CN113852148A - 电池包充电电压的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池包充电电压的检测方法,用于校准充电器电压显示数值,首先运算模块计算出电池包在满电压阈值Vbat状态下,AD模块转换的满电基准数字量V1;其次运算模块计算出每一份满电基准数字量对应的满电基准模拟量V2;然后AD模块采集电压实时数字量V3;最后运算模块计算出电池包充电的实时电压系数值V4并呈现于显示屏上。本发明通过改变现有控制器算法结构,利用运算模块中的算法公式进一步校准AD模块转换的实时数字量V3并将其转换成实时电压系数值V4,再将该数值呈现于显示屏上,此实时电压系数值V4不仅能够更加直观、清晰地反映当前电池包的充电电量,而且将电池包电压值放大100倍,进而进一步提高电压显示精度。
Description
【技术领域】
本发明涉及电子领域,尤其涉及一种电池包充电电压的检测方法。
【背景技术】
日常生活中,当我们使用的电池或电池组或电池包电量消耗殆尽时,需要使用充电器对其进行充电,而一般的充电器在充电过程中,由于充电器壳体上没有显示器,导致用户无法得知电池包的当前电量;或充电器壳体上有携带显示器,但是由于它自身MCU控制器内电路板缺乏电压校准功能,即在AD模块将电压采样电路输出端的电压模拟值转换成数字量N1后,直接与电池包满电压状态时AD模块转换的数字量N2作比较,来判断电池包是否充满,若N1数值小于N2数值,则代表电池包电量没满,显示器上显示N1数值和电量未满字样;若N1大于等于N2数值,则代表电池包电量已充满,显示器上显示N2数值和电量已满字样,而数值N1、N2并不能直观、清楚地反映电池包充电时的实时电压值,导致用户无法判断当前电池包的电量。
因此,有必要设计一种电池包充电电压的检测方法,以解决上述问题。
【发明内容】
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种电池包充电电压的检测方法,能够直观、清楚显示电池包充电时的实时电压。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种电池包充电电压的检测方法,用于校准充电器电压显示数值,包括以下步骤:
第一步:充电器接通电源,其内部控制器中运算模块调用存储单元中预存的电池包满电压阈值Vbat,并以AD模块的基准电压Vref为基准,通过公式“(((R2/(R1+R2))*Vbat)/Vref)*2n”计算出电池包在满电压阈值Vbat状态下,AD模块转换的满电基准数字量V1并存储于存储单元中,其中,满电基准数字量V1为电压采样电路输出端ad_vol电压模拟量经过AD模块转换后的数字量;
第二步:运算模块调用存储单元中的满电基准数字量V1,通过公式“(Vbat*N*2x)/V1”计算出电池包在满电压阈值Vbat状态下,AD模块转换的每一份满电基准数字量对应的满电基准模拟量V2并存储于存储单元中,其中,满电基准模拟量V2为将电池包满电压阈值Vbat分成V1等份,每一份满电基准数字量对应的单份满电基准模拟量;
第三步:将电池包插入充电器进行充电,充电过程中,AD模块采集电压采样电路输出端ad_vol电压并将其转换成实时数字量V3存储于存储单元中;
第四步:运算模块调用存储单元中的满电基准模拟量V2与实时数字量V3,通过公式“V2*V3/2x”计算出电池包当前充电状态的实时电压系数值V4,并通过显示模块将此实时电压系数值V4传输至显示屏上,其中,实时电压系数值V4为放大N倍后的实时电压模拟量。
进一步地,所述充电器包括外壳、设于所述外壳上的电池包插槽与显示屏、安装于所述外壳内的控制电路板,所述控制电路板包括充电电路、所述控制器及所述电压采样电路,所述充电电路电连接于所述控制器且其正、负极端子电连接于所述电池包插槽的正负极端子;所述电压采样电路输入端ad_bat电连接于所述电池包插槽的正极端子且其输出端ad_vol电连接于所述控制器。
进一步地,所述控制器包括所述AD模块、与所述AD模块电连接的所述存储单元、与所述存储单元电连接的所述运算模块及与所述运算模块电连接的所述显示模块,所述AD模块输入端Vin电连接于所述电压采样电路的输出端ad_vol,用于采集所述电压采样电路的输出端ad_vol电压并将其转换成实时数字量V3;
所述存储单元,用于存储所述电池包满电压阈值Vbat、所述满电基准数字量V1、所述满电基准模拟量V2及所述实时数字量V3;
所述运算模块,用于计算所述满电基准数字量V1、所述满电基准模拟量V2及所述实时电压系数值V4,并将所述实时电压系数值V4信号传递至所述显示模块;
所述显示模块电连接于所述显示屏,通过所述显示屏将所述显示模块接收的所述实时电压系数值V4显示出来。
进一步地,所述电压采样电路包括分压电阻R1、开关元件Q1、分压电阻R2,所述分压电阻R1上端连接于所述电池包插槽的正极端子,下端连接于所述开关元件Q1漏极,所述开关元件Q1源极连接于所述分压电阻R2上端,所述分压电阻R2下端接地。
进一步地,所述开关元件Q1栅极连接于所述控制器,所述开关元件Q1与分压电阻R2连接处电连接于所述AD模块的输入端Vin。
进一步地,所述开关元件Q1栅极与控制器之间连接有分流电阻R3,所述开关元件Q1与分压电阻R2连接处与所述AD模块输入端Vin之间连接有分流电阻R4,所述分流电阻R4左端为所述电压采样电路输出端ad_vol。
进一步地,所述公式“(((R2/(R1+R2))*Vbat)/Vref)*2n”中的n为所述AD模块的转换精度;所述公式“(Vbat*N*2x)/V1”与所述公式“V2*V3/2x”中的N为所述电池包满电压阈值Vbat的放大系数,x为所述电池包满电压阈值Vbat的放大精度。
优选地,所述放大系数N数为10的倍数且取值为100,所述AD模块的转换精度n为12bit,所述基准电压Vref为5V,所述放大精度x≥10。
优选地,所述控制器采用MCU控制器。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明通过改变现有充电器内部控制器算法结构,利用运算模块中的算法公式进一步校准电池包充电时AD模块转换的实时数字量V3,并将此实时数字量V3转换成当前电池包充电时的实时电压系数值V4,最终将该实时电压系数值V4通过显示模块呈现于显示屏上,此实时电压系数值V4不仅能够更加直观、清晰地反映当前电池包的充电电量,而且将电池包电压值放大100倍,进一步提高电路的采样精度。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明:
图1是本发明电池包充电电压检测电路图。
图2是本发明电池包充电电压检测算法流程图。
图3是本发明充电器壳体的结构图。
图中附图标记的含义:
1、充电电路 2、控制器 3、电压采样电路 4、AD模块 5、存储单元 6、运算模块 7、显示模块 8、壳体 9、显示屏 10、电池包插槽
【具体实施方式】
在本发明中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。例如下述的“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系,仅为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的电路元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
如图1至图3所示的一种电池包充电电压的检测方法,用于校准充电器电压显示数值,包括以下步骤:
第一步:充电器接通电源,其内部控制器2中运算模块6调用存储单元5中预存的电池包满电压阈值Vbat,并以AD模块4的基准电压Vref为基准,通过公式“(((R2/(R1+R2))*Vbat)/Vref)*2n”计算出电池包在满电压阈值Vbat状态下,AD模块4转换的满电基准数字量V1并存储于存储单元5中,其中,满电基准数字量V1为电压采样电路3输出端ad_vol电压模拟量经过AD模块4转换后的数字量;
第二步:运算模块6调用存储单元5中的满电基准数字量V1,通过公式“(Vbat*N*2x)/V1”计算出电池包在满电压阈值Vbat状态下,AD模块4转换的每一份满电基准数字量对应的满电基准模拟量V2并存储于存储单元中,其中,满电基准模拟量V2为将电池包满电压阈值Vbat分成V1等份,每一份满电基准数字量对应的单份满电基准模拟量;
第三步:将电池包插入充电器进行充电,充电过程中,AD模块4采集电压采样电路3输出端ad_vol电压并将其转换成实时数字量V3存储于存储单元5中;
第四步:运算模块6调用存储单元5中的满电基准模拟量V2与实时数字量V3,通过公式“V2*V3/2x”计算出电池包当前充电状态的实时电压系数值V4,并通过显示模块7将此实时电压系数值V4传输至显示屏9上,其中,实时电压系数值V4为放大N倍后的实时电压模拟量。
所述充电器包括外壳8、设于所述外壳8上的电池包插槽10与显示屏9、安装于所述外壳8内的控制电路板,所述控制电路板包括充电电路1、所述控制器2及所述电压采样电路3,所述充电电路1电连接于所述控制器2且其正、负极端子电连接于所述电池包插槽10的正负极端子;所述电压采样电路3输入端ad_bat电连接于所述电池包插槽10的正极端子且其输出端ad_vol电连接于所述控制器2。
所述控制器2包括所述AD模块4、与所述AD模块4电连接的所述存储单元5、与所述存储单元5电连接的所述运算模块6及与所述运算模块6电连接的所述显示模块7,所述AD模块4输入端Vin电连接于所述电压采样电路3的输出端ad_vol,用于采集所述电压采样电路3的输出端ad_vol电压并将其转换成实时数字量V3;
所述存储单元5,用于存储所述电池包满电压阈值Vbat、所述满电基准数字量V1、所述满电基准模拟量V2及所述实时数字量V3;
所述运算模块6,用于计算所述满电基准数字量V1、所述满电基准模拟量V2及所述实时电压系数值V4,并将所述实时电压系数值V4信号传递至所述显示模块7;
所述显示模块7电连接于所述显示屏9,通过所述显示屏将所述显示模块接收的所述实时电压系数值V4显示出来。
所述电压采样电路3包括分压电阻R1、开关元件Q1、分压电阻R2,所述分压电阻R1上端连接于所述电池包插槽10的正极端子,下端连接于所述开关元件Q1漏极,所述开关元件Q1源极连接于所述分压电阻R2上端,所述分压电阻R2下端接地,其中,所述分压电阻R2两端的电压不超过5V,防止所述MCU控制器2被击穿。
所述开关元件Q1栅极连接于所述控制器2,所述开关元件Q1与分压电阻R2连接处电连接于所述AD模块4的输入端Vin。
所述开关元件Q1栅极与控制器之间连接有分流电阻R3,所述开关元件Q1与分压电阻R2连接处与所述AD模块输入端Vin之间连接有分流电阻R4,所述分流电阻R4左端为所述电压采样电路3输出端ad_vol。
所述公式“(((R2/(R1+R2))*Vbat)/Vref)*2n”中的n为所述AD模块4的转换精度;所述公式“(Vbat*N*2x)/V1”与所述公式“V2*V3/2x”中的N为所述电池包满电压阈值Vbat的放大系数,x为所述电池包满电压阈值Vbat的放大精度。
所述放大系数N数为10的倍数且取值为100,目的是为了提高电池包实时电压的显示精度,精确到毫伏。
所述AD模块4的转换精度n为12bit,所述基准电压Vref为5V,所述控制器2采用MCU控制器。
所述放大精度x≥10,便于进一步提高满电基准模拟量V2与实时电压系数值V4的计算精度,其中,计算精度取2x为了便于控制器内部芯片进行计算。
本发明的工作原理为:
(一)正向推导:电池包实时电压未知,以R1=510K,R2=51K,Vbat=21V,n=12,x=10,N=100,Vref=5V,V3=819.2为例:
S1:通过运算模块6以公式:(((R2/(R1+R2))*Vbat)/Vref)*2n计算出满电基准数字量V1为1563并存储于存储单元5中;
S2:通过运算模块6以公式:(Vbat*N*2x)/V1,计算出满电基准模拟量V2为1375并存储于存储单元5中,其中,Vbat乘以N表示将Vbat值放大100倍,得到电压系数值2100,再乘以2x表示将电压进一步放大,以提高满电基准模拟量V2的计算精度。
S3:将电池包插入充电器进行充电,充电过程中,AD模块4采集电压采样电路3输出端ad_vol电压并将其转换成实时数字量V3=819.2,并存储于存储单元5中;
S4:运算模块6调用存储单元5中的满电基准模拟量V2与实时数字量V3,通过公式“V2*V3/2x”计算出电池包当前充电状态的实时电压系数值V4=1100,并通过显示模块7将此实时电压系数值1100传输至显示屏9上,实时电压系数值V4为放大100倍后的实时电压模拟量,即电池包充电的实时电压为11V。
其中,公式“V2*V4/2x”中V2*V4的含义为:819.2份满电基准数字量对应的电压模拟量,再除以2x,含义为将该电压模拟量以步骤S2中的放大精度2x再还原,得到放大100倍的实时电压系数值V4。
(二)反向推导:已知电池包实时电压为11V,以R1=510K,R2=51K,Vbat=21V,n=12,x=10,N=100,Vref=5V为例:
S1:V1=(((R2/(R1+R2))*Vbat)/Vref)*2n=1563;
S2:V2=(Vbat*N*2x)/V1=1375;
S3:电池包充电时,AD模块4采集电压采样电路输出端ad_vol电压模拟值为:(R2/(R1+R2))*11=1V,并将其转换成实时数字量V3=(1/5)*212=819.2,并存储于存储单元5中;
S4:V4=“V2*V3/2x”=1100,此时显示屏9上显示的数字为1100,即电池包充电的实时电压为11V。
(三)公式推导:根据V1=(((R2/(R1+R2))*Vbat)/Vref)*2n,V2=(Vbat*N*2x)/V1,V3=(((R2/(R1+R2))*V实)/Vref)*2n,求出V4=V2*V3/2x的值,经过公式化简得出V4=V实*N,即可知,最终显示屏显示的是放大N倍后的实时电压系数值V4。
本发明通过改变现有充电器内部控制器2算法结构,利用运算模块6中的算法公式进一步校准电池包充电时AD模块转换的实时数字量V3,并将此实时数字量V3转换成当前电池包充电时的实时电压系数值V4,最终将该实时电压系数值V4通过显示模块7呈现于显示屏9上,此实时电压系数值V4不仅能够更加直观、清晰地反映当前电池包的充电电量,而且将电池包电压值放大100倍,进一步提高电路的采样精度。
本发明不局限于上述具体实施方式,本领域普通技术人员可以很容易地理解到,在不脱离本发明原理和范畴的前提下,本发明的电池包充电电压的检测方法还有其他很多的替代方案,本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。
Claims (9)
1.一种电池包充电电压的检测方法,其特征在于,用于校准充电器电压显示数值,包括以下步骤:
第一步:充电器接通电源,其内部控制器中运算模块调用存储单元中预存的电池包满电压阈值Vbat,并以AD模块的基准电压Vref为基准,通过公式“(((R2/(R1+R2))*Vbat)/Vref)*2n”计算出电池包在满电压阈值Vbat状态下,AD模块转换的满电基准数字量V1并存储于存储单元中,其中,满电基准数字量V1为电压采样电路输出端ad_vol电压模拟量经过AD模块转换后的数字量;
第二步:运算模块调用存储单元中的满电基准数字量V1,通过公式“(Vbat*N*2x)/V1”计算出电池包在满电压阈值Vbat状态下,AD模块转换的每一份满电基准数字量对应的满电基准模拟量V2并存储于存储单元中,其中,满电基准模拟量V2为将电池包满电压阈值Vbat分成V1等份,每一份满电基准数字量对应的单份满电基准模拟量;
第三步:将电池包插入充电器进行充电,充电过程中,AD模块采集电压采样电路输出端ad_vol电压并将其转换成实时数字量V3存储于存储单元中;
第四步:运算模块调用存储单元中的满电基准模拟量V2与实时数字量V3,通过公式“V2*V3/2x”计算出电池包当前充电状态的实时电压系数值V4,并通过显示模块将此实时电压系数值V4传输至显示屏上,其中,实时电压系数值V4为放大N倍后的实时电压模拟量。
2.根据权利要求1所述的电池包充电电压的检测方法,其特征在于:所述充电器包括外壳、设于所述外壳上的电池包插槽与显示屏、安装于所述外壳内的控制电路板,所述控制电路板包括充电电路、所述控制器及所述电压采样电路,所述充电电路电连接于所述控制器且其正、负极端子电连接于所述电池包插槽的正负极端子;所述电压采样电路输入端ad_bat电连接于所述电池包插槽的正极端子且其输出端ad_vol电连接于所述控制器。
3.根据权利要求2所述的电池包充电电压的检测方法,其特征在于:所述控制器包括所述AD模块、与所述AD模块电连接的所述存储单元、与所述存储单元电连接的所述运算模块及与所述运算模块电连接的所述显示模块,所述AD模块输入端Vin电连接于所述电压采样电路的输出端ad_vol,用于采集所述电压采样电路的输出端ad_vol电压并将其转换成实时数字量V3;
所述存储单元,用于存储所述电池包满电压阈值Vbat、所述满电基准数字量V1、所述满电基准模拟量V2及所述实时数字量V3;
所述运算模块,用于计算所述满电基准数字量V1、所述满电基准模拟量V2及所述实时电压系数值V4,并将所述实时电压系数值V4信号传递至所述显示模块;
所述显示模块电连接于所述显示屏,通过所述显示屏将所述显示模块接收的所述实时电压系数值V4显示出来。
4.根据权利要求1~3任一项所述的电池包充电电压的检测方法,其特征在于:所述电压采样电路包括分压电阻R1、开关元件Q1、分压电阻R2,所述分压电阻R1上端连接于所述电池包插槽的正极端子,下端连接于所述开关元件Q1漏极,所述开关元件Q1源极连接于所述分压电阻R2上端,所述分压电阻R2下端接地。
5.根据权利要求4所述的电池包充电电压的检测方法,其特征在于:所述开关元件Q1栅极连接于所述控制器,所述开关元件Q1与分压电阻R2连接处电连接于所述AD模块的输入端Vin。
6.根据权利要求5所述的电池包充电电压的检测方法,其特征在于:所述开关元件Q1栅极与控制器之间连接有分流电阻R3,所述开关元件Q1与分压电阻R2连接处与所述AD模块输入端Vin之间连接有分流电阻R4,所述分流电阻R4左端为所述电压采样电路输出端ad_vol。
7.根据权利要求1所述的电池包充电电压的检测方法,其特征在于:所述公式“(((R2/(R1+R2))*Vbat)/Vref)*2n”中的n为所述AD模块的转换精度;所述公式“(Vbat*N*2x)/V1”与所述公式“V2*V3/2x”中的N为所述电池包满电压阈值Vbat的放大系数,x为所述电池包满电压阈值Vbat的放大精度。
8.根据权利要求7所述的电池包充电电压的检测方法,其特征在于:所述放大系数N数为10的倍数且取值为100,所述AD模块的转换精度n为12bit,所述基准电压Vref为5V,所述放大精度x≥10。
9.根据权利要求1所述的电池包充电电压的检测方法,其特征在于:所述控制器采用MCU控制器。
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