CN110912220A - 一种供电电路及其剩余电量估算方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种供电电路及其剩余电量估算方法，所述供电电路与负载连接，用于给所述负载供电，所述电路包括：电池模组，正极与负极；电容器，并联于电池模组与负载之间，用于为负载供电，电容器的正极与电池模组以及负载的正极连接，电容器的负极与电池模组以及所述负载的负极连接；控制开关，串联于电池模组与电容器的正极或者负极之间，用于控制电池模组的供电通断；以及供电管理IC，包括控制端、采集正极以及采集负极，控制端与控制开关的受控端连接；采集正极与采集负极分别连接于电容器的正极与负极之间，用于采集电容器的电压值并根据电压值估算电池模组的剩余电量。本申请实施例的供电电路可以提高电子设备的电池剩余电量值的估算准确度。

Description

一种供电电路及其剩余电量估算方法

技术领域

本申请涉及供电领域，特别涉及一种供电电路及其剩余电量估算方法。

背景技术

在电子设备领域中，为了更好地管理电子设备，确保电子设备的供电稳定，以保证电子设备的运作正常，用户需要经常对电池的剩余电量进行估计，避免电量耗尽。

常用的剩余电量估算方法是采用电压估算法，利用电池的电压值与电量之间的关系，通过检测该电池的当前电压值来估算出电池的剩余电量。但是，因为不同电池的电压与电量之间的关系不能完全对应，难以确保准确值。

另外，电子设备为了满足存放要求，其中一种方案需要采用锂亚电池作为供电手段。但是，因为锂亚电池具有供电电压稳定的特点，使得采用电压估算法无法对其进行剩余电量的估算，只能通过计算负载工作的时长或次数来估算剩余电量，使用过程中难以获得较为准确的电池剩余电量值。

发明内容

本申请提供一种供电电路及其剩余电量估算方法，可以提高电子设备的电池剩余电量值的估算准确度。

本申请实施例提供了一种供电电路，所述供电电路与负载连接，用于给所述负载供电，所述电路包括：

电池模组，包括正极与负极；

电容器，并联于所述电池模组与所述负载之间，用于为所述负载供电，所述电容器的正极与所述电池模组以及负载的正极连接，所述电容器的负极与所述电池模组以及所述负载的负极连接；

控制开关，串联于所述电池模组与所述电容器的正极或者负极之间，用于控制所述电池模组的供电通断；以及

供电管理IC，包括控制端、采集正极以及采集负极，所述控制端与所述控制开关的受控端连接；所述采集正极与采集负极分别连接于所述电容器的正极与负极之间，用于采集所述电容器的电压值并根据所述电压值估算所述电池模组的剩余电量。

可选的，所述电池模组由至少一节锂亚电池组成。

可选的，所述控制开关为MOS管；

所述MOS管的栅极与所述供电管理IC的控制端连接；

所述MOS管的漏极与源极连接于所述电池模组与所述电容器的正极之间；或者所述MOS管的漏极与源极连接于所述电池模组与所述电容器的负极之间。

可选的，所述MOS管为N沟道MOS管；

所述MOS管的源极与所述电容器的正极、所述负载的正极连接；

所述MOS管的漏极与所述电池模组的正极连接。

可选的，所述供电管理IC的控制端设于所述MOS管与所述电容器的正极之间。

本申请还提供了一种剩余电量估算方法，应用于如上任意一项所述的供电电路，所述方法包括：

获取电容器的当前电压值以及所述电容器的完整放电次数；

根据所述电容器的当前电压值以及完整放电次数，估算出所述电容器的电量消耗值；

根据所述电容器的电量消耗值以及所述电池模组的总电量值，获得所述电池模组的估算剩余电量值。

可选的，在所述获取电容器的当前电压值以及所述电容器的完整放电次数之前，还包括：

确定所述电容器在完成充电动作时的满电电压值；

确定所述电容器用于触发充电动作的需充电电压值；

根据所述满电电压值以及需充电电压值，获得所述电容器在完整放电周期中的标定电量值。

可选的，所述根据所述电容器的当前电压值以及完整放电次数，估算出所述电容器的电量消耗值，包括：

根据所述电容器的当前电压值获得电容器的当前电量消耗值；

根据所述完整放电次数以及所述标定电量值，确定所述电容器的历史电量消耗值；

将所述当前电量消耗值与所述历史电量消耗值相加，估算出所述电容器的电量消耗值。

可选的，在所述获取电容器的当前电压值以及所述电容器的完整放电次数之前，还包括：

获取电容器的当前电压值；

判断所述当前电压值是否等于或小于所述电容器用于触发充电动作的需充电电压值；

若是，则控制开启控制开关，以使所述电池模组为所述电容器进行充电，并让完整放电次数的计数加1；

若否，则控制关闭所述控制开关，以使所述电池模组与所述电容器之间处于断开状态。

可选的，所述负载包括工作状态以及待机状态；

在所述获取电容器的当前电压值以及所述电容器的完整放电次数之前，还包括：

当所述负载需要从待机状态切换至工作状态时，判断所述控制开关是否处于开启状态；

若是，则控制关闭所述控制开关；

当所述负载从工作状态切换回待机状态时，重新开启所述控制开关。

由上可知，本申请中的供电电路及其剩余电量估算方法，通过设置一与电池模组并联的电容器，并利用该电容器为负载进行供电，通过供电管理IC对该电容器进行电压检测，以根据该电容器的用电情况来估算电池模组的剩余电量。针对容量较小的电容器来进行剩余电量估算，可以较直接针对电池模组进行剩余电量估算所得到的结果更加准确，进而提高电子设备的电池剩余电量值的估算准确度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的供电电路的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的供电电路的另一结构示意图。

图3为本申请实施例提供的剩余电量估算方法的实现流程图。

图4为本申请实施例提供的控制开关开闭控制的实现流程图。

图5为本申请实施例提供的控制开关开闭控制的另一实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围作出更为清楚的界定。

请参阅图1-2，图中示出了本申请实施例提供的供电电路的结构。

如图1所示，该供电电路10包括电池模组1、电容器2、控制开关以及供电管理IC4。

该电池模组1，包括正极与负极，主要用于为电容器2进行充电，在某些情况下也可以作为电源为负载5进行供电。该电池模组1可以根据实际需要采用各种型号规格的电池，如锂亚电池、碱性电池、镍氢可充电池、锂离子/锂聚合物电池等，在此不作枚举。在本申请实施例中，为了实现设备的存放、使用需求，可以采用至少一节锂亚电池组成电池模组1。

该电容器2，并联于电池模组1与所述负载5之间，用于为负载5供电，电容器2的正极与电池模组1以及负载5的正极连接，电容器2的负极与电池模组1以及负载5的负极连接。

具体的，该电容器2的电容值可以根据负载5的功率来确定，若负载5的耗电量较小，则可以采用较小的电容器2，反之若负载5的耗电量较大，则采用较大的电容器2，以确保负载5平时的正常工作。

该控制开关，串联于电池模组1与电容器2的正极或者负极之间，用于控制电池模组1的供电通断。其中，该控制开关用于控制电池模组1为电容器2充电的充电过程。当然，也可以用于控制电池模组1的供电过程。

在一些实施例中，可以采用MOS管或三极管作为控制开关，该MOS管可以是N沟道MOS管或P沟道MOS管等，该控制开关的具体型号可以根据实际情况进行选取。

如图2所示，图中采用N沟道MOS管作为控制开关，MOS管的栅极与供电管理IC4的控制端连接，以受供电管理IC4的开闭控制。MOS管的漏极与源极可以连接于电池模组1与电容器2的正极之间，用于控制电池模组1与电容器2之间的充电过程。在另一种情况下，MOS管的漏极与源极还可以连接于电池模组1与电容器2的负极之间。当然，具体的管脚连接方式可以根据不同选择进行变更。

该供电管理IC4，包括控制端、采集正极以及采集负极，该控制端与控制开关的受控端连接；采集正极与采集负极分别连接于电容器2的正极与负极之间，用于采集电容器2的电压值并根据电压值估算电池模组1的剩余电量。

该供电管理IC4可以通过检测电容器2的电压值，利用电压估算法估算出电容器2的电量，因电容器2的电容值为确定值，且其储电量较电池模组1的储电量小，因此电容器2的电量值与电压值的关系较为确定，容易通过检测电容器2的电压值获得较为准确的电量值。

其中，供电管理IC4检测电容器2的电压值来估算电容器2的电量值，在电容器2耗尽电量时利用电池模组1为其进行充电，并在电容器2充满电时断开电池模组1。电容器2从满电状态到耗尽电量状态可以作为一个完整放电周期。

因电池模组1只为电容器2进行充电，通过检测电容器2的当前电量值以及完整放电次数，可以较为准确地获得电池模组1的消耗电量值，进而获得电池模组1的剩余电量值。

由上可知，本申请中的供电电路，通过设置一与电池模组并联的电容器，并利用该电容器为负载进行供电，通过供电管理IC对该电容器进行电压检测，以根据该电容器的用电情况来估算电池模组的剩余电量。针对容量较小的电容器来进行剩余电量估算，可以较直接针对电池模组进行剩余电量估算所得到的结果更加准确，进而提高电子设备的电池剩余电量值的估算准确度。

请参阅图3，图中示出了本申请实施例提供的剩余电量估算方法。

如图3所示，该剩余电量估算方法应用于如图1-2所述的供电电路。该供电电路的具体实施例可以参考针对图1-2提及的任一上述实施例。

其中，该剩余电量估算方法，可以由供电电路中的供电管理IC执行，包括以下实现步骤：

101、获取电容器的当前电压值以及电容器的完整放电次数。

其中，该电容器的当前电压值可以通过供电管理IC获取。该完整放电次数，可以在每次完成对电容器充电完成后，进行完整放电次数的数量标记。该完整放电次数可以在电池模组更新电池后进行重置，以确保计数准确。

在一些实施例中，获取该电容器的完整放电次数之前，还可以包括：

确定电容器在完成充电动作时的满电电压值；确定电容器用于触发充电动作的需充电电压值；根据满电电压值以及需充电电压值，获得电容器在完整放电周期中的标定电量值。

其中，该满电电压值与需充电电压值均可以根据电容器的实际规格而定，以通过设定具体的参数来管理电容器的充电、放电工作。

例如，设定满电电压值为电压值VH，需充电电压值为电压值VL，可以根据电容器的电容值以及电压差（VH-VL）确定该电容器的标定电量值。

上述对电容器的电量值进行标定后，使得设备可以更准确地通过电容器的当前电压值以及完整放电次数估算获得电池模组的电池剩余电量值。

102、根据电容器的当前电压值以及完整放电次数，估算出电容器的电量消耗值。

其中，电容器的当前电压值，可以通过电压估算法对其进行估算。

在估算之前，可以通过测试结果预设该电容器的电压值与电量值之间的变换关系，根据该变换关系即可把电容器的当前电压值转换成当前电量值。

其中，电容器从满电状态到耗尽电量状态可以作为一个完整放电周期。当电容器执行完一个完整放电周期后，可以作为一次的完整放电次数。

该供电管理IC可以内置有计数器，当检测到一次完整放电次数，则可以记录一次，如此通过读取该计数器即可获得该设备的完整放电次数。

在一些实施例中，结合图2，首先对电容器SPC进行标定，也就是标定电容器SPC的满电状态下的满电电压值VH放电到需充电电压值VL时的标定电量值ΔQ，标定过程可以结合该电容器SPC的电容值来确定。

内部设置一个计数器N，每完成一个完整放电周期的循环，N加1，这样通过N*ΔQ，就能估算出已完成的完整放电周期所消耗了的电量值。

可以理解的，将已完成的完整放电周期所消耗了的电量值加上电容器的当前电量值，则可以得出该电容器的电量消耗值。

103、根据电容器的电量消耗值以及电池模组的总电量值，获得电池模组的估算剩余电量值。

其中，该电池模组的总电量值为固定的，与电池模组的电容量相关。通过将电池模组的总电量值减去电容器的电量消耗值，可以获得电池模组的估算剩余电量值。

由上可知，本申请中的供电电路，通过设置一与电池模组并联的电容器，并利用该电容器为负载进行供电，通过供电管理IC对该电容器进行电压检测，以根据该电容器的用电情况来估算电池模组的剩余电量。针对容量较小的电容器来进行剩余电量估算，可以较直接针对电池模组进行剩余电量估算所得到的结果更加准确，进而提高电子设备的电池剩余电量值的估算准确度。

请参阅图4，图中示出了本申请实施例提供的控制开关开闭控制的实现流程。

如图4所示，在一些情况下，该电容器的消耗电量是难以确定的，为了便于通过完整放电次数获得更加准确的剩余电量值，在获取电容器的当前电压值以及电容器的完整放电次数之前，还可以包括：

201、获取电容器的当前电压值。

202、判断当前电压值是否等于或小于电容器用于触发充电动作的需充电电压值。

其中，该需充电电压值可以是电容器电量耗尽时的电压值，该需充电电压值可以根据电容值的元件特性确定，采用不同规格的电容器可以对应不同的需充电电压值。

在一些实施例中，可以先获取预设的需充电电压值，并将当前电压值与该需充电电压值进行比对。

203、若是，则控制开启控制开关，以使电池模组为电容器进行充电，并让完整放电次数的计数加1。

当当前电压值等于或小于需充电电压值时，则说明电容器的电量已经耗尽，需要电池模组的充电。此时可以控制开启控制开关，以使电池模组与电容器进行导通，并将电池模组的电量转移至该电容器中。此时，因为确认该电容器已经耗尽电量，完成一次完整放电周期，可以让完整放电次数的计数加1，以当需要估算剩余电量值时调取该完整放电次数。

204、若否，则控制关闭控制开关，以使电池模组与电容器之间处于断开状态。

当当前电压值大于需充电电压值时，则说明该电容器的电量并未消耗完，此时保持控制开关的关闭，继续通过电容器为负载进行供电。

在一些实施例中，请结合图2，包括以下判断步骤。

S1：当电容器SPC的电压大于需充电电压值VL时，电容器SPC处于可放电状态，此时控制开关Q1关闭；

S2：当电容器SPC的电压低于需充电电压值VL时，电容器SPC处于充电状态，此时控制开关Q1打开；

S3：当电容器SPC的电压高于满电电压值VH时，电容器SPC充电完成，然后关闭控制开关Q1，进入S1状态；

由上可知，通过判断电容器中当前电压值与需充电电压值、满电电压值之间的大小关系，并以此控制电池模组对电容器的充电过程，可以使得根据完整放电次数估算出的剩余电量值更加准确。

请参阅图5，图中示出了本申请实施例提供的控制开关开闭控制的另一实现流程。

在一些情况下，若在控制电池模组为电容器的充电过程中，负载出现工作耗电需求，此时若电池模组一边为电容器进行充电，一边为负载进行供电，则容易在依据电容器计算剩余电量值时出现估算不准的情况。

为了解决上述问题，如图5所示，所述负载包括工作状态以及待机状态；在获取电容器的当前电压值以及电容器的完整放电次数之前，还包括：

301、当负载需要从待机状态切换至工作状态时，判断控制开关是否处于开启状态。

其中，可以通过判断控制开关是否处于开启状态，来判断此时电容器是否正处于充电状态，以避免电容器的充电与负载的用电相冲突，造成剩余电量值估算不准的情况。

例如卫星定位发射器中，该发射器一般只会在某些时刻需要上报/下载定位数据，此时可以通过供电管理IC判断与控制开关相关的标志位是否为控制开关开启的标志符，进而确定控制开关是否已经开启。

302、若是，则控制关闭控制开关。

为了避免剩余电量值估算不准的情况，此时可以关闭控制开关，以切断电容器的充电过程，并通过电容器为负载的工作进行供电，如此可以保证负载用电均由电容器提供。

303、当负载从工作状态切换回待机状态时，重新开启控制开关。

当负载接收到切换回待机状态时，供电管理IC可以通过检测该负载的切换动作进而重新对控制开关进行开启，以继续电容器的充电过程直至完成充电。

由上可知，通过在负载工作场景下对控制开关进行控制，以对电容器充电过程进行控制，保证负载用电均由电容器提供，从而确保基于电容器耗电量估算出的剩余电量值具有较高的准确性。

上面结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种供电电路，所述供电电路与负载连接，用于给所述负载供电，其特征在于，所述电路包括：

电池模组，包括正极与负极；

电容器，并联于所述电池模组与所述负载之间，用于为所述负载供电，所述电容器的正极与所述电池模组以及负载的正极连接，所述电容器的负极与所述电池模组以及所述负载的负极连接；

控制开关，串联于所述电池模组与所述电容器的正极或者负极之间，用于控制所述电池模组的供电通断；以及

供电管理IC，包括控制端、采集正极以及采集负极，所述控制端与所述控制开关的受控端连接；所述采集正极与采集负极分别连接于所述电容器的正极与负极之间，用于采集所述电容器的电压值并根据所述电压值估算所述电池模组的剩余电量。

2.如权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述电池模组由至少一节锂亚电池组成。

3.如权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述控制开关为MOS管；

所述MOS管的栅极与所述供电管理IC的控制端连接；

所述MOS管的漏极与源极连接于所述电池模组与所述电容器的正极之间；或者所述MOS管的漏极与源极连接于所述电池模组与所述电容器的负极之间。

4.如权利要求3所述的供电电路，其特征在于，所述MOS管为N沟道MOS管；

所述MOS管的源极与所述电容器的正极、所述负载的正极连接；

所述MOS管的漏极与所述电池模组的正极连接。

5.如权利要求3或4所述的供电电路，其特征在于，所述供电管理IC的控制端设于所述MOS管与所述电容器的正极之间。

6.一种剩余电量估算方法，应用于如权利要求1-5任意一项所述的供电电路，其特征在于，所述方法包括：

获取电容器的当前电压值以及所述电容器的完整放电次数；

根据所述电容器的当前电压值以及完整放电次数，估算出所述电容器的电量消耗值；

根据所述电容器的电量消耗值以及所述电池模组的总电量值，获得所述电池模组的估算剩余电量值。

7.如权利要求6所述的剩余电量估算方法，其特征在于，在所述获取电容器的当前电压值以及所述电容器的完整放电次数之前，还包括：

确定所述电容器在完成充电动作时的满电电压值；

确定所述电容器用于触发充电动作的需充电电压值；

根据所述满电电压值以及需充电电压值，获得所述电容器在完整放电周期中的标定电量值。

8.如权利要求7所述的剩余电量估算方法，其特征在于，所述根据所述电容器的当前电压值以及完整放电次数，估算出所述电容器的电量消耗值，包括：

根据所述电容器的当前电压值获得电容器的当前电量消耗值；

根据所述完整放电次数以及所述标定电量值，确定所述电容器的历史电量消耗值；

将所述当前电量消耗值与所述历史电量消耗值相加，估算出所述电容器的电量消耗值。

9.如权利要求6所述的剩余电量估算方法，其特征在于，在所述获取电容器的当前电压值以及所述电容器的完整放电次数之前，还包括：

获取电容器的当前电压值；

判断所述当前电压值是否等于或小于所述电容器用于触发充电动作的需充电电压值；

若是，则控制开启控制开关，以使所述电池模组为所述电容器进行充电，并让完整放电次数的计数加1；

若否，则控制关闭所述控制开关，以使所述电池模组与所述电容器之间处于断开状态。

10.如权利要求6所述的剩余电量估算方法，其特征在于，所述负载包括工作状态以及待机状态；

在所述获取电容器的当前电压值以及所述电容器的完整放电次数之前，还包括：

当所述负载需要从待机状态切换至工作状态时，判断所述控制开关是否处于开启状态；

若是，则控制关闭所述控制开关；

当所述负载从工作状态切换回待机状态时，重新开启所述控制开关。

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