括4组MOSFET开关(MOS1、MOS2、MOS3、MOS4)。MOS1、MOS2、MOS3、MOS4的门极都与微处理器连接，MOS3、MOS4的门极还与智能电池管理控制器连接；微处理器与智能电池管理控制器、电量指示灯、触摸按键芯片连接，同时，微处理器还接到前级级联电池端口的IDA数据接口、后级级联电池的IDB数据接口；智能电池管理控制器与电池本体的电池电芯组、电池本体输出端连接；MOS3的漏极与MOS4的漏极连接，MOS3的源极与电池电芯组正极连接；MOS4源极与电池本体输出端正极P+、MOS2的源极连接，MOS2的漏极与MOS1的漏极连接，MOS1的源极接到前级级联电池输出端的正极P+A端口。MOSFET开关的驱动电路根据微处理器的控制信号控制MOSFET开关门、源极间的控制电压，实现各MOSFET开关的开通与关断，完成电池充电、放电功能的开启与关闭。

当电池本体与级联电池级联时，电池本体的前盖、后盖可分别挂接一块级联电池，也可以仅在前盖或后盖上挂接级联电池。如果仅在电池本体的前级级联电池端口挂接级联电池，那么微处理器通过IDA数据接口与级联电池进行电池容量等运行信息和控制信号进行交换，MOS1的源极与级联电池连接；如果仅在电池本体的后级级联电池端口挂接级联电池，那么微处理器通过IDB数据接口与级联电池进行电池容量等运行信息和控制信号进行交换，MOS1的源极悬空。

当电池本体、级联电池级联时，级联电池挂接在电池本体的后级级联电池端口，级联电池IDA数据接口与电池本体IDB数据接口相连，首先级联电池的微处理器通过SMBUS通讯接口查询本级电池的电池容量等信息，然后通过IDA数据接口将容量信息发送到电池本体，电池本体的微处理器同样通过SMBUS通讯接口查询本级电池的电池容量等信息，然后作出级联的控制判定，对本级电池的MOS3、MOS4进行控制，同时将控制信息通过IDB数据接口发送到级联电池的IDA接口，级联电池微处理器接收指令并对MOS1-MOS4进行控制，实现级联。

具体来说：

放电时：

当级联电池容量高于电池本体容量时，级联电池微处理器打开MOS1-MOS4使级联电池电量向电池本体输出，电池本体微处理器关闭MOS3，使电池本体可放电但不能充电，这样电池本体与级联电池两级电池并联，则级联电池容量较高却不能对电池本体充电，因此组合电池由容量较高的级联电池输出，(如不关断电池本体充电功能，级联电池会给电池本体充电，形成级联电池较大电流放电，电池本体较大电流充电，造成较大电流安全隐患。)当级联电池取下时，由于电池本体放电功能未关闭，会自动切换到电池本体放电，而不会造成切换断路。一些运放简单二选一的切换级联方式，切换为级联电池供电时，存在当级联电池拆除时瞬间掉电的情况，本发明从根本上避免了这种情况的发生。

当工作一段时间后电池本体、级联电池电量相当，则电池本体微处理器打开MOS3，两块电池同时供电输出，可增加系统的带载能力，减少单块电池的电流、提供电池的寿命及安全性。

当级联电池容量低于电池本体容量时，级联电池微处理器打开MOS1、MOS2、MOS4，关闭MOS3，使级联电池处于可放电不可充电状态，电池本体微处理器则打开MOS3、MOS4，使电池本体可输出，这样电池本体、级联电池两级电池并联，则电池本体容量较高却不能对级联电池充电，因此组合电池由容量较高的电池本体输出，优先使用电池本体供电。

当工作一段时间后电池本体、级联电池电量相当，则级联电池微处理器打开MOS3，两块电池同时供电输出。

当电池电量相当的两块电池组合使用时，电池本体微处理器打开MOS3、MOS4，级联电池微处理器打开MOS1-MOS4，两块电池同时供电，增加了系统的带载能力。

充电时：

当级联电池容量高于电池本体容量时，级联电池的微处理器打开MOS1、MOS2、MOS3，关闭MOS4，使级联电池可充电不可放电(如不关断级联电池放电，级联电池会给电池本体充电，形成电池本体较大电流充电，级联电池较大电流放电，造成较大电流安全隐患及未预期工作状态)。电池本体的微处理器打开MOS3、MOS4，使电池本体可进行充电，这样电池本体、级联电池两级电池并联，则由于充电器的恒流原理，会对低容量的电池充电，即对电池本体充电，级联电池处于等待状态。

当充电一段时间后电池本体、级联电池电量相当，则级联电池微处理器打开MOS4，两块电池同时充电，提高了充电速度。

当级联电池容量低于电池本体容量时，级联电池微处理器打开MOS1、MOS2、MOS3、MOS4，使级联电池处于可充电状态，电池本体的微处理器则关闭MOS4、打开MOS3，使电池本体可充电但不可放电，这样电池本体、级联电池两级电池并联，则对容量低的级联电池充电，即对级联电池充电，电池本体处于等待状态。

当工作一段时间后电池本体、级联电池电量相当，则电池本体的微处理器打开MOS4，两块电池同时充电。

当电池电量相当的两块电池组合充电时，电池本体的微处理器打开MOS3、MOS4，级联电池微处理器打开MOS1-MOS4，两块电池同时充电，提高整体充电速度。

当级联拆除时，电池本体与级联电池间的通讯信号消除，微处理器关闭MOS1、MOS2、打开MOS3、MOS4，恢复单级电池工作模式。

Claims (6)

1.一种组合式摄像机电池级联控制电路，用于电池本体与级联电池之间的级联控制，该控制电路包括智能电池管理控制器，所述智能电池管理控制器用于获取电池本体的电池容量信息；其特征在于：还包括级联控制电路和微处理器；所述微处理器用于从所述智能电池管理控制器获取电池容量信息、与级联电池交换电池容量信息及控制信号、以及向所述级联控制电路发出控制信号；所述级联控制电路用于根据所述微处理器发出的控制信号控制电池本体的充电、放电功能的开启与关闭；放电时，当级联电池容量高于电池本体容量时，由级联电池向摄像机供电，电池本体关闭充电功能，但保留放电功能；当级联电池容量与电池本体容量相当时，级联电池与电池本体同时向摄像机供电；当级联电池容量低于电池本体容量时，级联电池保留放电功能，但关闭充电功能，由电池本体向摄像机供电；充电时，当级联电池容量高于电池本体容量时，级联电池关闭放电功能，但保留充电功能，对电池本体进行充电，级联电池处于等待状态；当级联电池容量与电池本体容量相当时，同时对级联电池、电池本体进行充电；当级联电池容量低于电池本体容量时，电池本体关闭放电功能，但保留充电功能，对级联电池进行充电，电池本体处于等待状态。

2.如权利要求1所述的组合式摄像机电池级联控制电路，其特征在于：所述级联控制电路包括多组MOSFET开关，所述MOSFET开关的驱动电路根据所述微处理器发出的控制信号控制MOSFET开关的通断，实现电池本体的充电、放电功能的开启与关闭。

3.如权利要求2所述的组合式摄像机电池级联控制电路，其特征在于：所述MOSFET开关的数量为4组，分别为MOS1、MOS2、MOS3、MOS4；各MOSFET开关的门极都与所述微处理器连接；所述微处理器与智能电池管理控制器、级联电池ID数据接口连接；MOS3的漏极与MOS4的漏极连接，MOS3的源极与电池电芯组正极连接，MOS4的源极与电池本体输出端正极、MOS2的源极连接，MOS2的漏极与MOS1的漏极连接，MOS1的源极与级联电池输出端正极连接或悬空。

4.如权利要求3所述的组合式摄像机电池级联控制电路，其特征在于：MOS3、MOS4的门极还与所述智能电池管理控制器连接，所述智能电池管理控制器控制MOS3、MOS4的通断。

5.如权利要求1-4任一权利要求所述的组合式摄像机电池级联控制电路，其特征在于：还包括触摸按键芯片，所述触摸按键芯片用于判断是否有按键操作，当检测到有按键操作时，输出控制信号至所述微处理器。

6.如权利要求1-4任一权利要求所述组合式摄像机电池级联控制电路，其特征在于：还包括电量指示灯，该电量指示灯与所述微处理器连接。