CN205787040U

CN205787040U - 电池电量指示装置

Info

Publication number: CN205787040U
Application number: CN201620484077.5U
Authority: CN
Inventors: 王俊吉
Original assignee: Jiuzhou College Of Vocation & Technology
Current assignee: Jiuzhou College Of Vocation & Technology
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2026-05-26

Abstract

本实用新型提供一种电池电量指示装置，其包括：取样电路，用于对电池的电压进行取样，输出取样电压；电压至电流转换电路，用于接收所述取样电压和基准电压，将能够体现取样电压与基准电压之间的电压差的电压转换成电流并输出；电流至频率变换电路包括：定时器，用于产生时钟信号，其中，所述电流对所述定时器的定时电容进行充电，以控制时钟信号的频率，所述电流的大小不同使得时钟信号的频率不同；驱动电路，用于接收时钟信号，并根据所述时钟信号控制灯的点亮和关闭。本实施新型提供的上述电池电量指示装置，能够使用灯的闪烁频率来指示蓄电池的剩余电量，这样就不需要很多个LED或液晶屏，因此可以满足小型化，微型化的要求。

Description

电池电量指示装置

技术领域

本实用新型涉及蓄电池的电量显示，尤其是一种以灯的闪烁频率指示蓄电池剩余电量的电路。

背景技术

目前，电动自行车上采用的电量显示方式主要有两种：一种是利用数个LED(一般为4个)灯，通过LED点亮的数量来指示电池的电量；另一种是采用液晶显示屏显示。前一种方式成本低，但多个LED长时间点亮，自身功耗大；后一种虽然功耗低，但成本高；并且这两种显示方式因自身特点--数个LED或液晶屏，无法近一步小型化、微型化。

实用新型内容

本实用新型提供一种电池电量指示装置，能够指示蓄电池剩余电量。

本实用新型提供的电池电量指示装置包括：

取样电路，用于对电池的电压进行取样，输出取样电压；

电压至电流转换电路，用于接收所述取样电压和基准电压，将能够体现所述取样电压与所述基准电压之间的电压差的电压转换成电流并输出；

电流至频率变换电路包括：定时器，所述定时器用于产生时钟信号，其中，所述电流对所述定时器的定时电容进行充电，以控制所述时钟信号的频率，所述电流的大小不同使得所述时钟信号的频率不同；

驱动电路，用于接收所述时钟信号，并根据所述时钟信号控制灯的点亮和关闭。

上述电池电量指示装置通过将能够体现出蓄电池当前电量的取样电压与基准电压之间的电压差的电压转换成电流，利用所述电流控制时钟信号的频率，进而控制灯的点亮和关闭的快慢，使得灯的闪烁频率能够指示蓄电池的剩余电量，这样就不需要很多个LED或液晶屏，因此可以满足小型化，微型化的要求。

附图说明

图1为本实用新型的一实施例提供的电池电量指示装置结构图；

图2为本实用新型的另一实施例提供的电池电量指示装置结构图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的一实施例提供一种电池电量指示装置，该电池电量指示装置包括：

降压稳压电路101，用于与电池耦接，输出稳定的电源电压，所述电源电压为所述取样电路，电压至电流转换电路，电流至频率变换电路和驱动电路供电；

取样电路102，用于对电池的电压进行取样，输出取样电压；

基准电压提供电路103，用于提供基准电压；

电压至电流转换电路104，用于接收所述取样电压和基准电压，将能够体现出所述取样电压与所述基准电压之间的电压差的电压转换成电流并输出；

电流至频率变换电路105包括：定时器，所述定时器用于产生时钟信号，其中，所述电流对所述定时器的定时电容进行充电，以控制所述时钟信号的频率，所述电流的大小不同使得所述时钟信号的频率不同；其中所述定时器可以为555定时器；

驱动电路106，用于接收所述时钟信号，并根据所述时钟信号控制灯的点亮和关闭。

可选的，该实施例中也可以不包括基准电压提供电路103，电压至电流转换电路104从电池电量指示装置的外部接收基准电压。

本实施例的电池电量指示装置通过将能够体现出蓄电池当前电量的取样电压与基准电压之间的电压差的电压转换成电流，利用所述电流控制时钟信号的频率，进而控制LED灯的点亮和关闭的快慢，使得灯的闪烁频率能够指示蓄电池的剩余电量，这样就不需要很多个LED或液晶屏，因此可以满足小型化，微型化的要求。

参阅图2，如下将对图1所示实施例的各电路进行详细描述。

降压稳压电路101包括：分压电阻R13，与所述分压电阻R13的第一端串联的稳压二极管D2，与所述稳压二极管D2并联的滤波电容C3；其中，所述分压电阻R13的第二端与蓄电池BAT1的正极耦接，蓄电池BAT1的负极与地GND耦接；所述分压电阻R13的第一端输出电源电压Ucc；所述电源电压为取样电路102，电压至电流转换电路104，电流至频率变换电路105和驱动电路106(比如LED驱动电路)供电，其中分压电阻R13可以为1k，C3可以为100uF。

取样电路102可以为分压电路，分压电路至少包括串联的两个电阻，两个电阻之间的端点为分压电路的输出端，该分压电路的输出端输出的电压为所述取样电压。其中，该分压电路可以为多级输入的分压电路，该多级输入的分压电路包括串联的多个电阻，所述串联的多个电阻使得针对不同的蓄电池标准电压具有不同的分压比，并能提供与相应分压比所对应的取样电压。如图2所示，该串联的多个电阻可以包括：串联的第六电阻R6，第七电阻R7和第十五电阻R15，第十六电阻R16，第十七电阻R17；其中，第六电阻R6的与第七电阻R7耦接的一端用于输出取样电压，第六电阻R6的另一端与地电压耦接；第七电阻R7的第一端与第六电阻R6耦接，第七电阻R7的第二端耦接第十五电阻R15的第一端和第一蓄电池的正极(其中，第一蓄电池的标准电压可以为24V)；第十五电阻R15的第一端与第七电阻R7耦接，第十五电阻R15的第二端耦接第二蓄电池的正极(其中，第二蓄电池的标准电压可以为36V)和第十六电阻R16的第一端；第十六电阻R16的第一端与第十五电阻R15耦接，第十六电阻R16的第二端耦接第三蓄电池的正极(其中，第三蓄电池的标准电压可以为48V)和第十七电阻R17的第一端；第十七电阻R17的第一端与第十六电阻R16耦接，第十七电阻R17的第二端耦接第四蓄电池的正极(其中，第四蓄电池的标准电压可以为60V)；电阻R17、R16、R15、R7、R6串联构成形不同的分压比(1∶3、1∶5、1∶7∶、1∶9)，以适应不同标准电压等级(例如，24V、36V、48V、60V)的蓄电池，其中，如图2所示，R17、R16、R15、R7、R6可分别取值为20k，20k，20k，30k，10k。

基准电压提供电路103，包括电阻R14和稳压二极管D3，其中电阻R14串联稳压二极管D3后，并联于稳压二极管D2两端，为电路提供5.6V的基准电压，其中，电阻R14可以为5k。

电压至电流转换电路104包括：差分放大器，第一晶体管，第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻和第八电阻；后续差分放大器，第一晶体管，第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻和第八电阻将以图2中的U1，Q1，R1，R2，R3，R4，R5，R8标号所示的元件为例进行描述。其中，第一晶体管Q1包括：第一端，与电源电压Ucc耦接的第二端，和与第一电阻R1的第一端耦接的第三端；第四电阻R4的第一端接收取样电压，第四电阻R4的第二端与差分放大器的正相输入端耦接；第三电阻R3的第一端接收基准电压，第三电阻的第二端与差分放大器U1的反相输入端耦接；第二电阻R2的第一端与差分放大器U1的正相输入端耦接，第二电阻R2的第二端与第一电阻R1的第一端耦接；第五电阻R5的第一端与差分放大器U1的反相输入端耦接，第五电阻R5的第二端与第一电阻R1的第二端耦接。第八电阻R8耦接在所述差分放大器U1的所述输出端和所述第一晶体管Q1的所述第一端之间。其中，R2，R5，R3，R4的阻值可以为100k。Q1可以为NPN型MOS管。其中，当R2∶R4＝R5∶R3＝1时，电阻R4、R3、R2、R5、R8、NPN三极管Q1耦接构成1∶1差分电路，R1两端的电压差等于取样电压与基准电压之间的电压差。该电压差通过R1转换为电流输出，其中，R2，R3，R4和R5可以为100k，R8和R1可以为2k。其中，差分放大器可以为LM358中的第一个放大器A，则反相输入端为其引脚2，正相输入端为其引脚3，引脚4和引脚8分别接地和电源电压。可选的，当R2∶R4＝R5∶R3＝2时，R1两端的电压差等于取样电压与基准电压之间的电压差的2倍。

电流至频率变换电路105包括定时器，用于产生所述时钟信号，其中电压至电流转换电路104输出的电流对所述定时器的定时电容进行充电，以控制定时器所产生的时钟信号的频率；其中，电流的大小不同使得所述时钟信号的频率不同。其中，该定时器可以是555定时器。

如图2所示，集成电路555定时器U2的电源引脚(VCC)8和复位引脚(R)4与稳压二极管D2的输出耦接，555定时器U2的接地引脚(GND)1接地，控制电压引脚(CV)5与电容C2耦接，该电容C2耦接在控制电压引脚5与地GND之间；阈值引脚(TH)6与接地引脚(GND)1之间串接定时电容C1；阈值引脚(TH)6与放电引脚(DC)7之间耦接放电电阻R9；输出引脚(Q)3输出频率可变方波至驱动电路106(比如LED驱动电路)。电压至电流转换电路104输出的电流经过开关晶体管Q2接至触发引脚(TR)2、阈值引脚(TH)6处对定时电容C1进行可控充电。555定时器的输出引脚3经过电阻R10与开关晶体管Q2的栅极G耦接，控制其在放电引脚7放电时关闭Q2，停止对定时电容C1充电；其中，当阈值引脚6的电压大于2Ucc/3时，放电引脚7放电，定时电容C1的电量经过电阻R9、555定时器内部的放电三极管、接地引脚2放出，且同时输出引脚3开始输出低电平，控制断开开关晶体管Q2，电压至电流转换电路104输出的电流不再对定时电容C1充电。在定时电容C1放电至使阈值引脚6的电压小于1Ucc/3时，555定时器内部的放电三极管截止，放电引脚7停止放电，且同时输出引脚3开始输出高电平，控制导通开关晶体管Q2，电压至电流转换电路104输出的电流对定时电容C1充电；充电电流的大小，可以控制充电速度，进而控制输出方波的频率，达到电流至频率的变换。输出方波周期内低电平的时长由C1与R9的乘积决定，高电平的时长由C1与电压至电流转换电路输出的电流(充电电流)的大小决定。该实施例中，R9可以为3.6k，C1可以为20uF，C2可以为1nF。

在另一种实施方式中，也可以没有开关晶体管Q2和电阻R10，也就是说，没有反馈回路来控制开关晶体管Q2的导通与断开，电压至电流转换电路104输出的电流一直对定时电容C1充电，当阈值引脚6的电压达到2Ucc/3时，放电引脚7放电，定时电容C1的电量通过电阻R9、内部放电三极管、接地引脚2放出。

驱动电路106，例如可以为LED驱动电路。其中，开关晶体管Q3(例如P-MOSFET)的栅极G通过电阻R11与555定时器输出引脚3耦接，开关晶体管Q3的源极S接电源电压，开关晶体管Q3的漏极D与电阻R12和发光二极管LED串联，LED的一端接地。定时器的输出引脚3输出低电平时，点亮LED，输出高电平时，关闭LED，其中，R11可以为100k，R12可以为5k。

具体操作过程如下：

蓄电池电压经取样电路102后的取样电压为U_bat/x，其与6V蓄电池的放电截止电压5.6V比较，两者之间的电压差为(U_bat/x)-5.6V。其中，U_bat表示蓄电池电压，即蓄电池的当前电压，x是根据分压比得到的；具体的，在该实施例中，蓄电池的标准电压经取样电路102需要降压至6V的水平，蓄电池的标准电压分别为24V、36V、48V、60V时，电阻R17、R16、R15、R7、R6串联构成形不同的分压比，即R6/R7＝1∶3，R6/(R7+R15)＝1∶5，R6/(R7+R15+R16)＝1∶7，R6/(R7+R15+R16+R17)＝1∶9，相应的x取值4(即1+3＝4)、6(即1+5＝6)、8(即1+7＝8)、10(即1+9＝10)，其中，如图2所示，R17、R16、R15、R7、R6可分别取值为20k，20k，20k，30k，10k。

两者电压之差反压出蓄电池剩余电量的多少，这个电压差经电压电流变换电路104变换成恒定电流：

其中，公式(1)中的R1表示第一电阻R1的电阻值。然后电流I_in被输出至电流频率变换电路105中的555定时器电路中的定时电容C1，对定时电容C1进行充电，由Ucc/3充电至2Ucc/3，充电时间为：

其中，该公式(2)中的C1表示定时电容C1的电容值，因此，蓄电池的剩余电量越大，电压差为(U_bat/x)-5.6V越大，充电时间越短；555定时器的放电路径为经R9、放电引脚7的内部三极管，所以放电时间固定为：

t_放＝ln2*R9*C1 公式(3)；

整个电路的输出频率为f_out＝1/(t_充+t_放)，可以看出，蓄电池的剩余电量越大，定时电容的充电时间越短，电路的输出频率越大，则LED闪烁频率越高，LED灯闪烁间隔越短；蓄电池的剩余电量越小，定时电容的充电时间越长，电路的输出频率越大，则LED闪烁频率越低，LED灯闪烁间隔越长；实现了LED灯闪烁间隔反比于蓄电池的剩余电量。计算得出，当蓄电池电量低于0％时即取样电压低于5.6V时，LED停止闪烁；当蓄电池量100％时即取样电压高于7V时，LED闪烁频率为5.188Hz；蓄电池的电量0～100％对就LED的闪烁范围为0～5.188Hz。

以上对本实用新型所提供的电池电量指示装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均可能会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种电池电量指示装置，其特征在于，包括：

取样电路，用于对电池的电压进行取样，输出取样电压；

2.根据权利要求1所述的电池电量指示装置，其特征在于，

所述定时器是555定时器。

3.根据权利要求1或者2所述的电池电量指示装置，其特征在于，

所述定时器包括：放电引脚，阈值引脚和接地引脚，所述放电引脚和阈值引脚之间耦接放电电阻，所述阈值引脚耦接所述定时电容的第一端，所述定时电容的第二端与所述定时器的接地引脚耦接。

4.根据权利要求3所述的电池电量指示装置，其特征在于，

所述电压至电流转换电路的输出端通过第一开关与所述定时电容耦接；

所述定时器的输出引脚输出所述时钟信号，所述定时器的输出引脚与第一开关的控制端耦接，用于控制所述第一开关的导通和断开；当所述第一开关导通时，所述电压至电流转换电路的输出端输出的所述电流对所述定时电容进行充电。

5.根据权利要求4所述的电池电量指示装置，其特征在于，其中，输出的时钟信号的周期内低电平的时长由所述定时电容的电容值与所述放电电阻的电阻值的乘积决定，高电平的时长由所述定时电容的电容值与所述电压至电流转换电路输出的电流的大小决定。

6.根据权利要求4所述的电池电量指示装置，其特征在于，所述定时器为555定时器；

当所述阈值引脚的电压大于2Ucc/3时，所述定时电容放电，且同时所述555定时器的输出引脚输出低电平，以控制断开所述第一开关，所述电压至电流转换电路输出的电流不对所述定时电容充电；

在所述定时电容放电至使所述阈值引脚的电压小于Ucc/3时，所述定时电容停止放电，且同时所述555定时器的输出引脚输出高电平，以控制导通所述第一开关，所述电压至电流转换电路输出的电流对所述定时电容充电；

其中，Ucc表示电源电压。

7.根据权利要求1所述的电池电量指示装置，其特征在于，

所述电压至电流转换电路包括：差分放大器，第一晶体管，第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻和第五电阻；

所述第一晶体管包括：第一端，与电源电压耦接的第二端，和与所述第一电阻的第一端耦接的第三端；

所述第四电阻的第一端接收所述取样电压，所述第四电阻的第二端与差分放大器的正相输入端耦接；

所述第三电阻的第一端接收所述基准电压，所述第三电阻的第二端与差分放大器的反相输入端耦接；

所述第二电阻的第一端与差分放大器的反相输入端耦接，所述第二电阻的第二端与所述第一电阻的第一端耦接；

所述第五电阻的第一端与差分放大器的正相输入端耦接，所述第五电阻的第二端与所述第一电阻的第二端耦接；

其中，第二电阻的阻值与第四电阻的阻值的比值等于第五电阻的阻值与第三电阻的阻值的比值。

8.根据权利要求1所述的电池电量指示装置，其特征在于，

所述取样电路包括：多级输入的分压电路；

所述多级输入的分压电路包括：串联的多个电阻；所述串联的多个电阻使得针对不同的蓄电池标准电压具有不同的分压比，并提供与相应分压比所对应的取样电压。

9.根据权利要求8所述的电池电量指示装置，其特征在于，

所述串联的多个电阻至少包括：串联的第六电阻，第七电阻和第十五电阻；其中，串联的第六电阻和第七电阻之间的节点用于输出所述取样电压；

其中，所述第六电阻的第一端与地电压耦接，所述第六电阻的第二端与所述第七电阻的第一端耦接，所述第七电阻的第二端耦接所述第十五电阻的第一端和第一蓄电池，所述第十五电阻的第二端耦接第二蓄电池。

10.根据权利要求1所述的电池电量指示装置，其特征在于，

所述电池电量指示装置还包括：

降压稳压电路，包括分压电阻，与所述分压电阻的第一端串联的稳压二极管，与所述稳压二极管并联的滤波电容；

其中，所述分压电阻的第二端与所述电池耦接；所述分压电阻的第一端输出电源电压；所述电源电压为所述取样电路，所述电压至电流转换电路，所述电流至频率变换电路和所述驱动电路供电。