CN206452160U - 一种终端设备电池充电状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种终端设备电池充电状态检测装置，包括：所述电量计与终端设备的电池温度接口、电池正极和电池负极相连，所述电量计包括：ADC转换电路、数据存储电路、I2C接口电路和LDO控制电路，ADC转换电路的输入端与终端设备相连，ADC转换电路的输出端与所述数据存储电路的输入端相连，所述数据存储电路的输出端与所述I2C接口电路的输入端相连，所述I2C接口电路与所述主控模块的I2C通信接口双向连接，所述I2C接口电路的输出端与所述LDO控制电路的输入端相连，所述LDO控制电路的输出端与所述电池相连，所述主控模块通过I2C通信接口与所述电量计和所述终端设备相连。本实用新型可以保证充电的安全性。

Description

一种终端设备电池充电状态检测装置

技术领域

本实用新型涉及移动终端及电池检测技术领域，特别涉及一种终端设备电池充电状态检测装置。

背景技术

日前手机充电爆炸等电池安全问题席卷了各大新闻头条，人们对手机充电电池安全问题的关注度上升到了一个新高度。同样该问题不单存在于手机设备中，同样存在于使用电池的终端电子设备中。传统的设备在电池充电时并未对电池状态进行检测，或者检测方式不够全面智能，甚至出现状态误报等问题，导致电池过充过热引起电池发烫、泄露甚至爆炸。

现今大多数电子设备使用的电池都是以锂离子电池为主，根据其化学特性使用锂作为充电电池，其优点显著。以体积小、密度高、容量大和使用寿命长、充放电效率高等主要优势占据了各行各业。但是由于锂是元素周期表上直径最小且最活泼的金属，存在一定的危险性。其化学性质太过于活泼，如果将锂金属直接暴露在空气中则会与空气中的氧原子产生激烈的氧化反应，从而产生爆炸。所以人们实用新型了石墨及钴酸锂等材料来存储锂离子，该材料具有氧原子都无法进入的极小密度，这样氧原子无法与锂离子接触，从而保证了锂离子的安全性。在锂电池充电过程时电池正极的锂原子会丧失电子氧化为锂离子，通过电解液游至负极的碳材料层中间，获得一个电子还原为锂原子。放电过程为前述的逆向过程。为了防止正负两级接触短路，需要在锂电池内部的正负极之间增加一层微孔隔膜将正负极活性物质分隔开。这样锂电池即可安全的工作与充电及放电状态。

但是锂电池在非正常使用状态时则会打破现有的安全防护措施，变为危险的易燃或爆炸源。比如锂电池内部的安全结构在充电电压过高时则会产生负面作用，本身已经充满电的电池继续通过高压充入，则会使电池负极原本已经装满锂离子的碳材料存储格中继续装入锂离子，装不下锂离子的存储格会向微孔隔膜方向继续蔓延形成锂原子结晶，大量该结晶产生后会穿透微孔隔膜使正负极短路，从而产生电池发烫，如继续充电则会温度继续上升发生爆炸。另一种情况是在充电过程中异常产生高温或外部高温导致内部电解液等材料裂解产生气体，使电池结构鼓涨破裂，氧气进入与负极表面的锂原子反应产生爆炸。同样电池在充电过程中，如果遇到过低温的影响，将会导致电池内部的电解液正常性能失效，影响充电状态，如果继续降低电池温度甚至会破坏内部结构，产生电池爆炸的隐患，需要通过高低温检测可避免上述电池问题发生。另外，在过流充电时会对电池造成损坏或者直接导致电池爆炸。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：提供一种可靠的电池充电状态检测方案保证终端设备在充电过程中的安全问题。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种终端设备电池充电状态检测装置，可以保证充电的安全性。

为了实现上述目的，本实用新型的终端设备电池充电状态检测装置，包括：电量计和主控模块，其中，

所述电量计与终端设备的电池温度接口、电池正极和电池负极相连，用于实时获取所述电池的温度数据；

所述主控模块通过I2C通信接口与所述电量计，且与所述终端设备相连，用于检测是否启动对终端设备的充电，如果是则获取所述终端设备的电池的充电状态信息，以及接收来自所述电量计的温度数据，并对所述温度数据进行分析判断，

当所述主控模块检测所述温度数据位于预设安全区间内时，判断所述电池处于正常充电状态；

所述主控模块检测所述温度数据符合第一预设条件时，向所述电量计返回停止充电控制信号，由所述电量计控制所述电池停止充电；

所述主控模块检测所述温度数据符合第二预设条件时，向所述终端设备发出关机控制信号，以控制所述终端设备关机；

所述主控模块检测所述温度数据符合第三预设条件时，向所述电量计返回重新开始充电控制信号，由所述电量计控制所述电池重新开始充电。

进一步，所述LDO控制电路与所述电池的正极引脚和负极引脚相连。

进一步，所述终端设备为手机或平板电脑。

根据本实用新型实施例的终端设备电池充电状态检测装置，通过设置电量计和主控模块，利用电量计内部的ADC转换电路、数据存储电路、I2C接口电路和LDO控制电路，与主控模块进行配合，检测终端设备电池的温度数据，并发送至主控模块发，根据温度数据的变化调整电池充电状态，进而保证充电的安全性。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的终端设备电池充电状态检测方法的流程框图；

图2为根据本实用新型实施例的终端设备电池充电状态检测方法的流程图；

图3为根据本实用新型实施例的电池充电的温度阈值示意图；

图4为根据本实用新型实施例的终端设备电池充电状态检测装置的结构图；

图5为根据本实用新型实施例的终端设备电池充电状态检测装置的示意图；

图6为根据本实用新型实施例的电量计模块的示意图；

图7为根据本实用新型实施例的电池端的电路图；

图8为根本实用新型实施例的电量计端的电路图；

图9为根据本实用新型实施例的主控端的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型实施例的终端设备电池充电状态检测方法，包括如下步骤：

步骤S1，检测是否启动对终端设备的充电，如果是则获取终端设备的电池的充电状态信息。其中，终端设备可以为手机或平板电脑。

在本步骤中，电池的充电状态信息，包括：充电器插拔状态信息、电池电压状态信息、电池温度状态信息和电池异常信息。

步骤S2，利用电量计实时获取电池的温度数据，并将温度数据发送至主控模块进行分析判断。

需要说明的是，由于不同设备采用的电池材料结构和耐温参数可能有所差异，所以具体温度阈值控制点需要根据电池厂商不同而进行调节，需要参考电池制造商提供的手册来决定阈值点。本实用新型采用标准参考值，根据本设计中的电池厂商制定的规格书中标注，充电时电池温度必须保持在-20℃～66℃之间，且标准充电状态必须在0℃～50℃(+5℃)之间，按照该参数设定充电具体方案。下面将结合具体的实施例进行说明。

步骤S3，主控模块检测温度数据位于预设安全区间内时，判断电池处于正常充电状态。

在本实用新型的一个实施例中，预设安全区间为0℃～50℃，可以保持充电时电池状态安全。

然后，根据检测到温度数据所位于的不同条件，对终端设备的电池采用不同的处理手段。

主控模块检测温度数据符合第一预设条件时，向电量计返回停止充电控制信号，由电量计控制电池停止充电。

在本实用新型的一个实施例中，第一预设条件为：电池的温度低于0℃，或者等于高于55℃。

主控模块检测温度数据符合第二预设条件时，向终端设备发出关机控制信号，以控制终端设备关机。

在本实用新型的一个实施例中，第二预设条件为：电池的温度低于-20℃，或者等于高于66℃。

主控模块检测温度数据符合第三预设条件时，向电量计返回重新开始充电控制信号，由电量计控制电池重新开始充电。

在本实用新型的一个实施例中，第三预设条件为：电池的温度等于高于5℃，或者低于50℃。

参考图3，当电池温度低于0℃时，进入低温停充模式，但是如果电池状态受外界因素出现异常继续降低温度至-20℃时，必须通过主控模块检测进入低温关机状态保证电池变为非工作状态(低温关机)。当电池状态恢复升温大于5℃后可以继续进入正常充电状态，电池温度继续升温超出高温标准高于55℃后应进入高温停充模式保护电池，如果电池继续升温超过66℃，应立即关机保证电池处于非工作状态(高温关机)。

相应的，如果电池被高温关机一段时间后，温度降低至61℃以下，则恢复至高温停充模式，当进一步检测到温度降低至50℃以下时，则启动对电池的正常充电。

下面对本实用新型实施例的终端设备电池充电状态检测方法的流程进行详细说明。

如图2所示，首先系统进入充电模块代码，开始做初始化工作，初始化充电显示信息、充电事件、状态信息及其他必要功能。

然后进入充电事件捕获及处理线程，在该线程中做核心处理工作。进入该线程中，先获取充电事件信息，根据该事件信息解析出各种充状态，包含充电器插拔状态，电池电压状态，电池温度状态，以及电池异常等信息。

主控模块获取该信息后进行处理解析，如果充电状态异常出现过流、过压、欠压等问题，直接执行异常处理执行关机指令。如充电状态正常，则执行电池温度检测处理，根据上述设计方案中预知的温度参数做出不同处理，当电池温度低于-20℃或者大于等于66℃时直接执行关机指令，当温度小于0℃或者大于等于55℃时执行停充指令，并直接跳转回充电状态检测线程开始处，重新执行新事件捕获处理，如果电池温度恢复至大于等于5℃且小于50℃则重新开始充电，并跳转回充电状态检测线程开始处，继续轮询做充电事件检测处理工作。如果电池状态正常则将充电信息显示输出，做画面刷新处理或执行其他输出指示指令，例如LED呼吸灯闪烁等。

如图4所示，本实用新型实施例还提供一种终端设备的电池充电状态检测装置，包括：电量计100和主控模块200。其中，终端设备可以为手机或平板电脑。

具体地，参考图5，电量计100与终端设备的电池温度接口、电池正极(+)和电池负极(-)相连，用于实时获取电池的温度数据。通过将电池的正负极接口连接至电量计模块来做充电控制使用。

如图6所示，电量计100包括：依次相连的ADC转换电路、数据存储电路、I2C接口电路和LDO控制电路。

具体地，由于电池采用模拟电压值指示电池温度，需要将该接口连接至电量计100模块作为电池温度数据的读取采样使用。ADC转换电路用于将从终端设备获取的温度数据由模拟量转换为数字量，并发送至数据存储电路。数据存储电路用于存储数字量形式的温度数据。

I2C接口电路与主控模块200的I2C通信接口双向连接，用于向主控模块200发送数字量形式的温度数据以及接收来自主控模块200的控制信号。LDO控制电路用于根据I2C接口电路发送的控制信号，控制电池停止充电或重新开始充电。

此外，LDO控制电路根据停止充电控制信号和重新开始充电信号，控制电池的正极引脚和负极引脚。

参考图5，主控模块200通过I2C通信接口与电量计100，且与终端设备相连，用于检测是否启动对终端设备的充电，如果是则获取终端设备的电池的充电状态信息，以及接收来自电量计100的温度数据，并对温度数据进行分析判断。其中，电池的充电状态信息，包括：充电器插拔状态信息、电池电压状态信息、电池温度状态信息和电池异常信息。

具体地，主控模块200通过软件轮询机制从I2C通讯接口获取已存储好的温度信息，经过软件逻辑分析判断后通过写I2C接口将控制信号发至电量计100模块，由电量计100模块通过I/O操作控制LDO开关电路，做充电控制是否停充或者重新开始充电。如果温度达到关机临界值还需要主控模块200直接执行关机指令。

当主控模块200检测温度数据位于预设安全区间内时，判断电池处于正常充电状态。

在本实用新型的一个实施例中，预设安全区间为0℃～50℃。

主控模块200检测温度数据符合第一预设条件时，向电量计100返回停止充电控制信号，由电量计100控制电池停止充电。

在本实用新型的一个实施例中，第一预设条件为：电池的温度低于0℃，或者等于高于55℃。

主控模块200检测温度数据符合第二预设条件时，向终端设备发出关机控制信号，以控制终端设备关机。

在本实用新型的一个实施例中，第二预设条件为：电池的温度低于-20℃，或者等于高于66℃。

主控模块200检测温度数据符合第三预设条件时，向电量计100返回重新开始充电控制信号，由电量计100控制电池重新开始充电。

在本实用新型的一个实施例中，第三预设条件为：电池的温度等于高于5℃，或者低于50℃。

并且，当电池温度低于0℃时，进入低温停充模式，但是如果电池状态受外界因素出现异常继续降低温度至-20℃时，必须通过主控模块200检测进入低温关机状态保证电池变为非工作状态(低温关机)。当电池状态恢复升温大于5℃后可以继续进入正常充电状态，电池温度继续升温超出高温标准高于55℃后应进入高温停充模式保护电池，如果电池继续升温超过66℃，应立即关机保证电池处于非工作状态(高温关机)。

图7为根据本实用新型实施例的电池端的电路图。如图7所示，将电池的BAT_TEMP引脚即电池温度引脚连接至电量计100的ADC采样接口，将电池的正极VBAT、负极VBAT_N引脚分别连接至图8中的控制端接口，电池端电路通过稳压管防止电路过压过流等情况从而保护电池的正常工作。

如图8所示，将电池端的电池温度接口分别连接至电量计100端的采样接口和辅助检测接口，电量计100内部ADC采样转存温度数据后通过I2C通讯接口DBB_COM_I2C_SCL及DBB_COM_I2C_SDA发送至图9所示的主控模块200，并连接数据采样中断通知IO接口，GPIO162至图9中的主控模块200。如图6所示，将处理后的控制信号通过I2C通讯接口回写至电量计100端，电量计100接收到该控制指令后直接控制VBAT引脚及VBAT_N引脚的开关状态，从而实现对电池充电状态的控制，包括：停止充电控制和重新开始充电控制等。

根据本实用新型实施例的终端设备电池充电状态检测装置，通过设置电量计和主控模块，利用电量计内部的ADC转换电路、数据存储电路、I2C接口电路和LDO控制电路，与主控模块进行配合，检测终端设备电池的温度数据，并发送至主控模块发，根据温度数据的变化调整电池充电状态，进而保证充电的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (3)

1.一种终端设备的电池充电状态检测装置，其特征在于，包括：电量计和主控模块，其中，

所述电量计与终端设备的电池温度接口、电池正极和电池负极相连，以获取所述电池的温度数据，其中，所述电量计包括：ADC转换电路、数据存储电路、I2C接口电路和LDO控制电路，其中，所述ADC转换电路的输入端与终端设备相连，所述ADC转换电路的输出端与所述数据存储电路的输入端相连，所述数据存储电路的输出端与所述I2C接口电路的输入端相连，所述I2C接口电路与所述主控模块的I2C通信接口双向连接，所述I2C接口电路的输出端与所述LDO控制电路的输入端相连，所述LDO控制电路的输出端与所述电池相连，所述主控模块通过I2C通信接口与所述电量计和所述终端设备相连。

2.如权利要求1所述的终端设备的电池充电状态检测装置，其特征在于，所述LDO控制电路与所述电池的正极引脚和负极引脚相连。

3.如权利要求1所述的终端设备的电池充电状态检测装置，其特征在于，所述终端设备为手机或平板电脑。