CN201084793Y - 电池管理的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施方式提供了一种电池管理的装置，通过电压检测单元检测系统电源电压和电池电压，并输出相应的控制信号到供电切换单元和片选控制单元，由所述的供电切换单元来控制系统电源电压和电池电压之间的切换，并由片选控制单元来控制外部芯片的使能状态，可以使得电池在欠压告警或系统上电切换时，有效减小电池的漏电流，降低电池电量的消耗，从而延长了电池的使用寿命。

Description

电池管理的装置

技术领域

本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种电池管理的装置。

背景技术

目前，在应用有掉电保护和实时时钟的系统上，都需要在系统单板上提供单独的电池来供电，这样就涉及到了系统单板的电池供电管理和上电切换的问题。业界在解决上述问题上一般采用集成的实现方案，也就是在内部包含有一个高精度的电压检测器，同时包含一些控制电路来实现电压的切换和管理，并且针对各种应用场合，集成了一个WDT(Watch Dog Timer)的硬件看门狗电路，利用其来实现相应的看门狗功能、电池管理功能和外部器件片选管理功能等。

其实现过程是通过高精度的电压检测器来监测电池电压，并通过控制电路在电压欠压时，输出告警并进行相应的操作；在系统上电时，切换到系统电源供电。但由于目前的控制电路在设计的时候都没有考虑到电池漏电流的影响，所以当电池欠压告警时，其输出的漏电流会很大，就会导致在电池供电时需要额外设计防漏电装置，而增加了设计成本，且该装置在启用时电池的电量损耗的也很快。

另外，当系统上电切换到系统电源进行供电的时候，其电池的漏电流也比较大，这样就增加了电池电量的消耗，减少了电池的使用寿命；且由于目前的检测和控制电路的器件不具有通用性，其制作成本也比较高。

综上所述，在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：利用现有的检测和控制电路，造成电池在欠压告警或系统上电切换时，其电池的漏电流比较大，这样就增加了电池电量的消耗，减少了电池的使用寿命。

发明内容

本实用新型实施方式所要解决的技术问题在于提供一种电池管理的装置，能够使电池在欠压告警或系统上电切换时，减小电池的漏电流，降低电池电量的消耗，延长了电池的使用寿命。

本实用新型实施方式是通过以下技术方案实现的：

一种电池管理的装置，包括：电压检测单元、供电切换单元和片选控制单元，所述的电压检测单元检测系统电源电压和电池电压，与所述的供电切换单元和片选控制单元电连接；所述的电压检测单元根据检测到的系统电源电压，输出控制信号到供电切换单元和片选控制单元；由所述供电切换单元控制系统电源电压和电池电压之间的切换，并由所述片选控制单元控制外部芯片的使能状态。

由上述所提供的技术方案可以看出，通过电压检测单元检测系统电源电压和电池电压，并输出相应的控制信号到供电切换单元和片选控制单元，由所述的供电切换单元来控制系统电源电压和电池电压之间的切换，并由片选控制单元来控制外部芯片的使能状态，可以使得电池在欠压告警或系统上电切换时，减小了电池的漏电流，降低了电池电量的消耗，延长了电池的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施方式所述装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1所述装置的具体实现结构示意图；

图3为本实用新型实施例1所述装置中信号质量补偿的电路示意图；

图4为本实用新型实施例2所述装置的具体实现结构示意图；

图5为本实用新型实施例3所述装置的具体实现结构示意图；

图6为本实用新型实施例4所述装置的具体实现结构示意图。

具体实施方式

本实用新型实施方式提供了一种电池管理的装置，图1为所述装置的结构示意图，图中包括：电压检测单元、供电切换单元和片选控制单元，所述的电压检测单元检测系统电源电压和电池电压，与所述的供电切换单元和片选控制单元电连接，这里所述的电压检测单元可以是由系统中的硬件看门狗自带的电压检测模块来实现的，也可以是单独外置的电压检测模块来实现，但所选用的电压检测模块需要满足漏电流小、检测精度高等特点；但无论选用哪种方式来实现，其电压检测单元的输出都是由系统中的硬件看门狗芯片的主时钟来提供电流的，这样就可以在实现检测电压的同时，减少了电池电量的损耗，延长了电池的使用寿命。

所述的供电切换单元用来控制系统电源电压和电池电压之间的切换，所述的片选控制单元控制外部芯片的使能状态。这里的供电切换单元具体包括一个半导体开关器件，所述的半导体开关器件的栅极与电压检测单元电连接，由所述的电压检测单元输出控制信号到所述的半导体开关器件；所述的半导体开关器件的源极和漏极分别连接系统电源端和电池电源端，控制系统电源电压和电池电压之间的切换。

具体来说就是，电压检测单元检测系统电源电压，当系统电源上电时，超过了外部芯片的工作电压后，电压检测单元就输出控制信号到供电切换单元，也就是半导体开关器件，利用半导体开关器件的栅极来控制半导体开关器件处于截止状态，即切断了电池对系统的供电，改由系统电源来对系统供电；同时当系统电源电压低于外部芯片的工作电压时，电压检测单元在检测到所述的系统电源电压后再输出相应的控制信号到供电切换单元，也就是半导体开关器件，利用半导体开关器件的栅极来控制半导体开关器件处于导通状态，即让电池对系统供电，这样就实现了依据系统电源的供电情况来控制系统电源电压和电池电压之间切换的目的。

另外，在所述的片选控制单元中包括有另一个半导体开关器件，所述的另一个半导体开关器件的栅极与电压检测单元电连接，漏极和源极分别连接外部芯片的使能输入端和输出端，当所述的电压检测单元输出相应的控制信号到所述的另一个半导体开关器件时，通过控制外部芯片使能输入端和输出端的截止和导通来实现对外部芯片的使能控制。具体来说，就是当系统电源电压低于外部芯片的工作电压，供电切换单元切换到由电池对系统供电时，利用所述的另一个半导体开关器件的栅极来控制外部芯片使能输入端和输出端处于截止状态，将外部芯片的片选关闭，从而达到漏电流小，信号截止的目的；同样当系统电源上电，供电切换单元切换到由系统电源对系统供电时，利用所述的另一个半导体开关器件的栅极来控制外部芯片使能输入端和输出端处于导通状态，将外部芯片的片选打开，这样就可以使得电池在系统电源供电时漏电流非常小，保证了电池的电量，延长了电池的使用寿命。

另外，在以上所述的另一个半导体开关器件上，还包括有补偿电容和上拉电阻，所述的补偿电容跨接在半导体开关器件的漏极和源极之间；所述的上拉电阻与外部芯片的使能输出端相连。该补偿电容和上拉电阻对整个电路的作用很大，它补偿了半导体开关器件的栅源极和栅漏极间的寄生电容，使得外部芯片的使能输入波形斜率变陡。

另外，在以上所述的另一个半导体开关器件上，还包括有稳定电容，或是二极管，或是稳定电容和二极管的组合，所述的稳定电容或二极管的一端与半导体开关器件的栅极相连，另一端与半导体开关器件的漏极相连。该稳定电容或二极管可以很好的稳定半导体开关器件处于一个完全导通的状态，使外部芯片的使能输出能够得到稳定的波形。

以上所述的半导体开关器件可以是MOS晶体管，也可以是其他和MOS晶体管具有相同性能和特性的半导体开关器件。

另外的，以上所述的供电切换单元和片选控制单元也可以包含在继电器开关器件中，也就是说通过继电器开关器件来实现其功能，所述的继电器开关器件根据所述的电压检测单元输出的控制信号来控制电池电压和系统电源电压的切换，并控制外部芯片的使能状态。具体来说，当系统电源电压上升到外部芯片的工作电压时，即系统上电时，电压检测单元检测到所述的系统电源电压并输出控制信号到继电器开关器件，所述继电器开关器件闭合，使系统由电池供电切换到由系统电源来供电，并使外部芯片的使能输入端和输出端导通；同时当系统电源电压低于外部芯片的工作电压时，即系统下电时，电压检测单元检测到所述的系统电源电压并输出相应的控制信号到继电器开关器件，所述继电器开关器件断开，使系统由系统电源供电切换到由电池来供电，并使外部芯片的使能输入端和输出端截止。这样就实现了依据系统电源的供电情况来控制系统电源电压和电池电压之间切换的目的。

另外，在所述的继电器开关器件中还可以设置一个稳定二极管，所述的稳定二极管在系统电源端和所述的继电器开关器件之间。通过所述的稳定二极管，可以防止在系统下电时，由于继电器没来得及动作而造成电池产生漏电的情况，从而降低了电池电量的损耗，延长了电池的使用寿命。

为更好的描述本实用新型的具体实施方式，现结合附图对本实用新型的具体实施例进行说明：

实施例1：如图2所示为本实用新型实施例1所述装置具体实现的结构示意图，图中包括硬件看门狗电路(WDT)、电压检测单元、供电切换单元和片选控制单元，本实施例1中的供电切换单元和片选控制单元的功能是由MOS管来实现的。

所述的硬件看门狗电路可以提供硬件看门狗功能或电池电压检测的功能，也就是说电压检测单元的功能可以由硬件看门狗电路来实现，本实施例1中电压检测单元的功能就是由硬件看门狗电路来实现的，该看门狗可以是但不限于常用的ADM706等芯片，由于硬件看门狗电路所自带的电压检测功能输入电流为几个nA，这样就使得我们的电池检测可以实现高精度检测、低漏电的目的。同时电压检测输出由硬件看门狗电路的主时钟提供电流，不会损耗到电池的电量，这样即实现了检测电池电压产生电池欠压告警，也达到了减小电池电量损耗的目的。

这里系统供电的切换与外部芯片的使能状态控制都是采用MOS管来实现的，所述的MOS管可以是目前常用的MOS管，也可以是其他和MOS晶体管具有相同性能和特性的半导体开关器件，依据系统电源的供电情况来控制MOS管的导通或截止。具体来说，当电压检测单元检测到VCC输入的系统电压低于外部芯片的工作电压时，就输出相应的控制信号到MOS晶体管，控制MOS晶体管打开，使电池(BATT)开始对外部芯片电压VOUT，也就是系统供电；同时由VOUT供电的外部芯片的片选关闭，使外部芯片的使能输入端CE_IN截至，从而达到漏电流小，信号截至的目的。

当系统电源上电时，电压检测单元检测到VCC输入的系统电压超过外部芯片的工作电压时，电压检测单元就输出相应的控制信号到MOS晶体管，切断电池对系统供电，改由系统电源来供电；同时打开由VOUT供电的外部芯片的片选，这样就实现了系统供电时电池断电的目的，使得电池的漏电流非常小，保证了电池的电量，延长了电池的使用寿命。

另外的，在对外部芯片使能输入和输出的控制上，还存在信号质量补偿的问题，如图3所示为本实用新型实施例1所述装置中信号质量补偿的电路示意图：

在图中，补偿电容C2跨接在MOS管Q3的漏极和源极之间，上拉电阻R3与外部芯片的使能输出端CE_OUT相连。该补偿电容C2和上拉电阻R3对整个电路的作用很大，它补偿了MOS管的栅源极和栅漏极间的寄生电容，使得外部芯片的使能输入波形斜率变陡。

另外，在图中还包括有稳定电容C1和二极管D6，这里稳定电容C1也可以单独使用，但稳定电容C1和二极管D6配合使用的效果更好。所述的稳定电容C1或二极管D6的一端与MOS管的栅极相连，另一端与MOS管的漏极相连。该稳定电容C1或二极管D6可以很好的稳定MOS管，使其处于一个完全导通的状态，使外部芯片的使能输出能够得到稳定的波形。

实施例2：如图4所示为本实用新型实施例2所述装置具体实现的结构示意图，该方案和实施例1的方案类似，主要差别是当选用的硬件看门狗电路不带电压检测功能或者电压检测功能存在漏电流大的缺陷，又或者电压检测功能精度低等原因的情况下，单独外置一个电压检测单元来进行电池电压欠压检测功能，这里所选用电压检测单元需要满足漏电流小、检测精度高等要求。其它部分的实现与实施例1的方案接近，这里就不再重复论述了。

实施例3：如图5所示为本实用新型实施例3所述装置具体实现的结构示意图，图中包括硬件看门狗电路(WDT)、电压检测单元、供电切换单元和片选控制单元，本实施例1中的供电切换单元和片选控制单元的功能是由继电器开关器件来实现的。

该实施3中的方案和实施1中的方案相比，其区别在于供电切换单元和片选控制单元是包含在了继电器开关器件中，采用了继电器开关器件来进行切换，继电器开关器件的动作完全由系统电源VCC来决定，当VCC电压上升到的外部芯片的工作电压时，继电器开关器件开始闭合，系统由电池供电切换到由系统电源供电，同时外部芯片使能输入CE_IN和使能输出CE_OUT导通；同时当系统电源VCC低于外部芯片的工作电压时，即系统下电时，继电器开关器件断开，使系统由系统电源供电切换到由电池来供电，并使外部芯片的使能输入CE_IN和使能输出CE_OUT截止。

这样就实现了依据系统电源的供电情况来控制系统电源电压和电池电压之间切换的目的。

在所述的继电器开关器件中还可以包括稳定二极管，所述的稳定二极管在系统电源端和所述的继电器开关器件之间。通过所述的稳定二极管，可以防止在系统下电时，由于继电器没来得及动作而造成电池产生漏电的情况，从而降低了电池电量的损耗，延长了电池的使用寿命。

实施例4：如图6所示为本实用新型实施例4所述装置具体实现的结构示意图，该方案和实施3中的方案类似，主要差别是当选用的硬件看门狗芯片不带电压检测功能或者电压检测功能存在漏电流大的缺陷，又或者电压检测功能精度低等原因的情况下，单独外置一个电压检测单元来实现电压检测功能，所选用的电压检测单元需要满足漏电流小、检测精度高等要求。其它部分的实现与实施例3中的方案接近，这里就不再重复论述了。

综上所述，该技术方案采用了外部自主设计的检测和控制电路，采用的器件也是非常通用的器件，大大降低了成本；同时该技术方案很好地解决了电池和系统电源间的切换和电池漏电大的问题，有效减小了电池电量的损耗，延长了电池的使用寿命；另外，电压检测的输出由系统供电，而不需要损耗电池的电量，进一步减小了电池电量的损耗。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池管理的装置，其特征在于，包括：电压检测单元、供电切换单元和片选控制单元，所述的电压检测单元检测系统电源电压和电池电压，与所述的供电切换单元和片选控制单元电连接；所述的电压检测单元根据检测到的系统电源电压，输出控制信号到供电切换单元和片选控制单元；由所述供电切换单元控制系统电源电压和电池电压之间的切换，并由所述片选控制单元控制外部芯片的使能状态。

2.如权利要求1所述的电池管理的装置，其特征在于，所述的供电切换单元具体包括：一个半导体开关器件，所述的半导体开关器件的栅极与电压检测单元电连接，由所述的电压检测单元输出控制信号到所述的半导体开关器件；所述的半导体开关器件的源极和漏极分别连接系统电源端和电池电源端，控制系统电源电压和电池电压之间的切换。

3.如权利要求2所述的电池管理的装置，其特征在于，所述的片选控制单元具体包括：另一个半导体开关器件，所述的另一个半导体开关器件的栅极与电压检测单元电连接，由所述的电压检测单元输出控制信号到所述的另一个半导体开关器件；所述另一个半导体开关器件的漏极和源极分别连接外部芯片的使能输入端和输出端，实现外部芯片的使能控制。

4.如权利要求3所述的电池管理的装置，其特征在于，还包括：补偿电容和上拉电阻，所述的补偿电容跨接在半导体开关器件的漏极和源极之间；所述的上拉电阻与外部芯片的使能输出端相连。

5.如权利要求3所述的电池管理的装置，其特征在于，还包括：稳定电容和/或二极管，所述的稳定电容和/或二极管的一端与半导体开关器件的栅极相连，另一端与半导体开关器件的漏极相连。

6.如权利要求2-5其中之一所述的电池管理的装置，其特征在于，所述的半导体开关器件具体为MOS晶体管。

7.如权利要求1所述的电池管理的装置，其特征在于，所述的供电切换单元和片选控制单元包含在继电器开关器件中，由所述继电器开关器件根据所述的电压检测单元输出的控制信号来控制电池电压和系统电源电压的切换，并控制外部芯片的使能状态。

8.如权利要求7所述的电池管理的装置，其特征在于，所述继电器开关器件上设置稳定二极管，所述的稳定二极管在系统电源端和所述的继电器开关器件之间。

9.如权利要求1所述的电池管理的装置，其特征在于，还包括：硬件看门狗单元，所述电压检测单元由所述硬件看门狗单元的主时钟提供电流。

10.如权利要求9所述的电池管理的装置，其特征在于，所述的电压检测单元具体为所述硬件看门狗单元自带的电压检测模块，或单独外置的电压检测模块。

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