CN1462086A - 充电电池防伪系统 - Google Patents

Abstract

充电电池防伪系统由装在充电器中的信号识别部分和电池保护芯片中增加的信号处理部分组成，信号识别部分向电池发送用于识别的待处理信号(识别信号)，然后接收电池中的信号处理部分对此信号的处理结果，通过对结果的判断确定电池的真伪；而信号处理部分用来接收信号识别部分发出的识别信号并按照保密的算法进行处理，如果能得出正确的结果通过了信号识别部分的鉴别，说明电池不是伪造品。同时，如果充电器不能发出正常的开始、结束信号，电池也不会进入被充电状态，这样也实现了电池对充电器的防伪，杜绝了用假充电器对电池充电而造成的损坏。整个识别过程通过充电器给电池充电的连接端子(电源线)实现。本发明既能识别假冒电池，又能避免假冒充电器对真电池造成的损坏，且系统规模小，结构简单，成本低，功耗低。

Description

技术领域

本发明涉及一种充电电池防伪系统，特别是移动通信终端的充电电池防伪系统。

背景技术

冒充正规的生产厂家生产的充电电池一般称为假电池或假冒电池。使用假电池会出现电池寿命短、电池烧毁，甚至电池爆炸等现象，给用户、电池生产厂家，电器生产厂家及社会带来重大的损失。如何识别假的充电电池，防止使用假电池是一个重要的研究开发课题。目前充电电池防伪系统主要有两种：一是美国专利US4593409公开的电池防伪系统，它是在电池上加一套无线信息发送装置，该装置发出一个特定信号，专门的无线接收设备接收这个特定信号并对此信息进行判定来鉴别电池的真伪。这种系统的缺点是需要专门的无线发射接收电路和设备，造成电路系统太大，成本较高，且较易仿造；另一种是美国专利US5608306公开的电池防伪系统，该系统是在电池里产生一串随机码，同时把此随机码送到移动终端，然后分别在电池和移动终端中通过同样的方式对该数据进行运算，之后在移动终端中将两者的运算结果进行比较来完成识别电池真伪的功能。此种系统的缺点是：在电池里和移动终端中需要有同样的两套电路，造成系统结构规模增大，成本增加。此外，以上两种方案只有识别电池的功能，不能识别充电器，达不到电池本身保护自己的目的。

发明的内容

本发明的技术解决问题是：提供一种既能识别假冒电池，又能避免假冒充电器对真电池充电造成的损坏的解决方案，且系统规模小，结构简单，成本低，功耗低。

本发明的技术解决方案是：充电电池防伪系统，其特点在于：由装在充电器中向电池发送识别码的信号识别部分和在电池保护芯片中增加的用于接收识别码并将运算处理结果反馈给充电器的信号处理部分组成，信号识别部分和信号处理部分之间的通信通过充电时充电器和电池的连接端子实现。在充电时如果电池是伪造品，充电器将拒绝充电，如果此时电池正装在手机上，充电器将停止对手机的供电来向用户报警；如果电池按在座充上单独充电，可看到充电指示灯熄灭。其原理是：信号识别部分向电池发送用于识别的待处理信号，然后接收电池中的信号部分对此信号的处理结果，通过对结果的判断确定电池的真伪；而信号处理部分用来接收识别部分发出的识别信号并按照保密的算法进行处理，如果能得出正确的结果通过了信号识别部分的鉴别，说明电池不是伪造品。同时，如果充电器不能发出正常的开始、结束信号，电池也不会被充电，这样也实现了电池对充电器的防伪，杜绝了用假充电器对电池充电而造成的损坏。

信号识别部分由信号识别芯片和受其控制的一组功率器件构成，其中信号识别部分中的信号识别芯片由信号识别控制器、时钟和计数器、负载检测器、只读存储器(ROM)、信号调制器、电流-电压(I/V)转换器、信号放大器、信息存储器及反馈检测器组成，信号识别控制器与上述各个模块相连接，用于进行状态控制；时钟用于控制主频及工作时间，并与计数器连接；计数器用来表示系统发送识别信号次数和用来控制每次发送执行时间；负载检测器检测到接入电池时的电压跳变产生的信号，通知信号识别控制器开始工作；ROM存储识别码和识别码的编码(正确的处理结果的信息)，识别码的编码用于对反馈信号的检验；信号调制器在信号识别控制器的控制下发送开始信号，并对ROM的输出即识别码进行调制并输出；I/V转换器、信号放大器、信息存储器把电流形式传送的反馈信号转换成电压形式，经过信号放大后，存储用于鉴别的有用信息反馈检测读取存储器中的内容与存在ROM中的正确的处理结果的信息比较，验证反馈是否正确。

信号处理部分由稳压模块、信号处理控制器、解调器、信号放大器、运算器、充电判断器和电压-电流(V/I)转换器组成，稳压模块滤除调制在电源电压上的识别信号，提供稳定电压给各模块作为工作电压，信号处理控制器分别与上述各个模块连接并对其进行控制，解调器、信号放大器从识别信号中分离出开始、结束信号及识别码并放大为数字信号，分别送到信号处理控制器和运算器，运算器对分离出的识别码进行运算得出结果，再经过V/I转换器把运算结果由电压形式转换成电流形式，调制在电流上，反馈到信号识别芯片。

信号识别部分和信号处理部分之间的通信通过充电时充电器和电池的连接端子实现。信号识别部分中的信号调制在由信号识别部分供给信号处理部分的电源电压上，即充电器给电池充电的正极；信号处理部分采用电流调制方式通过充电器负极传送反馈信息。信号识别部分和信号处理部分的数据通信采用串行通信方式。

本发明与现有技术相比具有的优点在于：电路系统简单、规模小，对现有的系统不要求大的改动，易于实现，因为在电池中利用了电池自身具有的保护电路，没有再单独增加芯片，利用现有的连接资源完成了整个识别过程。此外，充电器和电池相互识别，不易假冒。

下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明。

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明信号识别部分原理框图；

图3为本发明信号识别流程图；

图4为本发明信号处理部分原理框图；

图5为本发明信号处理流程图；

图6为图2中选择开关电路原理图；

图7为图2中信号调制器电路原理图；

图8为图2中负载检测器电路原理图；

图9为图2中反馈检测器电路原理图；

图10为图2中I/V转换器电路原理图；

图11为图2中信息存储器电路原理图；

图12为图4中信号处理控制器电路原理图；

图13为图4中解调器、信号放大器电路原理图；

图14为图4中V/转换器电路原理图；

图15为图4中运算器的电路原理图；

图16为图2中信号识别控制器时序图。

如图1所示，充电器中的信号识别部分以电压调制方式通过充电器和电池的连接端子(正极)向电池发送识别码，由信号处理部分来接收并进行处理，然后将处理结果以电流调制方式通过充电器和电池的连接端子(负极)反馈给充电器，充电器的识别部分再通过对反馈结果的判断确定电池的真伪。充电器中的信号识别部分接在充电器的输出端，信号处理部分在电池保护芯片中控制电池保护电路的电源。信号识别部分和信号处理部分的数据通信采用串行通信方式，且识别信号和反馈信号的传送时同时进行的，即在识别信号传送的同时，对充电器进行处理，得出结果。

如图2所示，细线框内是信号识别部分，它由粗线框内单独的一块信号识别芯片和一组功率器件即两个选择开关1和选择开关2组成，信号识别芯片由信号识别控制器、时钟和计数器、负载检测器、ROM、信息调制器、I/V转换器、信号放大器、信息存储器及反馈检测器组成。信号识别控制器用于对整个芯片中的模块进行状态控制，例如计数器复位、ROM中数据的读取、选择器的选择信号、反馈检测时序等，当负载检测器检测到电池接入时的电压跳变产生信号通知信号识别控制器开始工作。时钟用来控制工作主频，计数器由表示系统发送识别信号次数的计数器1(state)和用来控制每次发送执行时间的计算器2(step)组成，他们的值用来表示系统当前的工作状态，当信息码发送若干次仍未收到正确的反馈，充电器判别电池是伪造的而停止工作。ROM用来存储数据，存储的数据数据包括两部分：识别码和识别码的编码，识别码用于向信号处理部分发送，识别码的编码用于对反馈信号的检验。信息调制器的功能是在控制器的控制下，先发送开始信号，然后对ROM的输出即识别码进行调制并输出，接收到正确的反馈后在控制器控制下发送停止信号，信号调制用特定的直流电平和识别信号相减实现，发送识别信号前的开始、结束信号可由直流电平和一大于(例如两倍)识别信号幅度的电平相减获得，为了保证识别过程中移动终端和信号处理芯片的正常工作，调制后的信号电压控制在移动终端的正常工作电压范围内。I/V转换器、信号放大器、信息存储器、反馈检测器的功能，是把电流形式传送的反馈信号转换成电压形式，经过信号放大后，存储用于鉴别的有用信息，在一次识别码发送结束后，反馈检测读取存储器中的内容与存在ROM中的正确的处理结果的信息比较，验证反馈是否正确。由于电池和充电器接触点数量的限制，信号识别部分中的信号调制在由信号识别部分供给信号处理部分的电源电压上，即充电器给电池充电的正极。因此，信号识别部分采用电压调制方式通过充电器正极传送原始识别数据。

如图3所示，信号识别部分的工作流程是：在充电器没有工作时，选择开关接通充电用的正电压到OUT+。当电池接入充电器时，负载检测检测到电压跳变，从而产生信号激活信号识别控制器，同时把计数器复位，连接调制器输出到OUT+。首先，在信号识别控制器的控制下，信号调制器发送开始信号，此后，选择开关把OUT-接入模块“I/V转换”，准备接收信号处理部分的反馈。开始信号是一个比正常的信号幅度大的电压变化，用来通知信号处理部分的信号处理控制器开始工作。以上动作结束后，初始化信息存储单元，开始发送识别码；同时，I/V转换器把由信号处理部分反馈回来的调制在电流上的信息转化为电压形式，经过放大后提取出用于鉴别的信息存储在存储单元中。当识别信号发送完后，反馈的存储也完成。此时对结果进行判别。如果反馈结果正确，控制器控制信号调制器发送结束信号，通知信号处理部分识别结束，接入电池开始充电；两个选择开关接通充电电路进行充电，否则重新进行识别信号的发送、处理、识别过程，同时用于表示识别码发送次数的计数器1(state)的值加一。当计数值达到一定程度即识别已连续进行了数次，仍然没有得到正确的反馈，充电器将停止工作。

识别信号的结构为信号每次发送的长度为64bit，前33bit存在ROM中，是用0隔开的两组相同的首位为1的16bit数列，其余位用0补充。

1

DATA(15bit)

0

1

DATA(15bit)

0(31bit)

如图4所示，由于电池和充电器接触点数量的限制，系统的两部分之间无法在传送信号的同时传送统一的用于同步的时钟，所以信号处理部分采用无时钟的设计，并采用实时反馈的方式，即在传送识别信号的同时对其进行运算并产生反馈。

信号处理部分由稳压模块、信号处理控制器、解调器、信号放大器、运算器、充电判断器和V/I转换器组成，稳压模块完成的功能是，由于信号识别部分提供给芯片的工作电压上调制了识别信号，所以要从变动的电压中滤除信号，产生出稳定的电压作为各模块正常工作的电源。充电判断器的功能是，当电池接在充电器上时，充电判断器产生信号激活信号处理控制器，信号处理控制器被激活后，将控制各模块进入识别状态，并对识别流程进行控制，解调器、信号放大器从识别信号中分离出开始、结束信号及识别码并放大为数字信号，分别送到信号处理控制器和运算器，运算器的功能是，对有解调器、放大器分离出的识别码进行运算得出结果，再经过V/I转换器把运算结果由电压形式转换成电流形式，调制在电流上，反馈到信号识别芯片。因此，信号处理部分采用电流调制方式通过充电器负极传送反馈信息。

如图5所示，信号处理部分的流程是：在芯片的初始状态时信号处理控制器接通电池的保护电路，此时电池可以正常放电。当电池接在充电器上时，保护电路中的充电判断功能将做出相应反应，此时充电判断器侦测到此变化，产生信号激活信号处理控制器。信号处理控制器被激活后，首先断开输入IN+与电池保护电路的连接，即停止给电池保护电路供电从而切断电池的充电电路；同时把IN+接入解调器、放大器，进入识别状态。当信号处理控制器接收到由解调器分离出的开始信号时，接通运算器，同时把识别码送入，开始对识别码的处理。V/I转换将不同的运算结果转化成电流形式并调制在总电流上，反馈到信号识别部分，当信号处理控制器接收到由解调器分离出的结束信号后，把输入IN+重新连接到电池保护电路，时电池进入被充电状态。

如图6所示，两个选择开关在信号识别控制器的控制下用来选择连接的通道。图2中由于充电时电流很大，普通的器件不能承受，要使用功率器件实现，因此两个选择开关要放在芯片外。当控制端为低电平时，P沟道MOSFET Mp1导通，P沟道MOSFET Mp2截至，输入in2被输出。相反，当控制端ctrl为高电平时，Mp2导通，Mp1截至，输入in1被输出。

如图7所示，信号调制器是由A71、A72两个运放构成的减法电路，该电路实现的功能是电源电压减去输入信号，所得的电压VOUT即是电源电压与反相信号的叠加，被减信号在控制器的控制下从幅度较大的开始、结束信号和幅度较小的识别码中选择。

如图8所示，负载检测器是由两个运算放大器(A81、A82)及其外围电路构成的微分电路产生信号触发触发器(U81)实现的。当输入电压由高电压跳变到低电压时，微分电路把这一变化转化为脉冲信号，从时钟端输入到触发器中，使触发器输出高电平，通知信号识别控制器开始工作。

如图9所示，反馈检测器把存在ROM中的正确处理结果的信息和从反馈信号提取出的信息(Q3Q2Q1Q0)进行比较，有任何一位不同都将输出到信号识别控制器。图9中的触发器都是带有低电平异步清零和高电平同步置数的D触发器。图9中移位寄存器部分的控制真值表如下：

清零	置数	移位	实现功能
				0	X	X	清零
1	0	0	保存状态但不输出
				1	0	1	移位、输出
1	1	0	读入数据但不输出
				1	1	1	保存状态但不输出

反馈信息的鉴别为：由于反馈是实时的，当存在ROM中的识别码发送结束时，反馈信息的存储也应结束了，此时即可在时钟控制下对存储的值进行置数(LOAD)，并利用移位(SHIFT)与存在ROM中的正确结果逐位比较。另外，反馈信息存储器会对存储的信息进行初步判断，如果存储的信息不符合规律，将不会向反馈检测器输出信号。

如图10所示，电流-电压(I/V)转换电路由两个运放A101、A102及其电阻R101-R105组成，输出电压Output_V的幅度随输入电流Input_I大小的变化而变化，R101控制输出电压增益的大小。

如图11所示，信息存储用于对反馈信号中用于检测的信息的提取，在每次识别码发送前，存储器被复位，然后开始工作。如上所述，信息存储器会对存储的信息进行初步的检测，不符合规律的值不会向反馈检测器输出。

如图12所示，信号处理控制其主要包括三部分：输出选择(D121、选择器)、结束信号检测(D122、D123)和识别码截取信号产生(D124、D125)。当开始充电时，选择器断开电池保护电路的电源，开始向解调器输出。当控制器接收到由解调器分离出的结束信号时，结束信号检测部分把D121复位，接通电池保护电路的电源，使电池进入被充电状态。同时，D124、D125产生一个从开始信号下降沿到结束信号上升沿的高电平用于截取识别码并且只由在此高电平期间，运算器才进行运算。

如图13所示，信号处理部分的解调器、放大器核心元件是降压用二极管和两个反相器INV1和INV2，信号经控制器输入后，先进行降压，以便使信号的中心电平接近电源电压的中间值，有利于反相器放大，同时信号的幅度不能减小。图13中INV1的翻转电平位于幅度较小的识别码部分的中心，其结果是将开始、结束信号和识别码部分均放大到同一幅度，由识别码截取信号去掉开始、结束信号；INV2的反转电平要取得足够小，只有幅度较大的开始、结束信号才能使其输出高电平。这样就把识别码和开始、结束信号分离并放大成足够幅度的数字信号，同时，把在信号识别部分中调制时被反转的信号恢复到正确的相位。信号识别部分中的放大器原理与此电路类似，不过只有一路。

如图14所示，V/I转换电路由A141、A142两个运放和电阻R141-R145组成，输出电流Output_I的幅度随输入电压Input_V的幅度变化而变化，R143可控制Output_I的幅值大小。

如图15所示，信号处理部分的运算器是由一系列触发器构成的。信号处理过程中不需要时钟的控制。

如图16所示，当负载接入并稳定后，信号识别控制器接通调制器到输出并发出开始信号，把选择开关2与I/V转换连接，初始化反馈寄存器后开始控制ROM及调制器发送识别码，等识别码发送完毕，并确保反馈存储结束后，存储器中的信息读入反馈检测器，并与ROM中的正确信息逐位比较。如果反馈正确，信号识别控制器控制调制器发送结束信号，同时使两个选择开关接通充电电路开始充电，即所有输出强置为低。计数器停止工作。如果反馈不正确，信号识别控制器不允许调制器发送结束信号连接充电电路，而是循环发送识别码，并且state计数器加一。当识别码循环发送7次仍没有正确反馈时，控制器发出拒绝工作信号，切断所有输出。对于信号识别控制器，重要的时实现正确的控制时序，电路的具体使实现方式并没有特别的要求。

Claims (11)

1、充电电池防伪系统，其特征在于：由装在充电器中向电池发送识别码的信号识别部分和在电池保护芯片中增加的用于接收识别码并将运算处理结果反馈给充电器的信号处理部分组成，信号识别部分和信号处理部分之间的通信通过充电时充电器和电池的连接端子实现。

2、根据权利要求1所述的充电电池防伪系统，其特征在于：信号识别部分由信号识别芯片和受其控制的一组功率器件构成。

3、根据权利要求2所述的充电电池防伪系统，其特征在于：信号识别部分中的信号识别芯片由信号识别控制器、时钟和计数器、负载检测器、只读存储器(ROM)、信号调制器、电流-电压(I/V)转换器、信号放大器、信息存储器及反馈检测器组成。信号识别控制器与上述各个模块相连接，用于进行状态控制；时钟用于控制主频及工作时间，并与计数器连接；计数器用来表示系统发送识别信号次数和用来控制每次发送执行时间；负载检测器检测到电池接入时的电压跳变产生的信号，通知信号识别控制器开始工作；ROM存储识别码和识别码的编码，识别码的编码用于对反馈信号的检验；信号调制器在信号识别控制器的控制下发送开始信号，并对ROM的输出即识别码进行调制并输出；I/V转换器、信号放大器、信息存储器把电流形式传送的反馈信号转换成电压形式，经过信号放大后，存储用于鉴别的有用信息；反馈检测读取存储器中的内容与存在ROM中的正确的处理结果的信息比较，验证反馈是否正确。

4、根据权利要求2所述的充电电池防伪系统，其特征在于：信号识别部分采用电压调制方式通过充电器正极传送待处理的识别信号。

5、根据权利要求2所述的充电电池防伪系统，其特征在于：一组功率器件为两个选择开关。

6、根据权利要求3所述的充电电池防伪系统，其特征在于：信号识别部分中的信号调制在由信号识别部分供给信号处理部分的电源电压上，即充电器给电池充电的正极。

7、根据权利要求1所述的充电电池防伪系统，其特征在于：信号识别部分和信号处理部分的数据通信采用串行通信方式。

8、根据权利要求1所述的充电电池防伪系统，其特征在于：信号处理部分由稳压模块、信号处理控制器、解调器、信号放大器、运算器、充电判断器和V/I转换器组成，稳压模块滤除调制在电源电压上的识别信号，提供稳定电压给各模块作为工作电压，信号处理控制器分别与上述各个模块连接并对其进行控制，解调器、信号放大器从识别信号中分离出开始、结束信号及识别码并放大为数字信号，分别送到信号处理控制器和运算器，运算器对分离出的识别码进行运算得出结果，再经过V/I转换器把运算结果由电压形式转换成电流形式，调制在电流上，反馈到信号识别芯片。

9、根据权利要求8所述的充电电池防伪系统，其特征在于：信号处理部分采用无时钟设计。

10、根据权利要求8所述的充电电池防伪系统，其特征在于：信号处理部分采用电流调制方式通过充电器负极传送反馈信息。

11、根据权利要求1所述的充电电池防伪系统，其特征在于：识别信号的传送和反馈信号的传送是同时进行的，即在识别信号传送的同时对充电器进行处理，得出结果。

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