CN201489094U - 电池电量告警电路 - Google Patents

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吴元锋
郭强
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Abstract

本实用新型提供了一种电池电量告警电路，包括：电压采样模块，电压比较模块和告警模块，电压采样模块通过对电池电压进行分压，得到第一电压和第二电压，输出到电压比较模块；电压比较模块将所述第一电压和第二电压与参考电压进行比较，在所述第一电压、第二电压均大于参考电压时，输出第一电平至告警模块；在所述第一电压小于参考电压，第二电压大于参考电压时，输出第二电平至告警模块；在所述第一电压和第二电压均小于参考电压时，输出第三电平至告警模块；其中，第一电平、第二电平、第三电平分别为高电平、低电平、高阻中一种且互不相同；告警模块根据电压比较模块输出的不同电平，输出相应的告警信号。

Description

电池电量告警电路
技术领域
本实用新型涉及电子电路，尤其涉及一种可充电电池电量告警电路。
背景技术
当今科技日新月异，带有可充电电池电子设备越来越普及。可重复使用的充电电池具有显著的优势，一方面可以为设备提供断电情况下备用的工作电源，另一方面减少了一次性电池的使用，对环境保护有着积极意义。
实际生活中，铅酸，镍氢，镍镉，锂聚合物可充电电池应用特别广泛，但是电池始终有它的局限性，具有一定的充放电次数和使用寿命。为了充分利用电池，提高电池的使用效率，对可充电池做些适当的保护显得尤为重要。
目前对电池的保护主要集中在对电池充放电的控制，在充放电过程中监视电池电量。现有监视电池电量的方法基本都采用电量数字化采集和单片机处理的技术。该方法成本很高，技术难度较大，不利于市场普及。尤其在不同的使用场合，这种技术不能单独作为一个通用的器件灵活运用至各个领域。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种经济实用，使用简单，指示明了的电池电量告警电路。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种电池电量告警电路，包括：电压采样模块，电压比较模块和告警模块，其中：
所述电压采样模块，通过对电池电压进行分压，得到第一电压和第二电压，输出到电压比较模块；
所述电压比较模块，接收第一电压和第二电压，将所述第一电压和第二电压与参考电压进行比较，在所述第一电压、第二电压均大于参考电压时，输出第一电平至告警模块；在所述第一电压小于参考电压，第二电压大于参考电压时，输出第二电平至告警模块；在所述第一电压和第二电压均小于参考电压时，输出第三电平至告警模块；其中，第一电平、第二电平、第三电平分别为高电平、低电平、高阻中一种且互不相同；
所述告警模块，根据电压比较模块输出的不同电平，输出相应的告警信号。
进一步地，上述电池电量告警电路还可具有以下特点，所述告警模块在所述电压比较模块输出高电平时，输出低电平；在所述电压比较模块输出高阻时，输出脉冲信号；在所述电压比较模块输出低电平时，输出高电平。
进一步地，上述电池电量告警电路还可具有以下特点，所述电压比较模块输出的第一电平为高电平，第二电平为高阻，第三电平为低电平；或者，所述电压比较模块输出的第一电平为低电平，第二电平为高阻，第三电平为高电平。
进一步地，上述电池电量告警电路还可具有以下特点，所述电压采样模块包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)；所述电压比较模块包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一N沟道MOS管(Q1)、第二N沟道MOS管(Q2)和第一集成控制芯片(D1)；所述告警模块包括第二集成控制芯片(D2)，第七电阻(R7)，第八电阻(R8)和第一电容(C1)，其中：
所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联，其第一分压点(VIN1)连接到第一集成控制芯片(D1)的3号端口，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串联，其第二分压点(VIN2)连接到第一集成控制芯片(D1)的2号端口；第一电阻(R1)和第三电阻(R3)的另一端连接可充电电池(V1)的正端(BAT)，第二电阻(R2)和第四电阻(R4)的另一端连接可充电电池的地(GND)；
第五电阻(R5)和第六电阻(R6)分别连接第一集成控制芯片(D1)的5号端口和6号端口，第一集成芯片(D1)的6号端口连接N沟道MOS管(Q1)的栅极，第一集成芯片(D1)的5号端口连接N沟道MOS管(Q2)的栅极，第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和N沟道MOS管(Q1)的漏极与第一集成芯片(D1)的8号端口相连接，第一集成芯片(D1)的8号端口为高电平(VCC)，N沟道MOS管(Q1)的源极与N沟道MOS管(Q2)的漏极相连，N沟道MOS管(Q2)的源极接地(GND)，第一集成控制芯片(D1)的1号端口、4号端口和7号端口接地(GND)；
第七电阻(R7)、第八电阻(R8)和第一电容(C1)相串联，第七电阻(R7)和第八电阻(R8)的串联点(VIN6)与第二集成控制芯片(D2)的7号端口连接，第八电阻(R8)与第一电容(C1)的第七连接点(VIN7)与第二集成控制芯片(D2)的6号端口相连，第二集成控制芯片(D2)的2号端口与第七连接点(VIN7)、及N沟道MOS管(Q1)的源极与N沟道MOS管(Q2)的漏极的第五连接点(VIN5)相连，第二集成控制芯片(D2)的4号端口和8号端口与高电平(VCC)连接，第七电阻(R7)的另一端与高电平(VCC)连接，第一电容(C1)的另一端与地(GND)连接，D2的3号端口输出告警信号。
进一步地，上述电池电量告警电路还可具有以下特点，所述电压采样模块包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)；所述电压比较模块包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一N沟道MOS管(Q1)、第二N沟道MOS管(Q2)和第一集成控制芯片(D1)；所述告警模块包括第二集成控制芯片(D2)，第七电阻(R7)，第八电阻(R8)和第一电容(C1)，其中：
所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联，其第一分压点(VIN1)连接到第一集成控制芯片(D1)的3号端口，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串联，其第二分压点(VIN2)连接到第一集成控制芯片(D1)的2号端口；第一电阻(R1)和第三电阻(R3)的另一端连接可充电电池(V1)的正端(BAT)，第二电阻(R2)和第四电阻(R4)的另一端连接可充电电池的地(GND)；
第五电阻(R5)和第六电阻(R6)分别连接第一集成控制芯片(D1)的6号端口和5号端口，第一集成芯片(D1)的6号端口连接N沟道MOS管(Q2)的栅极，第一集成芯片(D1)的5号端口连接N沟道MOS管(Q1)的栅极，第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和N沟道MOS管(Q1)的漏极与第一集成芯片(D1)的8号端口相连接，第一集成芯片(D1)的8号端口为高电平(VCC)，N沟道MOS管(Q1)的源极与N沟道MOS管(Q2)的漏极相连，N沟道MOS管(Q2)的源极接地(GND)，第一集成控制芯片(D1)的1号端口、4号端口和7号端口接地(GND)；
第七电阻(R7)、第八电阻(R8)和第一电容(C1)相串联，第七电阻(R7)和第八电阻(R8)的串联点(VIN6)与第二集成控制芯片(D2)的7号端口连接，第八电阻(R8)与第一电容(C1)的第七连接点(VIN7)与第二集成控制芯片(D2)的6号端口相连，第二集成控制芯片(D2)的2号端口与第七连接点(VIN7)、及N沟道MOS管(Q1)的源极与N沟道MOS管(Q2)的漏极的第五连接点(VIN5)相连，第二集成控制芯片(D2)的4号端口和8号端口与高电平(VCC)连接，第七电阻(R7)的另一端与高电平(VCC)连接，第一电容(C1)的另一端与地(GND)连接，D2的3号端口输出告警信号。
进一步地，上述电池电量告警电路还可具有以下特点，所述第一电阻(R1)和/或第二电阻(R2)和/或第三电阻(R3)和/或第四电阻(R4)为可调电阻。
本实用新型所述电路与现有技术相比，其实现方式简单，成本低，可靠性高，可以对多节串并联的组合电池进行告警控制，而且输出高低电平加脉冲告警，可以对电池的电量进行分段监控。本实用新型根据不同的组合电池的放电曲线，只要调节一下分压电阻，就能采样到电池的电量并进行告警，因此能够适应不同的应用环境，可以作为通用电路使用。
附图说明
图1是现有技术采用的电路原理框图；
图2是镍氢电池在0.25C的速率下放电曲线图；
图3是镍氢电池分别在0.25C和0.5C的速率下放电曲线图；
图4是本实用新型所采用的电池电量告警电路原理框图；
图5是本实用新型电池电量告警电路一具体实例原理图；
图6是图5中集成芯片D1框图。
具体实施方式
通过实验测试发现电池电量和其电压的关系存在一定的规律性和一致性。以镍氢电池为例，图2、图3分别是实验室测试的镍氢电池在0.25C和0.5C的速率下放电曲线图。由图2、3中发现，电池电压和其电量变化(电量和放电时间是线性的)基本是接近线性的，因此可以通过电压检测电池电量。同时根据图示，可以了解到电池电量对应的基准电压，通过对曲线电量电压的精准对应，可以将总体误差控制在允许的范围之内，而不会影响检测结果对使用的实际指导意义。
如图4所示，本实用新型电池电量告警电路包括：电压检测模块和告警模块，所述电压检测模块进一步包括电压采样模块和电压比较模块，其中：
所述电压采样模块，通过对电池电压进行分压，得到第一电压和第二电压，输出到电压比较模块，第一电压、第二电压根据参考电压和电池放电曲线决定；
所述电压比较模块，接收第一电压和第二电压，将所述第一电压和第二电压与一参考电压进行比较，在所述第一电压、第二电压均大于参考电压时，输出第一电平至告警模块；在所述第一电压小于参考电压，第二电压大于参考电压时，输出第二电平至告警模块；在所述第一电压和第二电压均小于参考电压时，输出第三电平至告警模块；其中，第一电平、第二电平，第三电平分别为高电平、低电平、高阻中任一种，且互不相同；比如，第一电平为高电平，第二电平为高阻，第三电平为低电平；或者，第一电平为低电平，第二电平为高阻，第三电平为高电平。
所述告警模块，根据电压比较模块输出的不同电平，输出相应的告警信号，在所述电压比较模块输出高电平时，所述告警模块输出低电平；在所述电压比较模块输出高阻时，所述告警模块输出脉冲信号；在所述电压比较模块输出低电平时，所述告警模块输出高电平。
图5所示为本实用新型电池电量告警电路一应用示例，图中V1是可充电的组合电池，即待检测电池，电池电量告警电路具体包括电压检测电路和告警电路，其中：
电压检测电路包括电压采样模块和电压比较模块，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4构成电压采样模块、第五电阻R5、第六电阻R6、第一N沟道MOS管Q1、第二N沟道MOS管Q2、以及第一集成控制芯片D1构成电压比较模块，其中：
第一电阻R1和第二电阻R2串联，其分压点VIN1连接到D1的3号端口，第三电阻R3和第四电阻R4串联，其分压点VIN2连接到D1的2号端口，第一电阻R1和第三电阻R3的另一端连接可充电电池V1的正端BAT，第二电阻R2和第四电阻R4的另一端连接可充电电池的地(GND)；
第五电阻R5和第六电阻R6分别连接D1的5号端口和6号端口，同时D1的6号端口接N沟道MOS管Q1的栅极(G极)，D1的5号端口接N沟道MOS管Q2的G极，第五电阻R5、第六电阻R6和N沟道MOS管Q1的漏极(D端)与D1的8号端口相连接，D1的8号端口为高电平(VCC)，N沟道MOS管Q1的源极(S端)与N沟道MOS管Q2的漏极(D端)相连，Q2的源极接地(GND)，D1的1号端口、4号端口和7号端口接GND；
D1用于电压比较，在VIN1＞VREF&&VIN2＞VREF时，D1的5号端口输出低电平，D1的6号端口输出高电平；在VIN1＜VREF&&VIN2＞VREF时，D1的5号端口输出低电平，D1的6号端口输出低电平；在VIN1＜VREF&&VIN2＜VREF时，D1的5号端口输出高电平，D1的6号端口输出低电平。D1的一具体组成见图6。
告警电路，由第二集成控制芯片D2(比如NEC555模块)，第七电阻R7，第八电阻R8，以及第一电容C1组成。其中第七电阻R7、第八电阻R8和第一电容C1相串联，第七电阻R7和第八电阻R8的串联点VIN6与D2的7号端口连接，第八电阻R8和第一电容C1的连接点VIN7与D2的6号端口相连，D2的2号端口与VIN7、及N沟道MOS管Q1的源极与N沟道MOS管Q2的漏极的连接点VIN5相连，D2的4号端口和8号端口与高电平(VCC)连接，第七电阻R7的另一端与VCC连接，第一电容C1的另一端与GND连接。
D2的3号端口为输出端口，在VIN5为高电平时，D2输出低电平；在VIN5为高阻时，D2输出脉冲信号，在VIN5为低电平时，D2输出高电平。
在本实用新型另一实施例中，对图5所示电路进行变换，第五电阻R5和第六电阻R6分别连接D1的6号端口和5号端口，同时D1的6号端口接N沟道MOS管Q2的G极，D1的5号端口接N沟道MOS管Q1的G极，其余和图5所述电路一致。
本实用新型中，R1和/或R2和/或R3和/或R4为可调电阻。
设计过程中可充电电池电压VBAT分别通过R1，R2和R3，R4分压，将电压VIN1，VIN2分别输入D1的3号端口和2号端口，根据下列逻辑真值表可以得到各种情况下的VIN3，VIN4，VIN5的状态。
根据VBAT放电曲线可以制定出相应的逻辑真值表：
Figure G2009201679387D00071
其中，VREF是D1芯片内部集成运放的参考电压，其中高电平接近VCC，用VCC表示，低电平接近GND，用GND来表示。
当VIN1＞VREF&&VIN2＞VREF，VIN3就呈现高电平VCC，VIN4呈现低电平GND，并且分别作用于N沟道MOS管Q1的G极和N沟道MOS管Q2的G极，此时N沟道MOS管Q1的漏极D和源极S导通，N沟道MOS管Q2的漏极D和源极S高阻，VCC通过MOS管直接将VIN5拉高，也就直接作用于D2的2号端口和6号端口，此时D2的3号端口直接输出低电平GND。此时代表电池电量处于较高值，比如高于a％，具体a值由电池特性及所选择的分压电阻R1，R2，R3，R4的值决定。
当VIN1＜VREF&&VIN2＞VREF，VIN3就呈现低电平GND，VIN4呈现低电平GND，并且分别作用于N沟道MOS管Q1的G极和N沟道MOS管Q2的G极，此时N沟道MOS管Q1的漏极D和源极S截止，N沟道MOS管Q2的漏极D和源极S截止，此时D2和第七电阻，第八电阻，第一电容组成一个脉冲发生器，D2的三号脚输出脉冲信号，脉冲的频率，脉冲宽度都是可以通过第七电阻，第八电阻，第一电容来调节的。此时代表电池电量处于较高值和较低值之间，比如处于[a％，b％]之间，具体a、b值由电池特性及所选择的分压电阻R1，R2，R3，R4的值决定。
当VIN1＜VREF&&VIN2＜VREF，VIN3就呈现低电平GND，VIN4呈现高电平VCC，并且分别作用于N沟道MOS管Q1的G极和N沟道MOS管Q2的G极，此时N沟道MOS管Q1的漏极D和源极S截止，N沟道MOS管Q2的漏极D和源极S导通，GND通过MOS管直接将VIN5拉低，也就直接作用于D2的2号端口和6号端口，此时D2的3号端口直接输出高电平VCC。此时代表电池电量处于较低值，比如低于b％。

Claims (6)

1.一种电池电量告警电路，其特征在于，包括：电压采样模块，电压比较模块和告警模块，其中：
所述电压采样模块，通过对电池电压进行分压，得到第一电压和第二电压，输出到电压比较模块；
所述电压比较模块，接收第一电压和第二电压，将所述第一电压和第二电压与参考电压进行比较，在所述第一电压、第二电压均大于参考电压时，输出第一电平至告警模块；在所述第一电压小于参考电压，第二电压大于参考电压时，输出第二电平至告警模块；在所述第一电压和第二电压均小于参考电压时，输出第三电平至告警模块；其中，第一电平、第二电平、第三电平分别为高电平、低电平、高阻中一种且互不相同；
所述告警模块，根据电压比较模块输出的不同电平，输出相应的告警信号。
2.如权利要求1所述的电池电量告警电路，其特征在于，所述告警模块在所述电压比较模块输出高电平时，输出低电平；在所述电压比较模块输出高阻时，输出脉冲信号；在所述电压比较模块输出低电平时，输出高电平。
3.如权利要求1或2所述的电池电量告警电路，其特征在于，所述电压比较模块输出的第一电平为高电平，第二电平为高阻，第三电平为低电平；或者，所述电压比较模块输出的第一电平为低电平，第二电平为高阻，第三电平为高电平。
4.如权利要求1或2所述的电池电量告警电路，其特征在于，所述电压采样模块包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)；所述电压比较模块包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一N沟道MOS管(Q1)、第二N沟道MOS管(Q2)和第一集成控制芯片(D1)；所述告警模块包括第二集成控制芯片(D2)，第七电阻(R7)，第八电阻(R8)和第一电容(C1)，其中：
所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联，其第一分压点(VIN1)连接到第一集成控制芯片(D1)的3号端口，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串联，其第二分压点(VIN2)连接到第一集成控制芯片(D1)的2号端口；第一电阻(R1)和第三电阻(R3)的另一端连接可充电电池(V1)的正端(BAT)，第二电阻(R2)和第四电阻(R4)的另一端连接可充电电池的地(GND)；
第五电阻(R5)和第六电阻(R6)分别连接第一集成控制芯片(D1)的5号端口和6号端口，第一集成芯片(D1)的6号端口连接N沟道MOS管(Q1)的栅极，第一集成芯片(D1)的5号端口连接N沟道MOS管(Q2)的栅极，第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和N沟道MOS管(Q1)的漏极与第一集成芯片(D1)的8号端口相连接，第一集成芯片(D1)的8号端口为高电平(VCC)，N沟道MOS管(Q1)的源极与N沟道MOS管(Q2)的漏极相连，N沟道MOS管(Q2)的源极接地(GND)，第一集成控制芯片(D1)的1号端口、4号端口和7号端口接地(GND)；
第七电阻(R7)、第八电阻(R8)和第一电容(C1)相串联，第七电阻(R7)和第八电阻(R8)的串联点(VIN6)与第二集成控制芯片(D2)的7号端口连接，第八电阻(R8)与第一电容(C1)的第七连接点(VIN7)与第二集成控制芯片(D2)的6号端口相连，第二集成控制芯片(D2)的2号端口与第七连接点(VIN7)、及N沟道MOS管(Q1)的源极与N沟道MOS管(Q2)的漏极的第五连接点(VIN5)相连，第二集成控制芯片(D2)的4号端口和8号端口与高电平(VCC)连接，第七电阻(R7)的另一端与高电平(VCC)连接，第一电容(C1)的另一端与地(GND)连接，D2的3号端口输出告警信号。
5.如权利要求1或2所述的电池电量告警电路，其特征在于，所述电压采样模块包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)；所述电压比较模块包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一N沟道MOS管(Q1)、第二N沟道MOS管(Q2)和第一集成控制芯片(D1)；所述告警模块包括第二集成控制芯片(D2)，第七电阻(R7)，第八电阻(R8)和第一电容(C1)，其中：
所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联，其第一分压点(VIN1)连接到第一集成控制芯片(D1)的3号端口，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串联，其第二分压点(VIN2)连接到第一集成控制芯片(D1)的2号端口；第一电阻(R1)和第三电阻(R3)的另一端连接可充电电池(V1)的正端(BAT)，第二电阻(R2)和第四电阻(R4)的另一端连接可充电电池的地(GND)；
第五电阻(R5)和第六电阻(R6)分别连接第一集成控制芯片(D1)的6号端口和5号端口，第一集成芯片(D1)的6号端口连接N沟道MOS管(Q2)的栅极，第一集成芯片(D1)的5号端口连接N沟道MOS管(Q1)的栅极，第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和N沟道MOS管(Q1)的漏极与第一集成芯片(D1)的8号端口相连接，第一集成芯片(D1)的8号端口为高电平(VCC)，N沟道MOS管(Q1)的源极与N沟道MOS管(Q2)的漏极相连，N沟道MOS管(Q2)的源极接地(GND)，第一集成控制芯片(D1)的1号端口、4号端口和7号端口接地(GND)；
第七电阻(R7)、第八电阻(R8)和第一电容(C1)相串联，第七电阻(R7)和第八电阻(R8)的串联点(VIN6)与第二集成控制芯片(D2)的7号端口连接，第八电阻(R8)与第一电容(C1)的第七连接点(VIN7)与第二集成控制芯片(D2)的6号端口相连，第二集成控制芯片(D2)的2号端口与第七连接点(VIN7)、及N沟道MOS管(Q1)的源极与N沟道MOS管(Q2)的漏极的第五连接点(VIN5)相连，第二集成控制芯片(D2)的4号端口和8号端口与高电平(VCC)连接，第七电阻(R7)的另一端与高电平(VCC)连接，第一电容(C1)的另一端与地(GND)连接，D2的3号端口输出告警信号。
6.如权利要求4或5所述的电池电量告警电路，其特征在于，所述第一电阻(R1)和/或第二电阻(R2)和/或第三电阻(R3)和/或第四电阻(R4)为可调电阻。
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