CN110609239B - 一种电池状态检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电池状态检测装置，适于分别与电池组和DC/DC转换电路相连接，电池状态检测装置包括电压衰减器、加法合成器和状态检测单元，DC/DC转换电路包括输入端、反馈端和输出端，输入端连接至电池组，反馈端连接至加法合成器，输出端连接至加法合成器、状态检测单元和用电设备，电压衰减器连接于电池组和加法合成器之间，其中DC/DC转换电路适于经由输入端接收电池电压，经由反馈端接收反馈电压，经由输出端输出输出电压；电压衰减器适于对电池电压进行衰减，输出衰减电压；加法合成器适于对输出电压和衰减电压进行合成，输出反馈电压至DC/DC转换电路，以便控制输出电压；以及状态检测单元适于根据输出电压确定电池组的电池状态。

Description

一种电池状态检测装置
技术领域
本发明涉及状态检测技术领域，尤其涉及一种电池状态检测装置。
背景技术
在工业现场，许多重要的关键用电设备是采用电池来进行供电。对于一些采用电池供电、同时有防爆要求的用电设备来说，其电池必须隔离在密封防爆箱里，并且不能随意开箱，以防止电池产生的电火花造成爆炸事故。
也就是说，电池防爆箱与用电设备彼此独立，电池不能与后级电路直接连接。这样虽然保证了安全性，但也导致无法直接获取电池状态。而一旦电池电量过低或者电池损坏导致用电设备无法正常工作，则可能造成不可预估的损失。因此，检测电池状态十分重要。
目前，通常是由工作人员按照用电设备的功耗和电池的使用经验来预估电池寿命，根据预估的电池寿命定期更换电池。这种方式一方面并不准确，存在不确定性，另一方面也可能会造成极大的资源浪费(例如更换下来的电池实际仍剩余有很多电量)。
因此，期望提供一种更为先进的电池状态检测方案。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种电池状态检测装置，以力图解决或至少缓解上面存在的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电池状态检测装置，适于分别与电池组和DC/DC转换电路相连接，电池组经由DC/DC转换电路为用电设备供电，电池状态检测装置包括电压衰减器、加法合成器和状态检测单元，DC/DC转换电路包括输入端、反馈端和输出端，输入端连接至电池组，反馈端连接至加法合成器，输出端连接至加法合成器、状态检测单元和用电设备，电压衰减器连接于电池组和加法合成器之间，其中DC/DC转换电路适于经由输入端接收电池组的电池电压，经由反馈端接收加法合成器输出的反馈电压，经由输出端输出输出电压；电压衰减器适于对电池电压进行衰减，输出衰减电压；加法合成器适于对输出电压和衰减电压进行合成，输出反馈电压至DC/DC转换电路，以便控制输出电压；以及状态检测单元适于根据输出电压确定电池组的电池状态。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，电压衰减器包括多级电压衰减器，电池组依次经由多级电压衰减器连接至加法合成器。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，电池衰减器包括电源端、接地端、同相输入端、反相输入端和衰减输出端，反相输入端连接至电池组，还经由第一电阻连接至衰减输出端，同相输入端经由第二电阻连接至工作电源，还经由第三电阻连接至地端，电源端连接至工作电源，还经由第一电容连接至地端，接地端连接至地端。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，还包括分压电路，反相输入端经由分压电路连接至电池组，并适于接收经过分压后的电池电压。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，分压电路包括第四电阻、第五电阻和第六电阻，电池组依次经由第四电阻和第五电阻连接至电压衰减器，第四电阻与第五电阻相连接的一端经由第六电阻连接至地端。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，加法合成器包括第七电阻、第八电阻和第九电阻，DC/DC转换电路的输出端依次经由第七电阻和第八电阻连接至地端，电压衰减器经由第九电阻连接至第七电阻和第八电阻的连接点，加法合成器经由连接点连接至DC/DC转换电路的反馈端，并输出反馈电压。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，DC/DC转换电路还包括使能端EN、接地端GND、自举端BST、源极输出端SW，DC/DC转换电路的输入端经由第十电阻连接至使能端，接地端连接至地端，自举端经由第二电容连接至源极输出端，源极输出端经由肖特基二极管连接至地端，还经由第一电感连接至DC/DC转换电路的输出端，输出端还经由第三电容连接至地端。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，状态检测单元适于在检测到输出电压大于预定电压值时，确定电池状态为电量充足。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，状态检测单元适于在检测到输出电压等于预定电压值时，确定电池状态为电量不足。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，电压衰减器包括LM358器件。
可选地，在根据本发明实施例的装置中，DC/DC转换电路包括MP2451DT器件。
根据本发明实施例的电池状态检测方案，通过电压衰减器和加法合成器将电池电压复合至DC/DC转换电路的输出电压，使得可以根据DC/DC转换电路的输出电压来准确地确定电池组的电池状态，避免用电设备无法正常工作以及资源浪费。其次，整个方案成本低廉，可靠性高，操作简单。其中，由于电压衰减器存在输出电压限制，DC/DC转换电路的输出范围因此被限制，复合后输出的输出电压变化幅度较小，对后级电路以及用电设备的供电没有影响。
上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明实施例的具体实施方式。
附图说明
为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。
图1示出了根据本发明一个实施例的供电系统100的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的电池状态检测装置200的示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例的电池状态检测装置200的电路示意图；以及
图4示出了根据本发明一个实施例的输出电压随电池电压的变化曲线图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明一个实施例的供电系统100的示意图。如图1所示，供电系统100可以包括电池组110、DC/DC转换电路120、电池状态检测装置200和用电设备130。在其他实施方式中，供电系统100可以包括不同的和/或附加的模块。
电池组110可以输出电池电压VBAT，并经由DC/DC转换电路120为用电设备130进行供电。DC/DC转换电路120可以包括输入端121、输出端122和反馈端123。输入端121与电池组110相连接，适于接收电池电压VBAT。输出端122与用电设备130相连接，适于输出输出电压VCC为用电设备123供电。反馈端123适于与电池状态检测装置200相连接，适于接收电池状态检测装置200输出的反馈电压VFB。
在一些实施例中，DC/DC转换电路120可以实现为MP2451DT器件。具体的实现电路将在后文结合图3详细说明。
电池状态检测装置200分别与电池组110、以及DC/DC转换电路120的输出端122和反馈端123相连接，适于接收电池组的电池电压VBAT和DC/DC转换电路120的输出电压VCC，输出反馈电压VFB。
电池状态检测装置200可以将电池电压复合至DC/DC转换电路的输出电压，使得可以根据DC/DC转换电路的输出电压来确定电池组的电池状态。可以理解地，电池电压表现相对稳定，通常随电量的耗尽呈现出逐渐下降的趋势，没有波动性。因此复合后输出的输出电压也能够稳定地呈现出电池组的电池状态。此外，复合后输出的输出电压变化幅度较小，对后级电路以及用电设备的供电没有影响。
图2示出了根据本发明一个实施例的电池状态检测装置200的示意图。如图2所示，电池状态检测装置200可以包括电压衰减器210、加法合成器220和状态检测单元230。
电压衰减器210连接于电池组110和加法合成器220之间，并适于接收电池组110输出的电池电压VBAT，对电池电压VBAT进行衰减，输出衰减电压至加法合成器220。
本领域技术人员可以理解，有些情况下单级电压衰减器无法达到预期的衰减效果。因此，在一些实施例中，电压衰减器210可以包括多级电压衰减器，电池组110可以依次经由这多级电压衰减器连接至加法合成器220。
具体地，电压衰减器210可以包括同相输入端、反相输入端、衰减输出端、电源端和接地端。电源端连接至工作电源VDD。接地端连接至地端。反相输入端连接至电池组110，适于接收电池电压VBAT。同相输入端连接至工作电源VDD。衰减输出端连接至加法合成器220，适于输出衰减电压。
在一些实施例中，电压衰减器210可以由LM358器件来实现。具体的实现电路将在后文结合图3详细说明。
根据本发明的一个实施方式，电池状态检测装置200还可以包括分压电路240(图2未示出)。电池组110可以经由分压电路240连接至电压衰减器210，电压衰减器210接收经过分压后的电池电压VBAT。在一些实施例中，分压电路240可以包括多个电阻，其具体的实现电路将在后文结合图3详细说明。
加法合成器220分别与电压衰减器210、以及DC/DC转换电路120的反馈端123和输出端122相连接，适于接收DC/DC转换电路120的输出电压VCC和电压衰减器210输出的衰减电压，还适于输出反馈电压VFB至DC/DC转换电路120。其中，加法合成器220可以对输出电压VCC和衰减电压进行合成，输出反馈电压VFB至DC/DC转换电路120，以便控制输出电压VCC。
状态检测单元230与DC/DC转换电路120的输出端122相连接，适于接收DC/DC转换电路120的输出电压VCC，并根据输出电压VCC确定电池组110的电池状态。具体地，可以在检测到输出电压VCC大于预定电压值V1时，确定电池组110的电池状态为电量充足。还可以在检测到输出电压VCC等于预定电压值V1时，确定电池组110的电池状态为电量不足。
在一些实施例中，在确定电池状态为电量不足时，状态检测单元230还可以发出警报，以提醒工作人员及时更换电池，保证用电设备正常工作。
图3示出了根据本发明一个实施例的电池状态检测装置200的电路示意图。如图3所示，电池组110负极接地，电池组110正极经由分压电路240连接至电压衰减器210的反相输入端。电压衰减器210实现为LM358器件，LM358器件包括同相输入端(+)、反相输入端(-)、衰减输出端(O)、电源端(V+)和接地端(GND)。反相输入端(-)经由分压电路240连接至电池组110正极，衰减输出端(O)则连接至加法合成器220。反相输入端(-)与衰减输出端(O)之间还连接有第一电阻R1。同相输入端(+)经由第二电阻R2连接至工作电源VDD，还经由第三电阻R3连接至地端。电源端(V+)连接至工作电源VDD，还经由第一电容C1连接至地端。接地端(GND)连接至地端。
分压电路240包括第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。电池组110正极依次经由第四电阻R4和第五电阻R5连接至电压衰减器210的反相输入端(-)。其中，第四电阻R4和第五电阻R5相连接的一端经由第六电阻R6连接至地端。
加法合成器220包括第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9。DC/DC转换电路的输出端122依次经由第七电阻R7和第八电阻R8连接至地端。电压衰减器210的衰减输出端经由第九电阻R9连接至第七电阻R7和第八电阻R8的连接点。加法合成器220经由第七电阻R7和第八电阻R8的连接点与DC/DC转换电路120的反馈端123相连接，并输出反馈电压VFB。
电池组110正极还与DC/DC转换电路120的输入端121相连接。DC/DC转换电路120实现为MP2451DT器件，MP2451DT器件包括输入端121(IN)、使能端EN、接地端GND、反馈端123(FB)、自举端BST、和源极输出端SW。电池组110正极与MP2451DT器件的输入端121(IN)相连接。MP2451DT器件的输入端121(IN)与使能端EN之间连接有第十电阻R10。接地端GND连接至地端。自举端BST与源极输出端SW之间连接有第二电容C2，源极输出端SW经由肖特基二极管D1连接至地端。源极输出端SW还经由第一电感L1连接至DC/DC转换电路120的输出端122。DC/DC转换电路120的输出端122还经由第三电容C3连接至地端，并适于输出输出电压Vcc。
当电池电压VBAT的电量充足时，例如在电池电压VBAT大于电压阈值Vth的情况下，DC/DC转换电路120的输出端122输出的输出电压VCC的值可以随着电池电压的电量下降而下降，范围在初始电压值V0至预定电压值V1之间。
当电池电压VBAT的电量不足时，例如电池电压VBAT下降到小于或等于电压阈值Vth的情况下，DC/DC转换电路120的输出端122输出的输出电压VCC的值下降到预定电压值V1。
图4示出了根据本发明一个实施例的输出电压VCC随电池电压VBAT的变化曲线图。如图4所示，当电池电压VBAT一直保持在VBAT0时，输出的输出电压VCC保持在初始电压值V0。当电池电压VBAT从VBAT0下降至Vth时，输出电压VCC降至V1。
状态检测单元230检测到输出电压VCC大于预定电压值V1时，确定电池状态为电量充足，检测到输出电压VCC等于预定电压值V1时，确定电池状态为电量不足。
综上所述，根据本发明实施例的电池状态检测装置可以将电池电压复合至DC/DC转换电路的输出电压，使得可以根据DC/DC转换电路的输出电压来准确地确定电池组的电池状态，避免用电设备无法正常工作以及资源浪费。其次，成本低廉，可靠性高，操作简单。其中，由于复合后输出的输出电压变化幅度较小，对后级电路以及用电设备的供电没有影响。
这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明实施例的方法和设备，或者本发明实施例的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如可移动硬盘、U盘、软盘、CD-ROM或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被机器执行时，该机器变成实践本发明实施例的设备。
在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的程序代码中的指令，执行本发明实施例的方法。
以示例而非限制的方式，可读介质包括可读存储介质和通信介质。可读存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在可读介质的范围之内。
在此处所提供的说明书中，算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与本发明实施例的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明实施例的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明实施例的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明实施例的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明实施例的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明实施例要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明实施例的单独实施例。
本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
本发明还可以包括：A11、如A1-9中任一项所述的装置，其中，所述DC/DC转换电路包括MP2451DT器件。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所描述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明实施例的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
此外，上述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行上述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施上述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所描述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明实施例，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明实施例的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明实施例的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明实施例的范围，对本发明实施例所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种电池状态检测装置，适于分别与电池组和DC/DC转换电路相连接，所述电池组经由所述DC/DC转换电路为用电设备供电，所述电池状态检测装置包括电压衰减器、加法合成器和状态检测单元，
所述DC/DC转换电路包括输入端、反馈端和输出端，所述输入端连接至所述电池组，所述反馈端连接至所述加法合成器，所述输出端连接至所述加法合成器、所述状态检测单元和所述用电设备，所述电压衰减器连接于所述电池组和所述加法合成器之间，其中
所述DC/DC转换电路适于经由所述输入端接收所述电池组的电池电压，经由所述反馈端接收所述加法合成器输出的反馈电压，经由所述输出端输出输出电压；
所述电压衰减器适于对所述电池电压进行衰减，输出衰减电压；
所述加法合成器适于对所述输出电压和所述衰减电压进行合成，输出所述反馈电压至所述DC/DC转换电路，以便控制所述输出电压；以及
所述状态检测单元适于根据所述输出电压确定所述电池组的电池状态，所述电池状态包括电量充足和电量不足；
其中，所述电压衰减器包括多级电压衰减器，所述电池组依次经由所述多级电压衰减器连接至所述加法合成器；
所述加法合成器包括第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述DC/DC转换电路的输出端依次经由所述第七电阻和第八电阻连接至地端，所述电压衰减器经由所述第九电阻连接至所述第七电阻和所述第八电阻的连接点，所述加法合成器经由所述连接点连接至所述DC/DC转换电路的反馈端，并输出所述反馈电压。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述电压 衰减器包括电源端、接地端、同相输入端、反相输入端和衰减输出端，所述反相输入端连接至所述电池组，还经由第一电阻连接至所述衰减输出端，所述同相输入端经由第二电阻连接至工作电源，还经由第三电阻连接至地端，所述电源端连接至所述工作电源，还经由第一电容连接至地端，所述接地端连接至地端。
3.如权利要求2所述的装置，其中，还包括分压电路，所述反相输入端经由所述分压电路连接至所述电池组，并适于接收经过分压后的电池电压。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述分压电路包括第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述电池组依次经由所述第四电阻和所述第五电阻连接至所述电压衰减器，所述第四电阻与所述第五电阻相连接的一端经由所述第六电阻连接至地端。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述DC/DC转换电路还包括使能端EN、接地端GND、自举端BST、源极输出端SW，所述DC/DC转换电路的输入端经由第十电阻连接至所述使能端，所述接地端连接至地端，所述自举端经由第二电容连接至所述源极输出端，所述源极输出端经由肖特基二极管连接至地端，还经由第一电感连接至所述DC/DC转换电路的输出端，所述输出端还经由第三电容连接至地端。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述状态检测单元适于在检测到所述输出电压大于预定电压值时，确定所述电池状态为电量充足。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述状态检测单元适于在检测到所述输出电压等于预定电压值时，确定所述电池状态为电量不足。
8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，所述电压衰减器包括LM358器件。
9.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，所述DC/DC转换电路包括MP2451DT器件。
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