CN202395113U - 一种智能电池单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能电池单元，主要应用于手持设备中。智能电池单元由电芯、充放电保护及控制电路、电池管理芯片及信息存储芯片等组成。其中，电池管理芯片与电芯连接，且与充放电保护及控制电路连接。并且所述智能电池单元还包括通信接口，该通信接口与电池管理芯片及信息存储芯片连接。本实用新型提供的智能电池单元不仅可以显示并实时监控电池的电量、电压、电流、温度等参数，而且可以通过通信接口写入电池随温度变化的充放电曲线，根据该曲线，使得估算出的电量信息更准确。另外，还可以通过通信接口将电池的生产厂商、生产编号等信息写入到信息存储芯片中，以便追溯。

Description

一种智能电池单元

技术领域

本实用新型涉及一种智能电池单元，适用于便携式电子产品中。

背景技术

随着便携式电子产品的不断增加，对电池的需求量也不断增加。市场上出现了不同特性不同用途的多种电池。

传统电池，电池剩余电量的计算一般是采用查表的算法，即在常温下测得一组电池电压与电池电量的对应关系表。实际计算电量时，先测试电池的电压，再根据电压与电量的关系表，查表并计算出电池的电量值。这种算法，因电池的电压与电量的关系随着温度的不同，关系表差别很大。可能导致计算出的电量值与实际电量值偏差很大，无法给使用电池的便携式产品提供准确的电量指示。

另外，传统电池对于电池本身的放电电流及充电电流，无法测量。没有这些数据，要想给设备提供剩余使用时间等参数比较困难。传统的电池，也没有信息存储体，如电池的电芯型号、生产日期、生产编号等信息无法存储，电池出现问题后的追溯比较困难。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种智能电池单元，结构简单，使用方便，具有电量、电流、电压、温度等信息检测功能，能自动调节放电曲线、提高有效容量，同时具有身份信息，便于被识别。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种智能电池单元，包括有：壳体、位于壳体内部的电芯以及位于壳体内部的控制电路板；其中，所述控制电路板包括有：

电池管理芯片电路，用以检测电池单元的电信号及温度参数，并通过内部的电池放电曲线模型来估算容量值；

充放电保护和控制电路，用以保护所述电池单元；

信息存储芯片电路，用以存储电池单元的信息；

充放电接口，用以提供电池单元的充放电接口；

以及通信接口，用以作为读取电池管理芯片电路的电信号及温度参数的检测值以及信息存储芯片电路中存储的信息的接口；

电池管理芯片电路与电芯电气连接，电池管理芯片电路的输出连接充放电保护和控制电路，电池管理芯片电路具有接口接到通信接口；充放电保护和控制电路的输出连接充放电接口；信息存储芯片电路直接连接到通信接口上。

所述电芯，外包有作为电芯负极的金属壳体，在电芯的一端装有作为电芯正极的电池盖。

所述电芯的正、负极连接到壳体内部的控制电路板上。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的一种智能电池单元，由于控制电路板包括有电池管理芯片电路、充放电保护和控制电路、信息存储芯片电路、充放电接口以及通信接口；所述充放电和控制电路，完成过压、过流、欠压等保护与控制，电池管理芯片负责电量、电压、电流、温度的采样检测，负责根据温度动态调节放电曲线；信息存储芯片用于存储如电芯型号、电芯化学特性、电池生产日期、电池编号、电池生产厂家等信息；充放电接口和使用的设备相连，提供充电和放电的接口；通信接口协议采用1-WIRE总线协议，1-WIRE总线协议硬件简单又保证了数据的可靠传输。该智能电池单元使用方便，具有电量、电流、电压、温度等信息检测功能，能自动调节放电曲线、提高有效容量，同时具有身份信息，便于被识别。能够给使用电池的便携式产品提供准确的电量指示，同时一旦电池出现问题后容易追溯。

附图说明

附图1为本实用新型一种智能电池单元的结构示意图。

附图2为本实用新型一种智能电池单元的电路框图。

附图3为本实用新型一种智能电池单元的实施例的电路示图。

附图标记说明：

1、壳体2、控制电路板3、电芯

201、电池管理芯片电路202、充放电保护和控制电路

203、信息存储芯片电路204、充放电接口205、通信接口

具体实施方式

请见图1至图2，本实用新型公开了一种智能电池单元，包括有：壳体、位于壳体内部的电芯以及位于壳体内部的控制电路板；其中，所述控制电路板包括有：

电池管理芯片电路201，用以检测电池单元的电信号及温度参数，并通过内部的电池放电曲线模型来估算容量值；

充放电保护和控制电路202，用以保护所述电池单元；

信息存储芯片电路203，用以存储电池单元的信息；

充放电接口204，用以提供电池单元的充放电接口；

以及通信接口205，用以作为读取电池管理芯片电路201的电信号及温度参数的检测值以及信息存储芯片电路203中存储的信息的接口；

电池管理芯片电路201与电芯3电气连接，电池管理芯片电路201的输出连接充放电保护和控制电路202，电池管理芯片电路201具有接口接到通信接口205；充放电保护和控制电路202的输出连接充放电接口204；信息存储芯片电路203直接连接到通信接口205上。

所述电芯，外包有作为电芯负极的金属壳体，在电芯的一端装有作为电芯正极的电池盖。

所述电芯的正、负极连接到壳体内部的控制电路板上。

所述控制电路板采用多层电路板。

所述通信接口协议采用任一时刻总线上只有一个控制信号或数据的1-WIRE总线协议。特殊的通讯协议保证了本实用新型电池通讯的高度保密性。总线数据的传输可以分为三个操作过程，初始化、传送控制命令和数据交换，控制命令由特定的代码组成。

本实用新型以聚合物锂离子电池为例对做进一步阐明。

如图1所示，一种智能电池单元包括壳体1、控制电路板2、电芯3。

如图2所示，一种智能电池单元的控制电路板包括充放电保护和控制电路202、电池管理芯片电路201、信息存储芯片电路203、充放电接口204和通信接口205。充放电保护和控制电路202起保护电池的作用，在电池过放、过充、欠压等情况下，切断电池的输出。电池管理芯片电路201主要功能是检测电池的电量、电压、电流、温度等参数，并通过内部的电池放电曲线模型来估算容量值。信息存储芯片电路203主要是存储电池的信息如电芯型号、电芯化学特性、电池生产日期、电池编号、电池生产厂家等。充放电接口204提供电池的充放电接口。通信接口205，可以通过它读取电池管理芯片电路201的检测值以及信息存储芯片电路203中存储的信息。电池管理芯片电路201先和电芯3连接，其输出接充放电保护和控制电路202，其接口接到通信接口205。充放电保护和控制电路202的输出接到充放电接口204。信息存储芯片电路203直接连接到通信接口205上。

如图3所示，为一种智能电池单元实施例的控制电路板原理图。

控制电路板的B+端和B-端连接到电芯3的正、负极；通信接口205由DATA和限流电阻R2组成；充放电接口由P+接口和P-接口组成；充放电保护和控制电路202包括有控制芯片U1电阻R1、电阻R5、电容C1、电容C2和金属氧化物半导体场效应管(MOSFET管)Q1，金属氧化物半导体场效应管Q1连接控制芯片U1的CO脚；电阻R1连接控制芯片U1的VDD脚，电阻R5连接控制芯片U1的VIM脚；电容C2连接在控制芯片U1的VDD脚和VSS脚之间，电容C1连接在P+接口和P-接口之间。

控制芯片U1型号为：R5402N149KD。

在正常状态下U1的“CO″与“DO″脚都输出高电压，Q1的两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电。充放电保护与控制芯片U1实时检测B+和B-间的电压值与流经的电流值。充电时，当U1检测到电池电压过高，U1的“CO″脚将由高电压转变为零电压，切断Q1，达到过压保护，等到电压回归到合理值时，重新恢复Q1的导通。放电时，当电压过低时，U1切断Q1，达到欠压保护，等到电压回归到合理值时，重新恢复Q1的导通。另外，放电电流过大甚至短路时，U1切断Q1，达到过流保护，等到电流恢复到合理值时，重新恢复Q1的导通。

电池管理芯片电路201和信息存储芯片电路203包括有电池管理芯片U2、检测电阻R6、稳压管S1、旁路电容C3、电容C4、电阻R3以及电阻R4，电池管理芯片U2的5脚为数据输入输出脚，串联一限流电阻R2，连接到通信接口DATA，同时连接稳压管S1接点；电池管理芯片U2的6脚OVD为通信接口的模式选择端口，电池管理芯片U2的7脚SNS为检测电阻连接端，电池管理芯片U2的2脚VSS为器件端；检测电阻R6接在电池管理芯片U2的7脚和2脚之间，电池管理芯片U2通过检测电阻R6实时检测电池的电路；电池管理芯片U2的4脚VDD为芯片电源引脚；电池管理芯片U2的3脚VIN为电压检测脚，用于实时检测电池电压；电池管理芯片U2的1脚，为内部电源，通过旁路电容C3接地。

电池管理芯片U2内置信息存储芯片。

电池管理芯片U2为一个温度传感器。

通信接口DATA采用1-Wire方式，电池出厂时，通过通信接口将放电曲线模型数据、电芯型号、电芯化学特性、电池生产日期、电池编号、电池生产厂家等信息写入到U2内置的存储芯片中。电池使用过程中，U2实时检测VDD的电压值，完成电池电压的测量；同时U2实时检测R6两端的电压值来确定电流的方向、电流的大小，完成电流的测量，U2自身还是一个温度传感器，能实时检测出自身的温度值，U2根据检测到的电流值、温度值，并通过内置写入的放电曲线模型数据估算电量值，完成电流、温度、电压的测量。通过1-Wire接口写入到U2中的电芯型号、电芯化学特性、电池生产日期、电池编号、电池生产厂家等信息，也可以通过1-Wire接口读出，用于电池信息的显示以及追溯问题时使用。

上述所列具体实现方式为非限制性的，对本领域的技术人员来说，在不偏离本实用新型范围内，进行的各种改进和变化，均属于本实用新型的保护范围。本实施例中所使用的电子元件为普通器件，均可在市场上采购到。

Claims (10)

1.一种智能电池单元，包括有：壳体、位于壳体内部的电芯以及位于壳体内部的控制电路板；其特征在于：所述控制电路板包括有：

电池管理芯片电路(201)，用以检测电池单元的电信号及温度参数，并通过内部的电池放电曲线模型来估算容量值；

充放电保护和控制电路(202)，用以保护所述电池单元；

信息存储芯片电路(203)，用以存储电池单元的信息；

充放电接口(204)，用以提供电池单元的充放电接口；

以及通信接口(205)，用以作为读取电池管理芯片电路(201)的电信号及温度参数的检测值以及信息存储芯片电路(203)中存储的信息的接口；

电池管理芯片电路(201)与电芯(3)电气连接，电池管理芯片电路(201)的输出连接充放电保护和控制电路(202)，电池管理芯片电路(201)具有接口接到通信接口(205)；充放电保护和控制电路(202)的输出连接充放电接口(204)；信息存储芯片电路(203)直接连接到通信接口(205)上。

2.如权利要求1所述的一种智能电池单元，其特征在于：所述电芯，外包有作为电芯负极的金属壳体，在电芯的一端装有作为电芯正极的电池盖。

3.如权利要求2所述的一种智能电池单元，其特征在于：所述电芯的正、负极连接到壳体内部的控制电路板上。

4.如权利要求3所述的一种智能电池单元，其特征在于：所述控制电路板采用多层电路板。

5.如权利要求1所述的一种智能电池单元，其特征在于：所述通信接口协议采用任一时刻总线上只有一个控制信号或数据的1-WIRE总线协议。

6.如权利要求1至5中任何一项所述的一种智能电池单元，其特征在于：所述控制电路板的B+端和B-端连接到电芯(3)的正、负极；通信接口(205)由DATA和限流电阻R2组成；充放电接口由P+接口和P-接口组成；充放电保护和控制电路(202)包括有控制芯片U1电阻R1、电阻R5、电容C1、电容C2和金属氧化物半导体场效应管Q1，金属氧化物半导体场效应管Q1连接控制芯片U1的CO脚；电阻R1连接控制芯片U1的VDD脚，电阻R5连接控制芯片U1的VIM脚；电容C2连接在控制芯片U1的VDD脚和VSS脚之间，电容C1连接在P+接口和P-接口之间。

7.如权利要求6所述的一种智能电池单元，其特征在于：所述控制芯片U1型号为：R5402N149KD。

8.如权利要求6所述的一种智能电池单元，其特征在于：所述电池管理芯片电路(201)和信息存储芯片电路(203)包括有电池管理芯片U2、检测电阻R6、稳压管S1、旁路电容C3、电容C4、电阻R3以及电阻R4，电池管理芯片U2的5脚为数据输入输出脚，串联一限流电阻R2，连接到通信接口DATA，同时连接稳压管S1接点；电池管理芯片U2的6脚OVD为通信接口的模式选择端口，电池管理芯片U2的7脚SNS为检测电阻连接端，电池管理芯片U2的2脚VSS为器件端；检测电阻R6接在电池管理芯片U2的7脚和2脚之间，电池管理芯片U2通过检测电阻R6实时检测电池的电路；电池管理芯片U2的4脚VDD为芯片电源引脚；电池管理芯片U2的3脚VIN为电压检测脚，用于实时检测电池电压；电池管理芯片U2的1脚，为内部电源，通过旁路电容C3接地。

9.如权利要求8所述的一种智能电池单元，其特征在于：所述电池管理芯片U2内置信息存储芯片。

10.如权利要求8所述的一种智能电池单元，其特征在于：所述电池管理芯片U2为一个温度传感器。

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