CN210074082U - 一种电池设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型实施例提供了一种电池设备，包括：电池和集成处理芯片，该集成处理芯片，用于监测该电池的状态数据，以及对该电池设备进行加密认证和安全保护。通过实施本实用新型可以将电池状态数据的获取、电池的加密认证以及安全保护集成到一个芯片中实现，从而能有效减少集成器件的使用量，降低电池设备的制造成本，同时也大大节省了器件布局空间，便于电池设备的小型化设计以及电池容量的最大化。

Description

一种电池设备
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种电池设备。
背景技术
目前的智能电池采用电量计芯片+加密认证芯片+电池保护芯片+热敏电阻的方式实现，电量计芯片和热敏电阻用于测量电池的电量、温度等状态数据，电量计芯片和加密认证芯片使用I2C(Inter－Integrated Circuit)总线的方式与主机设备通讯，热敏电阻通过外部引脚直接与主机设备的充电管理芯片相连，可见，目前的智能电池设计方案使用的集成器件较多，生产成本较高，也不利于电池容量最大化和产品小型化设计。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种电池设备，可以有效减少集成器件的使用量，降低电池设备的制造成本，同时也大大节省了器件布局空间，便于电池设备的小型化设计以及电池容量的最大化。
一种电池设备，包括：
电池和集成处理芯片。
所述集成处理芯片，用于监测所述电池的状态数据，以及对所述电池设备进行加密认证和安全保护。
可选的，所述电池设备还包括：电源引脚和单线通信引脚，所述电源引脚与所述电池连接，所述单线通信引脚与所述集成处理芯片连接。
可选的，所述状态数据包括电量数据和温度数据。
可选的，所述电池设备还包括：温度检测元件，所述温度检测元件与所述集成处理芯片连接，所述集成处理芯片，具体用于通过所述温度检测元件获取所述电池的温度数据。
可选的，所述集成处理芯片，具体用于根据所述温度检测元件两端的电压获取所述电池的温度数据。
可选的，所述电池设备还包括：电流检测元件，所述电流检测元件串联连接在所述电池和所述电源引脚之间，所述电流检测元件与所述集成处理芯片并联连接，所述集成处理芯片，具体用于通过所述电流检测元件获取所述电池的电量数据。
可选的，所述集成处理芯片，具体用于根据所述电流检测元件两端的电压获取所述电池的电量数据。
可选的，所述电池设备还包括：电池保护元件，所述电池保护元件串联连接在所述电池和所述电源引脚的正极端之间，所述电池保护元件与所述集成处理芯片并联连接，所述集成处理芯片，具体用于在所述电池的状态数据出现异常时，控制所述电池保护元件关断，以切断所述电池设备的对外供电。
可选的，所述电池设备还包括：限流保护元件，所述限流保护元件串联连接在所述集成处理芯片和所述单线通信引脚之间。
可选的，所述电池设备还包括：静电保护元件，所述静电保护元件串联连接在所述单线通信引脚和所述电源引脚的接地端之间。
可选的，所述电池设备通过所述电源引脚和所述单线通信引脚与主机设备连接。
可选的，所述集成处理芯片，具体用于通过所述单线通信引脚采用单线通信的方式，向所述主机设备传输所述电池的状态数据。
可选的，所述集成处理芯片，具体用于与所述主机设备之间通过所述单线通信引脚采用单线通信的方式，对所述电池设备进行加密认证。
本实用新型提供的电池设备包括：电池和集成处理芯片，该集成处理芯片，用于监测该电池的状态数据，以及对该电池设备进行加密认证和安全保护，可见，该电池设备将电池状态数据的获取、电池的加密认证以及安全保护集成到一个芯片中实现，从而能有效减少集成器件的使用量，降低电池设备的制造成本，同时也大大节省了器件布局空间，便于电池设备的小型化设计以及电池容量的最大化。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的一种电池设备的电路结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种电池设备与主机设备的连接示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种数据传输格式的示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种实现电池设备插拔检测的示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种电池设备的电路结构示意图。所述电池设备包括：电池BAT和集成处理芯片U1，其中：
电池BAT具体可以包括一个或者多个电芯。
集成处理芯片U1，用于监测电池BAT的状态数据，以及对电池设备进行加密认证和安全保护。
可见，本实用新型实施例提供的电池设备将电池状态数据的获取、电池的加密认证以及安全保护集成到一个芯片中实现，从而能有效减少集成器件的使用量，降低电池设备的制造成本，同时也大大节省了器件布局空间，便于电池设备的小型化设计以及电池容量的最大化。
可选的，该电池设备还包括：电源引脚(包括Pvcc、PGND)和单线通信引脚Pdata，电源引脚(包括Pvcc、PGND)与电池BAT连接，单线通信引脚Pdata与集成处理芯片U1连接，电源引脚具体包括电源引脚的正极端Pvcc和电源引脚的接地端PGND。现有的智能电池需要预留两个电源引脚、I2C总线通信引脚以及连接热敏电阻的引脚等四个甚至四个以上的引脚，可见，本实用新型实施例提供的电池设备只需要预留三个外部引脚，在与主机设备连接时可以大大减少引脚的占用。
可选的，状态数据包括电量数据和温度数据，可见，该集成处理芯片U1具体集成了电量计芯片、加密认证芯片、安全保护芯片以及温度读取等多种功能。其中，电量数据通常可以包括电池剩余容量、满充容量、百分比容量、电压、电流、电池充放电次数、电池容量衰减情况等。
可选的，该电池设备还包括：温度检测元件RT，该温度检测元件RT与集成处理芯片U1连接，该集成处理芯片U1，具体用于通过该温度检测元件RT获取电池BAT的温度数据。其中，该温度检测元件RT具体可以是温度检测电阻，例如热敏电阻等。
可选的，该集成处理芯片U1，具体用于根据该温度检测元件RT两端的电压获取电池BAT的温度数据。具体的，该集成处理芯片U1可以先获取该温度检测元件RT两端的电压，再利用该温度检测元件RT的电压-阻值曲线得到该温度检测元件RT当前的阻值，然后利用该温度检测元件RT的温度-阻值曲线得到电池BAT当前的温度数据，从而该集成处理芯片U1即可完成电池温度数据的读取，无需再将热敏电阻连接到主机设备，并由主机设备读取电池的温度数据。
可选的，该电池设备还包括：电流检测元件R1，该电流检测元件R1串联连接在电池BAT和电源引脚之间，该电流检测元件R1与集成处理芯片U1并联连接，该集成处理芯片U1，具体用于通过该电流检测元件R1获取电池BAT的电量数据。其中，该电流检测元件R1具体可以是电流检测电阻。图1所示的是该电流检测元件R1具体串联连接在电池BAT和电源引脚的正极端Pvcc之间，当然，也可以将该电流检测元件R1具体串联连接在电池BAT和电源引脚的接地端PGND之间，本实用新型实施例不做限定。
可选的，该集成处理芯片U1，具体用于根据该电流检测元件R1两端的电压获取电池BAT的电量数据。具体的，可以将电池电量模型下载到集成处理芯片U1中，集成处理芯片U1通过电流检测元件R1两端的电压计算出充放电电流，然后对充放电电流进行时间积分，再结合电池BAT的电压，根据该电池电量模型即可得到电池BAT的电量数据。另外，在使用过程中，集成处理芯片U1可以根据电池BAT的使用情况对该电池电量模型进行持续的修正。
可选的，该电池设备还包括：电池保护元件Q1，该电池保护元件Q1串联连接在电池BAT和电源引脚的正极端Pvcc之间，该电池保护元件Q1与集成处理芯片U1并联连接，该集成处理芯片U1，具体用于在电池BAT的状态数据(例如电压、电流、温度等)出现异常(例如过压、欠压、过流充电、过流放电、短路放电、高温、低温等)时，控制该电池保护元件Q1关断，以切断电池设备的对外供电。其中，该电池保护元件Q1具体可以是金属氧化物半导体(MetalOxide Semiconductor，MOS)开关管。
可选的，该电池设备还包括：限流保护元件R2，该限流保护元件R2串联连接在集成处理芯片U1和单线通信引脚Pdata之间，该限流保护元件R2，用于避免单线通信引脚Pdata上瞬时的大电流对该集成处理芯片U1造成损坏。其中，该限流保护元件R2具体可以是限流保护电阻。
可选的，该电池设备还包括：静电保护元件DZ，该静电保护元件DZ串联连接在单线通信引脚Pdata和电源引脚的接地端PGND之间，该静电保护元件DZ，用于避免静电对该集成处理芯片U1造成损坏。其中，该静电保护元件DZ具体可以是静电阻抗器(Electro StaticDischarge，ESD)。
请参阅图2，为本实用新型实施例提供的一种电池设备与主机设备的连接示意图。
其中，电池设备通过电源引脚和单线通信引脚与主机设备连接，可见，电池设备通过电源引脚(包括Pvcc、PGND)和单线通信引脚Pdata这三个引脚即可实现与主机设备连接，可以大大减少对主机设备引脚的占用，同时降低了生产成本。
其中，电池设备的集成处理芯片U1，具体用于通过该单线通信引脚Pdata采用单线通信的方式，向主机设备传输电池BAT的状态数据。单线通信是指单线异步串行通信，一般由主机设备发起数据请求命令，从机设备(即电池设备)进行响应向主机设备传输数据。此外，从机设备(即电池设备)也可以根据设置主动向主机设备传输数据。本实用新型实施例中传输的数据可以包括电池的电量数据和温度数据。
如图2所示，电池设备的单线通讯采用开漏输出方式，主机设备需要利用上拉电阻R3上拉到输入/输出(Input/Output，IO))引脚电压VDDIO。结合图3所示的数据传输格式可知，主机设备可以发送8bit(7bit命令command和1bit读/写R/W)到电池设备，例如命令为R，则电池设备输出8bit数据Data(例如电池BAT的电量数据和温度数据)给主机设备；又例如命令为W，则电池设备接收主机设备输出的8bit设置Data。
其中，电池设备的集成处理芯片U1，具体用于与主机设备之间通过该单线通信引脚Pdata采用单线通信的方式，对电池设备进行加密认证。具体的，通过在主机设备和电池设备中烧入相同的密钥，主机设备检测到电池设备插入后，启动电池认证流程，发送一个指定长度(例如20字节)的随机数到电池设备，电池设备的集成处理芯片U1使用上述密钥对该随机数进行编码，然后编码后发回主机设备，主机设备利用上述密钥对返回的数据进行识别，识别正常则为认证成功，可判定为合法电池，否则判定为非法电池，能够防止电池被山寨或者假冒。
其中，U2是主机设备上的充电管理芯片，该充电管理芯片U2支持电池设备的插拔检测。具体的，当电池设备插入或者拔出主机设备的接口时，该充电管理芯片U2在数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)的IO2引脚上产生中断，以告知DSP进行充电使能或者关断控制。
其中，Q2是主机设备上的关机漏电控制开关，具体可以是MOS开关管，在主机设备关机时，充电管理芯片U2控制关机漏电控制开关Q2关断，以防止漏电。
可选的，如图4所示，是本实用新型实施例提供的另一种电池设备插拔检测方案，当电池设备插入时，DSP的IO2引脚上产生上升沿中断信号；当电池设备拔出时，DSP的IO2引脚上产生下降沿中断信号，DSP收到中断信号后根据IO2引脚的电平状态即可判断是否有电池设备插入。
本实用新型实施例中的模块或单元，可以以通用集成电路(如中央处理器CPU)，或以专用集成电路(ASIC)来实现。
以上对本实用新型实施例所提供的一种电池设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的结构、原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，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 (14)

1.一种电池设备，其特征在于，包括：
电池和集成处理芯片；
所述集成处理芯片，用于监测所述电池的状态数据，以及对所述电池设备进行加密认证和安全保护。
2.根据权利要求1所述的电池设备，其特征在于，所述电池设备还包括：电源引脚和单线通信引脚，所述电源引脚与所述电池连接，所述单线通信引脚与所述集成处理芯片连接。
3.根据权利要求2所述的电池设备，其特征在于，所述状态数据包括电量数据和温度数据。
4.根据权利要求3所述的电池设备，其特征在于，所述电池设备还包括：温度检测元件，所述温度检测元件与所述集成处理芯片连接，所述集成处理芯片，具体用于通过所述温度检测元件获取所述电池的温度数据。
5.根据权利要求4所述的电池设备，其特征在于，所述集成处理芯片，具体用于根据所述温度检测元件两端的电压获取所述电池的温度数据。
6.根据权利要求2或3所述的电池设备，其特征在于，所述电池设备还包括：电流检测元件，所述电流检测元件串联连接在所述电池和所述电源引脚之间，所述电流检测元件与所述集成处理芯片并联连接，所述集成处理芯片，具体用于通过所述电流检测元件获取所述电池的电量数据。
7.根据权利要求6所述的电池设备，其特征在于，所述集成处理芯片，具体用于根据所述电流检测元件两端的电压获取所述电池的电量数据。
8.根据权利要求2所述的电池设备，其特征在于，所述电池设备还包括：电池保护元件，所述电池保护元件串联连接在所述电池和所述电源引脚的正极端之间，所述电池保护元件与所述集成处理芯片并联连接，所述集成处理芯片，具体用于在所述电池的状态数据出现异常时，控制所述电池保护元件关断，以切断所述电池设备的对外供电。
9.根据权利要求2所述的电池设备，其特征在于，所述电池设备还包括：限流保护元件，所述限流保护元件串联连接在所述集成处理芯片和所述单线通信引脚之间。
10.根据权利要求2所述的电池设备，其特征在于，所述电池设备还包括：静电保护元件，所述静电保护元件串联连接在所述单线通信引脚和所述电源引脚的接地端之间。
11.根据权利要求2所述的电池设备，其特征在于，所述电池设备通过所述电源引脚和所述单线通信引脚与主机设备连接。
12.根据权利要求11所述的电池设备，其特征在于，所述集成处理芯片，具体用于通过所述单线通信引脚采用单线通信的方式，向所述主机设备传输所述电池的状态数据。
13.根据权利要求11所述的电池设备，其特征在于，所述集成处理芯片，具体用于与所述主机设备之间通过所述单线通信引脚采用单线通信的方式，对所述电池设备进行加密认证。
14.根据权利要求2所述的电池设备，其特征在于，所述电源引脚具体包括电源引脚的正极端和电源引脚的接地端。
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