CN201429680Y - 与电池包分离且包含充放电管理功能的电量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种与电池包分离且包含完整充放电管理的电量计，包括有中央处理单元及中央处理单元上连接的采样模块、功耗控制模块、显示模块、通讯模块、充电控制模块、电量计模块和自校正模块，通过中央处理单元来控制上述所有功能模块的工作，实现充放电控制、电量计算以及和主机的通讯的功能；本实用新型采用电量计与电池包分离及电量计包含充放电控制且与主机一体化的结构，可对1至3节串联形式的锂离子电池包、锂聚合物电池包或磷酸铁锂电池包提供高性能充放电控制和高精度电量计等功能，功耗低，性能优异且价格优势明显。

Description

与电池包分离且包含充放电管理功能的电量计

【技术领域】

本实用新型涉及一种与电池分离的且包含充放电管理功能的，可以对通用锂电池进行电量管理和充放电控制的电量计，主要用于NetBook、UMPC一类需要对锂电池进行电量计算并同时进行充放电控制等产品，特别是对价格比较敏感的智能便携产品。

【背景技术】

关于电量预测和电量管理，已有大量的文献、报告和产品。但是，这些电量管理的硬件和软件算法几乎都是针对单一固定的电池包，采用电量计与电池包一体的智能电池包结构，即主机通过智能电池接口(如SMBus总线)与智能电池包连接；由于电量计与电池包的唯一配合方式，因此这种方式具有较高的精确度和可靠性，但是也存在生产门槛较高、成本昂贵的缺点。对于NetBook、UMPC等对成本极端敏感的产品，如果将电量计与电池包分离而将其放置在主机内，则有可能使用普通的电池包，从而降低整机成本。如果进一步电池包相关的充放电控制等功能集成单一的芯片里，将进一步降低成本。

目前已有电量管理与电池包分离的电量计电路，如TI的BQ27500，采用IMPEDANCE TRACK技术，可以识别2种规格的电池包。过去，电量计与电池包分离的架构使用不多，除了技术上相对一体化结构更困难一些(如要求判断电池包的接入与撤出)，另外的原因就是成本的原因：对一台笔记本电脑而言，一台主机通常在整个寿命周期内只需配一只电池包，因此无论电量计放置在何处，其直接的物料成本基本上是相同的(分离结构甚至可能更高一些)。

曾经有过电量计与电池包一体架构并且提供充电管理的电量计电路，如MAXIM的DS2770；该产品采用脉冲充电方式的电路结构，目前已废型。

【实用新型内容】

本实用新型提供一种与电池包分离的且包含完整充放电管理以及其他附属功能的适用于通用锂电池的电量计。该装置采用电量计与电池包分离及电量计包含充放电控制，并且与主机一体化的结构。可对1至3节串联形式的锂离子电池包、锂聚合物电池包或磷酸铁锂电池包提供高性能充放电控制和高精度电量计等功能。

本实用新型主要包括有中央处理单元及中央处理单元上连接的采样模块、功耗控制模块、放电及其控制模块、通讯模块、充电控制模块、电量计模块和自校正模块，通过中央处理单元来控制上述所有功能模块的工作，实现充放电控制、电量计算，以及实现与主机通讯交互的功能；

该采样模块负责采集适配器电压、电池电压、充放电电流和电池温度等数据，并将该测量结果发送给中央处理单元；

该功耗控制模块接受中央处理单元的指令对电池进行低功耗控制；

该放电及其控制模块接受中央处理单元的指令对放电进行控制等；

该中央处理单元通过通讯模块与主机实现通讯交互；

该充电控制模块用于控制电池的充电；

该中央处理单元与电量计模块共同完成电量计算工作；

该自校正模块在装机过程中与外部工装配合，对采样模块的各个测量参数的各种误差进行采集和预处理，并且在装机后自动对输出结果进行校正和补偿。

由于本实用新型将电量计与充放电控制器的功能集成，省去了专用充放电控制IC，因此降低直接物料成本和整机成本；且由于采用先进的半导体工艺，集成度高、功耗低，性能优异且价格优势明显。

本实用新型具有以下特点：

1、本实用新型直接置于NetBook或UMPC的主板上，因此可以实现一台主机搭配多块普通非智能电池，因此大大降低整机成本。

2、本实用新型包含有经典的BACK开关方式充电控制，提供完整的充电调理、充满判断以及电池识别和保护等功能，省去了专用的充电控制芯片，进一步降低了成本。

3、本实用新型含有完善的电池接入、移去、充饱等识别能力，并且可以监控并且识别各类电池故障，实现各种保护功能，且由于所有的控制均在主机内部完成，因此减少了元器件冗余，提高了可靠性。

4、本实用新型还可以配合工装进行自动标定和设置。

【附图说明】

图1为本实用新型的锂电池供电系统示意图；

图2为本实用新型的内部模块图。

附图标号说明

1本实用新型电量计

2包含锂电池保护及场效应管的电池包

3主机板

4主机板工作电源

5主机板系统管理芯片

11中央处理器

12AD转换模块

13功耗控制模块

14放电及其控制模块

15通讯模块

16充电控制模块

17电量计模块

18自校正模块

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详述。

【具体实施方式】

如图2所示，本实用新型主要包括中央处理单元11、以及与中央处理单元11连接的采样模块12、功耗控制模块13、放电及其控制模块14、通讯模块15、充电控制模块16、电量计模块17和自校正模块18；通过中央处理单元11来控制上述所有功能模块的工作，实现充放电控制、电量计算以及实现与主机的通讯交互。

所述的采样模块12负责采集适配器电压Vin，电池包3的电压和电池温度，以及充放电电流并将该测量数据发送给中央处理单元11；

所述的功耗控制模块13接受中央处理单元11的指令对电池进行低功耗控制；

所述的放电及其控制模块14接受中央处理单元11的指令开启锂电池放电开关DS_SW，锂电池提供的电压经过主机工作电源4调节为不同的工作电压提供给主机板上各个负载；另外模块14同时提供LED状态指示等；

所述的中央处理单元11通过通讯模块15与主机板2上的系统管理芯片5实现通讯交互，接受主机控制，并且提供电池的信息给主机；

所述的中央处理单元11根据电池及负载的状态，控制充电控制模块16输出PWM信号，驱动外部BACK电路(开关管P1、电感L1及续流二极管D1等)实现对电池的充电控制；

所述的中央处理单元11与电量计算模块17共同完成电量计的功能；

所述的自校正模块18在装机过程中将与外部工装配合实现对采样模块12的各个测量参数的各种误差的采集和预处理，并且在装机后自动对采样模块12的输出结果进行校正和补偿。

下面结合图1及图2具体说明本实用新型的工作原理图：

1、本实用新型电量计1在充放电过程中，其中的中央处理单元11与电量计模块17将实时计量进入或流出的电量(即所谓库仑计数)，根据放电电流和环境温度，该中央处理单元11与电量计模块17对测量的电量进行补偿并换算为当前剩余容量、当前剩余时间等参数。

2、放电过程中，中央处理单元11将通过采样模块12监视电池状态(包括电压、电流及温度等)，正常情况下DS_ON将控制外部的放电开关DS_SW接通，电池包3为主机板工作电源4供电；一旦电池达到预设的告警条件(如低电量警告点)，本实用新型将及时给出低电量和低电压报警信号，通知主机待机或软关机。如果收到了主机发出的关机命令或电池状态已经达到预设的关机条件，则DS_ON将控制外部的放电开关DS_SW关闭，同时通过功耗控制模块13关闭其他主机工作电源4，确保电池不受伤害。另外一旦接入了适配器Vin电压高于预设值时，中央处理单元11亦将关闭电池包3的放电，转入充电状态。

3、当关机时，中央处理单元11将通过功耗控制模块13关断不必要的负载，进入低功耗的睡眠状态。

4、充电过程中，中央处理单元11将通过采样模块12监视电池包3的当前状态(包括电压、电流及温度等)，按照CC-CV方式对充电控制模块16的PWM输出对外部BACK电路(包含开关管P1、电感L1及续流二极管D1等)进行控制，直至电池达到停充条件。

5、中央处理单元11定时检查电池包3的取出与接入，如果确定接入了一个电池包，中央处理单元11先测量电池包3内ID电阻值(图中未给出)，并从EEPROM中查询预设的电池类型、初始容量等信息，并根据电池开路电压及当前温度等条件得到当前预测容量；

6、在一次完整的充放电(放空-＞充满或充满-＞放空)后，即可自动学习到电池真实的总容量和当前容量。

7、通过通讯模块15的I2C接口，本实用新型可以很好的模拟SMbus等智能电池接口规约，通过主机板2上的系统管理芯片5把相关参数上传到主机，并接受主机控制。

Claims (1)

1、一种与电池包分离且包含充放电管理功能的电量计，包括有中央处理单元及中央处理单元上连接的采样模块、功耗控制模块、放电及其控制模块、通讯模块、充电控制模块、电量计模块和自校正模块，通过中央处理单元来控制所述采样模块、功耗控制模块、放电及其控制模块、通讯模块、充电控制模块、电量计模块和自校正模块的工作，实现充放电控制、电量计算，以及实现与主机通讯交互的功能；

该采样模块负责采集适配器电压、电池电压、充放电电流和电池温度的数据，并将该测量结果发送给中央处理单元；

该功耗控制模块接受中央处理单元的指令对电池进行低功耗控制；

该放电及其控制模块接受中央处理单元的指令对放电进行控制；

该中央处理单元通过通讯模块与主机实现通讯交互；

该充电控制模块用于控制电池的充电；

该中央处理单元与电量计模块共同完成电量计算工作；

该自校正模块在装机过程中与外部工装配合，对采样模块的各个测量参数的各种误差进行采集和预处理，并且在装机后自动对输出结果进行校正和补偿。

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