CN105021962A - 电池电量显示设定方法和设定电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池电量显示设定方法和设定电路，设定方法包括获得表征当前电池电量的电池的开路电压。将获得的开路电压逐次与预设的至少两个以上的电池电压比较基准进行比较，获得当前电池电量等级并输出显示信号。根据显示信号显示当前电池电量等级。

Description

电池电量显示设定方法和设定电路

技术领域

本发明涉及电池电量检测领域，且特别涉及一种电池电量显示设定方法和设定电路。

背景技术

目前，随着电气设备的迅速发展，用户不仅对设备的功能、可靠性与可操作性提出了很高的要求。对于含电池的电气设备，为保证设备的可靠运行，用户需要精确知晓电池的使用时间，及时为电池充电或更换电池，故当前电池电量的精确显示将成为用户重点关注的设计指标。

目前，电池电量的显示控制主要通过以下两种方式来实现。第一种是通过单独的MCU来实现，这种显示控制方式单独的MCU所需外围元器件比较多，不仅设计成本高且所占用的体积也较大。为了减小成本，第二种方法是将电池电量显示功能被集成于电路控制芯片中，这种设计方案，由于所有的元件进行集成后，其只有固定的电池电量比较基准，即只能针对单一的、固定的某一款电池进行电量检测显示，对于不同的电池，由于特性不同而存在电池电量显示不准确的问题。进一步的，在上述两种方案中，电池电量等级确定通常需要三个甚至多个比较器，而不同比较器之间具有的不同失调电压，导致电池电量等级确定结果不准确。

发明内容

本发明为了克服现有电池电量显示设定方法精确度低的问题，提供一种电池电量显示精度高且成本低的电池电量显示设定方法及设定电路。

为了实现上述目的，本发明提供一种电池电量显示设定方法，包括：

获得表征当前电池电量的电池的开路电压；

将获得的开路电压逐次与预设的至少两个以上的电池电压比较基准进行比较，获得当前电池电量等级并输出显示信号；

根据显示信号显示当前电池电量等级。

于本发明一实施例中，获得表征当前电池电量的电池的开路电压的步骤包括：

获取当前电池的充电电流和放电电流；

获取当前电池的工作电压；

根据充电电流和充电补偿电阻获得电池的充电补偿电压，根据放电电流和放电补偿电阻获得放电补偿电压；

根据工作电压、充电补偿电压和放电补偿电压获得电池的开路电压。

于本发明一实施例中，根据工作电压、充电补偿电压和放电补偿电压获得电池的开路电压的方法为：

V_BAT(OCV)＝V_BAT(0)-V_CHG+V_DISCHG

其中，V_BAT(OCV)为开路电压，V_BAT(0)为工作电压，V_CHG为充电补偿电压，V_DISCHG为放电补偿电压。

于本发明一实施例中，采用一个比较器来逐次比较开路电压和预设的至少两个以上的电池电压比较基准。

于本发明一实施例中，在显示当前电池电量等级时采用与电池电量显示等级数相同的N个显示灯进行显示，在显示时，对显示信号进行处理，使得驱动N个显示灯的显示端口数量为M，在一个检测周期内，M个显示端口与部分电池电压比较基准设置端口分时复用，M的值为：

M＝1+N/2       (N为偶数，M∈N)；

M＝1+(N+1)/2   (N为奇数，M∈N)。

本发明另一方面，还提供一种电池电量显示设定电路，包括开路电压获取模块、电量检测控制模块和显示模块。开路电压获取模块获得表征当前电池电量的电池的开路电压。电量检测控制模块将获得的开路电压逐次与预设的至少两个以上的电池电压比较基准进行比较，获得当前电池电量等级并输出显示信号。显示模块根据显示信号显示当前电池电量等级。

于本发明一实施例中，开路电压获取模块包括电流采样模块、工作电压采样模块、补偿电压采样模块和计算模块。电流采样模块获取当前电池的充电电流和放电电流。工作电压采样模块获取当前电池的工作电压。补偿电压采样模块包括充电补偿电压采样单元和放电补偿电压采样单元，充电补偿电压采样单元根据充电电流和充电补偿电阻获得电池的充电补偿电压，放电补偿电压采样单元根据放电电流和放电补偿电阻获得放电补偿电压。计算模块根据工作电压、充电补偿电压和放电补偿电压获得电池的开路电压。

于本发明一实施例中，计算模块包括加法器和减法器，减法器的两个输入端分别电性连接工作电压采样模块和充电补偿电压采样单元，加法器的两个输入端分别电性连接减法器的输出端和放电补偿电压采样单元。

于本发明一实施例中，电量检测控制模块包括基准单元、比较器和控制单元。基准单元由至少两个电阻组成，形成至少两个电池电压比较基准设置端。比较器的数量为一个，比较器电性连接开路电压获取模块和基准单元，逐次将比较开路电压和至少两个电池电压比较基准，获得当前电池电量等级。控制单元电性连接比较器和显示单元，根据比较器的输出结果输出控制信号至显示单元。

于本发明一实施例中，显示单元包括多个多路模拟开关和与电池电量显示等级数相同的N个显示灯，多个多路模拟开关将电量检测控制模块输出的驱动N个显示灯的信号进行转换，形成M个显示端口，在一个检测周期内，M个显示端口与部分电池电压比较基准端口分时复用，M的值为：

M＝1+N/2       (N为偶数，M∈N)

M＝1+(N+1)/2   (N为奇数，M∈N)。

本发明提供的电池电量显示设定方法及设定电路通过在电池的工作状态下获得准确表征电池当前电量的开路电压，消除电池内阻上的压降，大大提高了对当前电池电量的采样精度。通过将获得的开路电压与至少两个以上的电池电压比较基准进行比较，从而得到电池电量等级，电池电压比较基准个数越多，电池电量的等级显示精确度越高。

此外，由于电池充电状态下的内阻和放电状态下的内阻不同，本发明通过设置充电补偿电阻和放电补偿电阻来得到充电状态下的充电补偿电压和放电状态下的放电补偿电压。通过工作电压和充电补偿电压和放电补偿电压之间的关系来得到电池在工作状态下精确的开路电压。采用一个比较器来逐次比较开路电压和多组电池电压比较基准，避免了多个比较器之间失调电压不同造成的电池电量等级确定结果不准确的问题，进一步提高电池电量的显示精度。为降低成本、减小电路端口的使用，本发明采用多个多路模拟开关来实现显示端口数量的减小，并设置在一个检测周期内，显示端口与电池电压比较基准设置端口分时复用，大大提高了电路端口的使用效率，不仅降低了设计成本，同时也减小了电路的体积。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的电池电量显示设定方法的流程图。

图2所示为图1所示的流程图中步骤S10的步骤流程图。

图3所示为本发明一示例提供的电池电量显示设定电路的原理框图。

图4所示为本发明一示例提供的电池电量显示设定电路的原理图。

图5所示为图4中开关K1和K2导通的时序图。

图6所示为采用图4的设定电路进行电量等级为L3的显示时序图。

图7所示为采用图4的设定电路进行电量等级为L2的显示时序图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供的电池电量显示设定方法包括：

步骤S1、获得表征当前电池电量的电池的开路电压V_BAT(OCV)。本实施例的开路电压V_BAT(OCV)为电池在工作状态下的开路电压。开路电压V_BAT(OCV)和电池电量Q之间具有一一对应关系，可通过实际测量得出。

在电池处于工作状态时，电池的开路电压V_BAT(OCV)无法直接获得，可以直接获得的是电池的工作电压V_BAT。当电池处于充电状态时，根据电流的流向，工作电压V_BAT等于开路电压V_BAT(OCV)加上充电电流在电池内阻上的压降。而当电池处于放电状态时，根据电流的流向，此时工作电压V_BAT等于开路电压V_BAT(OCV)减去放电电流在电池内阻上的压降。进一步的，由于电池在充电状态和放电状态时电池内阻不同，产生的压降也不同。因此，为了获得电池的开路电压，于本实施例中，通过设置充电补偿电阻R_CHG和放电补偿电阻R_DISCHG来抵消充电状态下内阻的压降和放电状态下电池内阻所产生的压降，从而精确得到电池在工作状态下的开路电压，即电池的电压。

具体操作步骤如下：

步骤S11、获取当前电池的充电电流I_CHG和放电电流I_DISCHG。采用常规的电流采样电路即可获得充电电流I_CHG和放电电流I_DISCHG。

步骤S12、获取当前电池的工作电压V_BAT。于本实施例中，通过控制一个开关的通断即可实现工作电压V_BAT的获取。由于不同的设备，其电池的工作电压不同，有的设备的电池工作电压较高，如36V、48V等，该工作电压远远大于加法器或减法器的工作电压，因此，于本实施例中，设置工作电压V_BAT经分压电阻分压后得到工作电压分压V_BAT(0)。

步骤S13、根据充电电流I_CHG和充电补偿电阻R_CHG获得电池的充电补偿电压V_CHG，根据放电电流I_DISCHG和放电补偿电阻R_DISCHG获得放电补偿电压V_DISCHG。具体为：V_CHG＝I_CHG*R_CHG；V_DISCHG＝I_DISCHG*R_DISCHG。

步骤S14、根据工作电压V_BAT、充电补偿电压V_CHG和放电补偿电压V_DISCHG获得电池的开路电压V_BAT(OCV)。具体的获得方式为：在一定的时间周期内可以认为电池的充电电流和放电电流恒定，在这个时间段内通过采样来获得充电补偿电压V_CHG和放电补充电压V_DISCHG，进而获得电池的开路电压V_BAT(OCV)，开路电压V_BAT(OCV)满足以下公式：

V_BAT(OCV)＝V_BAT(0)-V_CHG+V_DISCHG  公式(1)

于本实施例中，在充电补偿电阻R_CHG的输出端设置开关K1，在放电补偿电阻R_DISCHG的输出端设置开关K2，通过控制开关K1和开关K2交替导通来获得充电补偿电压V_CHG和放电补偿电压R_DISCHG。

步骤S2、将获得的开路电压逐次与预设的至少两个以上的电池电压比较基准进行比较，获得当前电池电量等级并输出显示信号。

如图4所示，于本实施例中，基准电压经四个电阻R1～R4串联分压后形成三个电池电压比较基准，分别为Vref1、Vref2和Vref3，三者的电压依次升高。三个电池电压比较基准具有四个显示等级L1、L2、L3和L4。然而，本发明对电池电压比较基准的具体结构不作任何限定。

于本实施例中，采用一个比较器来实现获得的开路电压V_BAT(OCV)与多个电池电压比较基准的逐次比较。具体的比较方法为：首先将开路电压V_BAT(OCV)与Vref1进行比较，若开路电压V_BAT(OCV)小于Vref1，结束比较，显示电量等级为L1；否则将开路电压V_BAT(OCV)与Vref2进行比较。若开路电压V_BAT(OCV)小于Vref2，结束比较，显示电量等级为L2；否则，将开路电压V_BAT(OCV)与Vref3进行比较。若开路电压V_BAT(OCV)小于Vref3，结束比较，显示电量等级为L3；否则，结束比较，显示电量等级为L4。采用一个比较器进行比较可有效避免由于多个比较器具有不同的失调电压而引起的比较误差，从而大大提高比较精度。当得到比较结果后输出显示信号，执行步骤S3、根据显示信号显示当前电池电量等级。

由于具有四个电量等级需要显示，在传统的显示方案中，需采用四个端口输出四个显示信号来显示四个电量等级，这种显示方案中端口仅作为显示控制，在一个检测周期(电量的检测周期)内其所使用的时间很短。当显示灯的数量很多时，这种显示方案不仅占用的端口资源很多且端口利用率低，设计成本较高。为了降低端口使用量(尤其是显示端口很多时)，提高端口的使用效率，在显示当前电池电量等级时采用与电池电量等级数相同的N个显示灯进行显示，在显示时，对显示信号进行处理，使得N个显示灯的显示端口数量为M，在一个检测周期内，M个显示端口与部分电池电压比较基准设置端口分时复用，M的值为：

M＝1+N/2   (N为偶数，M∈N)；

M＝1+(N+1)/2   (N为奇数，M∈N)。

于本实施例中，电池电量等级数为四，相应的，需采用四个显示灯进行显示。将驱动4个显示灯的显示信号进行处理，以3个显示端口对4个显示灯进行驱动，其中一个为公共端COM端(公共端指的是多个显示灯的公共端)，另外两个为显示端，分别为LED12端和LED34端。具体的处理方法为：如图4所示，四个显示灯为四个LED灯，分别为LED<1>、LED<2>、LED<3>和LED<4>。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，显示灯可为数码管。将显示信号LED1和LED2由第一两路模拟开关MUX1控制，第一两路模拟开关MUX1的输出为LED12端。将显示信号LED3和LED4由第二两路模拟开关MUX2控制，第二两路模拟开关MUX2的输出为LED34端。第一两路模拟开关MUX1和第二两路模拟开关MUX2以高频率切换控制，实现LED<1>和LED<2>交替显示以及LED<3>和LED<4>交替显示。切换的频率为人肉眼分辨不出，如300Hz。采用该种处理方式，显示灯的数量越多，处理后节省的显示端口数量会更加明显，可大大降低显示端口所占用的端口资源。

由于显示信号的输出是在开路电压和电池电压比较基准的比较之后，因此，可将电池电压比较基准设置端口和显示端口分时复用，如在每个检测周期内，将VREF端、COM端、LED12端和LED34端首先用于电池电压比较基准的设置，其中VREF端为基准电压输入端；而当比较完成后，将COM端、LED12端和LED34端用于四个显示灯的显示控制。将显示端口和电压比较基准设置端口分时复用可大大提高端口的使用效率，减小电路端口的使用量。

以电池电量等级L3为例进行显示说明，此时显示信号LED1、LED2和LED3均为1，显示信号LED4为0。如图6所示，COM端输入300Hz的方波信号，LED12端输入的信号在任一时刻与COM端形成电位差，LED<1>和LED<2>在第一两路模拟开关MUX1的控制下交替点亮。而LED34端输出直流信号，LED<3>则以300Hz的频率进行亮暗切换显示。同理，如图7所示，通过控制LED12端和LED34端可实现显示等级L2的显示。

本实施例提供的电池电量显示设定方法，通过设置充电补偿电阻R_CHG和放电补偿电阻R_DISCHG来消除电池内阻在充电状态下和放电状态下压降，获得可准确表征当前电池电量的开路电压V_BAT(OCV)，大大提高电池电量检测精度。只通过一个比较器来逐次比较开路电压和多个电池电压比较基准，避免了多个比较器之间失调电压不同造成的电池电量等级确定结果不准确，进一步提高检测精度。为了降低芯片端口的使用，将显示端口和电池电压比较基准的设置端口分时复用。

与上述电池电量显示设定方法相对应的，本实施例还提供一种电池电量显示设定电路，包括开路电压获取模块1、电量检测控制模块2和显示模块3。开路电压获取模块1获得表征当前电池电量的电池的开路电压V_BAT(OCV)。电量检测控制模块2将获得的开路电压逐次与预设的至少两个以上的电池电压比较基准进行比较，获得当前电池电量等级并输出显示信号。显示模块3根据显示信号显示当前电池电量等级。

于本实施例中，开路电压获取模块1包括电流采样模块11、工作电压采样模块12、补偿电压采样模块13和计算模块14。电流采样模块11获取当前电池的充电电流和放电电流。工作电压采样模块12获取当前电池的工作电压V_BAT，经分压后得到V_BAT(0)。补偿电压采样模块13包括充电补偿电压采样单元和放电补偿电压采样单元，充电补偿电压采样单元根据充电电流和充电补偿电阻获得电池的充电补偿电压，放电补偿电压采样单元根据放电电流和放电补偿电阻获得放电补偿电压。计算模块14根据工作电压、充电补偿电压和放电补偿电压获得电池的开路电压。

于本实施例中，充电补偿电压采样单元包括充电补偿电阻R_CHG和开关K1，放电补偿电压采样单元包括放电补偿电阻R_DISCHG和开关K2。开关K1和开关K2交替导通。当开关K1导通，K2断开，电池处于充电状态，放电电流为零，因此，放电补偿电压V_DISCHG为零，计算模块14实现V_BAT(OCV)＝V_BAT(0)-V_CHG。当开关K1断开，开关K2导通，电池处于放电状态，充电电流为零，因此，充电补偿电压V_CHG为零，计算模块14实现V_BAT(OCV)＝V_BAT(0)+V_DISCHG。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，当电池处于充电和放电交替进行时，计算模块14同样适用。

于本实施例中，计算模块14由一个加法器和一个减法器共同组成，减法器的两个输入端分别电性连接工作电压采样模块12和充电补偿电压采样单元，加法器的两个输入端分别电性连接减法器的输出端和放电补偿电压采样单元。然而，本发明对此不作任何限定，于其它实施例中，可通过一个加法器和一个反相器共同组成。

于本实施例中，电量检测控制模块2包括基准单元21、比较器22和控制单元23。于本实施例中，比较器22和控制单元23集成在一起。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，比较器22和控制单元23可分别独立设置。基准单元21由至少三个电阻组成，形成至少两个电池电压比较基准设置端。于本实施例中，基准单元21由四个电阻R1～R4串联而成，形成三个电池电压比较基准，相应的端口为电池电压比较基准设置端。然而，本发明对电阻的阻值不作任何限定。比较器22的数量为一个，比较器22电性连接开路电压获取模块1和基准单元21，逐次将比较开路电压V_BAT(0)和三个电池电压比较基准，获得当前电池电量等级。控制单元23电性连接比较器22和显示单元3，根据比较器22的输出结果输出控制信号至显示单元3。

于本实施例中，显示单元3包括多个转换开关31和N个显示灯32。多个转换开关31将电量检测控制模块2输出的驱动N个显示灯32的显示信号进行转换，形成M个显示端口，在一个检测周期内，M个显示端口与部分电池电压比较基准端口分时复用，M的值为：

M＝1+N/2       (N为偶数，M∈N)

M＝1+(N+1)/2   (N为奇数，M∈N)。

于本实施例中,转换开关31为两路模拟开关，其数量为二，分别为第一两路模拟开关MUX1和第二两路模拟开关MUX2。显示灯32为LED灯，由于电池电量的显示等级为4L，因此，显示灯32的数量为4个，即N等于4。经转换开关31转换后形成M个显示端口，M等于3。3个显示端口分别为COM端、LED12端和LED32端。于其它实施例中，当N等于7时，M等于5。转换后显示端口的数量大大减小，为进一步减小端口的使用数量，设置在一个开关K1和开关K2的检测周期内，电池电压比较基准设置端口和显示端口分时复用。

本发明提供的电池电量显示设定方法及设定电路通过在电池的工作状态下获得准确表征电池当前电量的开路电压，消除电池内阻产生的压降，大大提高了对当前电池电量的采样精度。通过将获得的开路电压与至少两个以上的电池电压比较基准进行比较，从而得到电池电量等级，电池电压比较基准个数越多，电池电量的等级显示精确度越高。

此外，由于电池充电状态下的内阻和放电状态下的内阻不同，本发明通过设置充电补偿电阻R_CHG和放电补偿电阻R_DISCHG来得到充电状态下的充电补偿电压V_CHG和放电状态下的放电补偿电压V_DISCHG。通过工作电压V_BAT和充电补偿电压V_CHG和放电补偿电压V_DISCHG之间的关系来得到电池在工作状态下精确的开路电压V_{BAT (OCV)}。采用一个比较器22来逐次比较开路电压和多个电池电压比较基准，避免了多个比较器之间失调电压不同造成的电池电量等级确定结果不准确，进一步提高电池电量的显示精度。为降低成本、减小电路端口的使用，本发明采用多个多路模拟开关来实现显示端口数量的减小，并设置在一个检测周期内，显示端口与电池电压比较基准设置端口分时复用，大大提高了电路端口的使用效率，不仅降低了设计成本，同时也减小了电路的体积。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (10)

1.一种电池电量显示设定方法，其特征在于，包括：

获得表征当前电池电量的电池的开路电压；

将获得的开路电压逐次与预设的至少两个以上的电池电压比较基准进行比较，获得当前电池电量等级并输出显示信号；

根据显示信号显示当前电池电量等级。

2.根据权利要求1所述的电池电量显示设定方法，其特征在于，获得表征当前电池电量的电池的开路电压的步骤包括：

获取当前电池的充电电流和放电电流；

获取当前电池的工作电压；

根据充电电流和充电补偿电阻获得电池的充电补偿电压，根据放电电流和放电补偿电阻获得放电补偿电压；

根据工作电压、充电补偿电压和放电补偿电压获得电池的开路电压。

3.根据权利要求2所述的电池电量显示设定方法，其特征在于，根据工作电压、充电补偿电压和放电补偿电压获得电池的开路电压的方法为：

V_BAT(OCV)＝V_BAT(0)-V_CHG+V_DISCHG

其中，V_BAT(OCV)为开路电压，V_BAT(0)为工作电压，V_CHG为充电补偿电压，V_DISCHG为放电补偿电压。

4.根据权利要求1所述的电池电量显示设定方法，其特征在于，采用一个比较器来逐次比较开路电压和预设的至少两个以上的电池电压比较基准。

5.根据权利要求1所述的电池电量显示设定方法，其特征在于，在显示当前电池电量等级时采用与电池电量显示等级数相同的N个显示灯进行显示，在显示时，对显示信号进行处理，使得驱动N个显示灯的显示端口数量为M，在一个检测周期内，M个显示端口与部分电池电压比较基准设置端口分时复用，M的值为：

M＝1+N/2        (N为偶数，M∈N)；

M＝1+(N+1)/2    (N为奇数，M∈N)。

6.一种电池电量显示设定电路，其特征在于，包括：

开路电压获取模块，获得表征当前电池电量的电池的开路电压；

电量检测控制模块，将获得的开路电压逐次与预设的至少两个以上的电池电压比较基准进行比较，获得当前电池电量等级并输出显示信号；

显示模块，根据显示信号显示当前电池电量等级。

7.根据权利要求6所述的电池电量显示设定电路，其特征在于，所述开路电压获取模块包括：

电流采样模块，获取当前电池的充电电流和放电电流；

工作电压采样模块，获取当前电池的工作电压；

补偿电压采样模块，包括充电补偿电压采样单元和放电补偿电压采样单元，充电补偿电压采样单元根据充电电流和充电补偿电阻获得充电补偿电压，放电补偿电压采样单元根据放电电流和放电补偿电阻获得放电补偿电压；

计算模块，根据工作电压、充电补偿电压和放电补偿电压获得电池的开路电压。

8.根据权利要求7所述的电池电量显示设定电路，其特征在于，所述计算模块包括加法器和减法器，减法器的两个输入端分别电性连接工作电压采样模块和充电补偿电压采样单元，加法器的两个输入端分别电性连接减法器的输出端和放电补偿电压采样单元。

9.根据权利要求6所述的电池电量显示设定电路，其特征在于，所述电量检测控制模块包括：

基准单元，由至少两个电阻组成，形成至少两个电池电压比较基准设置端；

比较器，数量为一个，所述比较器电性连接所述开路电压获取模块和基准单元，逐次将比较开路电压和至少两个电池电压比较基准，获得当前电池电量等级；

控制单元，电性连接比较器和显示单元，根据比较器的输出结果输出控制信号至显示单元。

10.根据权利要求6所述的电池电量显示设定电路，其特征在于，所述显示单元包括多个多路模拟开关和与电池电量显示等级数相同的N个显示灯，多个多路模拟开关将电量检测控制模块输出的驱动N个显示灯的信号进行转换，形成M个显示端口，在一个检测周期内，M个显示端口与部分电池电压比较基准端口分时复用，M的值为：

M＝1+N/2         (N为偶数，M∈N)

M＝1+(N+1)/2   (N为奇数，M∈N)。