CN212658805U - 一种电池电量检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电池电量检测装置，涉及电量检测技术领域。该电池电量检测装置包括检测芯片和检测电路；所述检测芯片通过检测电路与电池连接，用于检测所述电池的剩余电量；所述检测电路包括电阻、电容和二极管，所述电池、所述电阻与所述电容串联，所述二极管与所述电阻并联，所述二极管的负极连接所述检测芯片的采样管脚。该电池电量检测装置可以实现该电池电量装置可以在保持被测设备现有功耗的情况下，实现对电池的瞬态电压进行准确测量，从而给出电池的使用寿命情况的技术效果。

Description

一种电池电量检测装置

技术领域

本申请涉及电量检测技术领域，具体而言，涉及一种电池电量检测装置。

背景技术

目前，随着无线通信技术、电池技术和传感器技术的发展，越来越多的电子产品采用电池供电。特别是物联网相关行业的发展，万物互联是大势所趋。为了将众多的设备连上网络，使用电池给电子设备供电，同时通过无线通信技术，将传感器探测到的数据发送到网关或通信基站，是现有大多数物联网设备普遍采用的设计。

现有技术中，电池电量检测技术，作为一种辅助手段，用来及时提醒人们更换设备上的电池。但是，要能准确检测到电池的真实电量比较困难。其中，低功耗设备需要迅速唤醒，迅速休眠，从而留给电池电量检测的时间特别少，造成检测电池电量困难。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种电池电量检测装置，该电池电量装置可以在保持被测设备现有功耗的情况下，实现对电池的瞬态电压进行准确测量，从而给出电池的使用寿命情况的技术效果。

本申请实施例提供了一种电池电量检测装置，该电池电量检测装置包括检测芯片和检测电路；所述检测芯片通过检测电路与电池连接，用于检测所述电池的剩余电量；所述检测电路包括电阻、电容和二极管，所述电池、所述电阻与所述电容串联，所述二极管与所述电阻并联，所述二极管的负极连接所述检测芯片的采样管脚。

在上述实现过程中，该电池电量检测装置通过检测电路，将被测设备电池的电源电压波动曲线进行延缓放大，即相当于将电压的波动过程进行慢速播放，从而让检测芯片有充足的时间对电池电压进行准确而多次的采样和检测；相比较于通过累计用电次数的方法来间接评估电池寿命，本申请的电池电量检测装置，检测到的数据更加准确和直接，能直接反馈电池当前瞬间的供电能力；从而该电池电量装置可以在保持被测设备现有功耗的情况下，实现对电池的瞬态电压进行准确测量，从而给出电池的使用寿命情况的技术效果。

进一步地，所述电阻的一端连接所述电池的第一端，所述电阻的另一端连接所述检测芯片的采样管脚。

在上述实现过程中，被测设备包括主控芯片和电池，主控芯片进行任务处理，电池则给主控芯片供电，电池的第一端为正极；检测芯片可以为被测设备的主控芯片，在被测设备的主控芯片在没有进行其他任务的情况下，即可进行电池电量的检测，电容通过电阻充电，可以使电压上升速度远慢于电池回电速度，故电容的电压会保持在电压跌落的最低点电压附近较长一段时间，从而方便对电池的瞬态电压进行准确测量。

进一步地，所述电容的第一端连接所述电池的第二端，所述电容的第二端连接所述检测芯片的样管脚。

在上述实现过程中，电池的第二端接地，检测芯片可以为被测设备的主控芯片，在被测设备的主控芯片在没有进行其他任务的情况下，即可进行电池电量的检测，电容通过电阻充电，直至电压与电池电源正极时到达稳定电压，可以使电压上升速度远慢于电池回电速度。

进一步地，所述电容为有极电容，所述电容的第一端为负端，所述电容的第二端为正端。

在上述实现过程中，有极性电容是指电解电容一类的电容，它是由阳极的铝箔和阴极的电解液分别形成两个电极，由阳极铝箔上产生的一层氧化铝膜，作为电介质的电容，具有稳定、绝缘性好的优点。

进一步地，所述二极管的正极连接所述检测芯片的采样管脚，所述二极管的负极连接所述电池的第一端。

在上述实现过程中，当被测设备开始工作时，被测设备中的电池电压开始跌落，电容的正端电压将大于电池的电源电压，此时电容中的电荷通过电阻，缓慢放电；若电阻两端的压差达到预设值时，二极管将导通，将电容中的电荷快速泄放至电池电源正极，直到电阻的两端电压趋于平稳。

进一步地，所述电池的第一端为电池正极，所述电池的第二端为电池负极。

在上述实现过程中，电池的第一端为电池正极，用于给被测设备供电，并给检测芯片提供采样数据；电池的第二端为电池负极，接地。

进一步地，所述电阻的电阻值为10MΩ。

进一步地，所述电容的电容值为22μF。

进一步地，所述二极管为肖特基二极管。

在上述实现过程中，肖特基二极管也称为金属－半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，是一种热载流子二极管；肖特基二极管，具有开关频率高和正向压降低等优点。

进一步地，所述装置还包括提示电路，所述提示电路与所述检测芯片连接，用于在所述电池的剩余电量低于预设值时，进行声音或灯光提示。

在上述实现过程中，提示电路可以在电池的剩余电量低于预设值时，进行声音或灯光提示，提醒电池的更换，从而防止被测设备因电池的剩余电量过低，而停止工作，保证被测设备的运行。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电池电量检测装置的示意性框图；

图2为本申请实施例提供的一种电池电量检测装置的示意性电路图；

图3为本申请实施例提供的一种检测芯片的示意性电路图；

图4为本申请实施例提供的一种电池电压-时间变化图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请实施例提供的一种电池电量检测装置，可以应用于物联网设备、无线通信的电池检测等；该电池电量检测装置通过检测电路，将被测设备电池的电源电压波动曲线进行延缓放大，即相当于将电压的波动过程进行慢速播放，从而让检测芯片有充足的时间对电池电压进行准确而多次的采样和检测；相比较于通过累计用电次数的方法来间接评估电池寿命，本申请的电池电量检测装置，检测到的数据更加准确和直接，能直接反馈电池当前瞬间的供电能力；从而该电池电量装置可以在保持被测设备现有功耗的情况下，实现对电池的瞬态电压进行准确测量，从而给出电池的使用寿命情况的技术效果。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种电池电量检测装置的示意性框图，该电池电量检测装置包括检测芯片100和检测电路200，检测电路200包括电阻210、电容220和二极管230。

示例性地，检测芯片100通过检测电路与电池连接，用于检测电池的剩余电量。

在一些实施方式中，该电池电量检测装置应用于无线通信设备中的电池电量检测，检测芯片100可以是无线通信设备中的处理芯片，由无线通信设备中的处理芯片完成检测芯片100的功能，无需另外设置检测芯片100。

示例性地，检测电路200包括电阻210、电容220和二极管230，其中电池、电阻210与电容220串联，二极管230与电阻210并联，二极管230的负极连接检测芯片100的采样管脚。

示例性地，该电池电量检测装置通过检测电路200，即通过电阻210、电容220和二极管230将被测设备电池的电源电压波动曲线进行延缓放大，即相当于将电压的波动过程进行慢速播放，从而让检测芯片100有充足的时间对电池电压进行准确而多次的采样和检测；相比较于通过累计用电次数的方法来间接评估电池寿命，本申请的电池电量检测装置，检测到的数据更加准确和直接，能直接反馈电池当前瞬间的供电能力；从而该电池电量装置可以在保持被测设备现有功耗的情况下，实现对电池的瞬态电压进行准确测量，从而给出电池的使用寿命情况的技术效果。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的一种电池电量检测装置的示意性电路图，该电路图包括检测芯片100、电阻210、电容220和二极管230。

请参见图3，图3为本申请实施例提供的一种检测芯片的示意性电路图，该检测芯片100的型号为CC2530，同时可作为被测设备的无线通讯芯片。应理解，此处检测芯片100的型号仅作为示例而非限定，检测芯片100也可以是其他型号。

示例性地，图2所示的电路图中，被测设备的电池电源正极为VDD_3V3，检测芯片100的采样管肩为P0.0；应理解，此处仅作为示例而非限定，被测设备的电池电源正极也可以是其他电压。

示例性地，电阻210的一端连接电池的第一端，电阻的另一端连接检测芯片100的采样管脚。

示例性地，被测设备包括主控芯片和电池，主控芯片进行任务处理，电池则给主控芯片供电，电池的第一端为正极；检测芯片100可以为被测设备的主控芯片，在被测设备的主控芯片在没有进行其他任务的情况下，即可进行电池电量的检测，电容220通过电阻210充电，可以使电压上升速度远慢于电池回电速度，故电容220的电压会保持在电压跌落的最低点电压附近较长一段时间，从而方便对电池的瞬态电压进行准确测量。

示例性地，电容220的第一端连接电池的第二端，电容的第二端连接检测芯片的样管脚。

示例性地，电池的第二端接地，检测芯片100可以为被测设备的主控芯片，在被测设备的主控芯片在没有进行其他任务的情况下，即可进行电池电量的检测，电容220通过电阻210充电，直至电压与电池电源正极VDD_3V3时到达稳定电压，可以使电压上升速度远慢于电池回电速度。

在一些实施方式中，电容220为有极电容，电容220的第一端为负端，电容220的第二端为正端。

示例性地，有极性电容是指电解电容一类的电容，它是由阳极的铝箔和阴极的电解液分别形成两个电极，由阳极铝箔上产生的一层氧化铝膜，作为电介质的电容，具有稳定、绝缘性好的优点。

在一些实施方式中，电容220贴片瓷片电容；瓷片电容(ceramic capacitor)是一种用陶瓷材料作介质，在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜，再经高温烧结后作为电极而成的电容器。通常用于高稳定振荡回路中，作为回路、旁路电容器及垫整电容器，具有稳定、绝缘性好、耐高压的优点。

示例性地，二极管230的正极连接检测芯片100的采样管脚，二极管230的负极连接电池的第一端。

示例性地，当被测设备开始工作时，被测设备中的电池电压开始跌落，电容220的正端电压将大于电池的电源电压，此时电容中的电荷通过电阻210，缓慢放电；若电阻210两端的压差达到预设值时，二极管230将导通，将电容220中的电荷快速泄放至电池电源正极VDD_3V3，直到电阻210的两端电压趋于平稳。

示例性地，电池的第一端为电池正极，电池的第二端为电池负极。

示例性地，电池的第一端为电池正极，用于给被测设备供电，并给检测芯片提供采样数据；电池的第二端为电池负极，接地。

在一些实施方式中，电阻210的电阻值为10MΩ。

在一些实施方式中，电容220的电容值为22μF。

示例性地，当被测设备开始工作时，被测设备中的电池电压开始跌落，电容220的正端电压将大于电池的电源电压，此时电容中的电荷通过电阻210，缓慢放电；若电阻210两端的压差达到预设值时，此时预设值为0.3V，二极管230将导通，将电容220中的电荷快速泄放至电池电源正极VDD_3V3，直到电阻210的两端电压趋于平稳。

示例性地，二极管为肖特基二极管。

示例性地，肖特基二极管(Schottky Barrier Diode，SBD)，不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，肖特基二极管也称为金属－半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，是一种热载流子二极管；肖特基二极管，具有开关频率高和正向压降低等优点。

在一些实施方式中，该电池电量检测装置还包括提示电路，提示电路与检测芯片100连接，用于在电池的剩余电量低于预设值时，进行声音或灯光提示。

示例性地，提示电路可以在电池的剩余电量低于预设值时，进行声音或灯光提示，提醒电池的更换，从而防止被测设备因电池的剩余电量过低，而停止工作，保证被测设备的运行。

请参见图4，图4为本申请实施例提供的一种电池电压-时间变化图，横坐标为时间坐标，纵坐标为电压坐标；其中A图为使用本申请实施例提供的一种电池电量检测装置时变化曲线，B图为使用现有技术时的变化曲线，C图为两者叠加对比。

示例性地，当被测设备上电时，电容220通过电阻210充电，直至电容220的电压与电池电源正极VDD_3V3时到达稳定电压。在本实施例的电路中该值约为2.976V。

示例性地，当被测设备的主控芯片被唤醒并开始发射无线信号时，电池电压开始跌落，波形如图4中B图所示。可见若按电池电压波形为准，主控芯片ADC采样要采样电压最低点，则最多只有T2的时间，在本申请实施例中T2约为200μs的时间可以采集。此时若主控芯片正在执行其他指令，则该最低点有极大概率被错过。

而使用本申请的该电池电量检测装置，当电池电压开始跌落时，电容220的正端电压将大于电池的电源电压，此时电容220中的电荷通过电阻210，缓慢放电；若电阻210两端的压差达到0.3V时，二极管230将导通，将电容220中的电荷快速泄放至电池电源正极VDD_3V3，直到电阻210的两端电压趋于平稳，波形如图4中A图所示。当被测设备的无线信号发射完毕，电池开始回电；由于电容220仅能通过电阻210进行充电，因此电容220的电压上升速度远慢于电池回电速度；故电容220的正端电压会保持在电压跌落的最低点电压附近较长一段时间，此时间为T1。如图4中C图所示，两条波形叠加对比。本实施例可将最低点电压保持超过4ms，时间方面是原波形的20倍，从而极大提高主控芯片采样到最低点电压的成功率。

在一些实施方式中，随着无线通信技术、电池技术和传感器技术的发展，越来越多的电子产品采用电池供电。特别是物联网相关行业的发展，万物互联是大势所趋。为了将众多的设备连上网络，使用电池给电子设备供电，同时通过无线通信技术，将传感器探测到的数据发送到网关或通信基站，是现有大多数物联网设备普遍采用的设计。

为了物联网设备通信距离足够远，设备的信号发射强度需要足够大，信号接收灵敏度需要足够高，设备耗能自然也较高。然而，使用电池作为设备的电源，基于电池寿命考虑，又无法长时间提供大电流。因此，休眠技术和电池电量检测技术成了解决此矛盾的主要手段和辅助手段。

电池电量检测技术，作为一种辅助手段，用来及时提醒人们更换设备上的电池。但是，要能准确检测到电池的真实电量比较困难。一方面，低功耗设备需要迅速唤醒，迅速休眠，留给电池电量检测的时间特别少；另一方面，从电池的特性上看，特别是纽扣电池，在大电流情况下，内阻迅速增大，输出电压会出现大幅度变动，电压迅速下降，又迅速上升恢复到平常状态，中间间隔时间通常只有极短的几百微秒到几毫秒，此时芯片通常正在处理重要事情，比如发送和接收无线信号，无法同时进行电池电量检测，这又给电量检测的准确采样造成很大困难。再一方面，大电流情况下，由于电池电压的极速大幅下降，当降到芯片启动电压以下时，芯片会出现复位现象。虽然电池很快恢复到较高的常态电压，但是芯片和电路已经出现重启，而这是设备应用上没法接受的，会导致数据丢失或通信异常。因此，在出现此复位情况之前，及时提醒人们更换设备电池非常重要，而这就需要有技术手段能准确测量到电池的瞬态电压的最低值。

因此，本申请实施例所提供的电池电量检测装置，通过将电源电压波动曲线进行延缓放大，相当于将电压的波动过程进行慢速播放，从而让芯片有充足的时间对电压进行准确而多次的采样和检测。相比较于通过累计用电次数的方法来间接评估电池寿命，本申请的电路，检测到的数据更加准确和直接，能直接反馈电池当前瞬间的供电能力；相比较于另一种通过某一段时间进行长时间放电，强迫电池电压下降并稳定保持的方法，本申请的电池电量检测装置基本不需要耗电。由于电池本身不能长时间提供大电流，存储电量又少，长时间放电的方式对电池会造成伤害，进一步减少电池寿命，特别是电池寿命后期，放电的方式会加速电池的耗尽，非常不可取，与省电的原则背道而驰。而本申请在不耗电的情况下即可检测电量，是一个巨大优势。

此外，相比较于外置稳压电路来抵抗电池电压的下降，从而检测常态电压来判断电量的方式，本申请有不耗电的优点、计量准确和成本优势。外置稳压电路需要长期持续耗电，虽然现已有低功耗稳压电路，但仍然没法达到1μA以下，长时间下，会大大缩减电池寿命。而且，检测常态电压虽然能大致代表电量使用情况，但是到了电池寿命后期，电池输出电路不足时，会导致稳压电路突然无法工作，输出给芯片和电路板的电压突然降为0，导致芯片和电路复位。

因此，本申请实施例提供的电池电量检测装置，具有电路简单，元器件少，成本低廉的优点，且电路自身不耗电，不增加原电路的功耗，不影响电池寿命；此外，该电池电量检测装置可采样数据多，测量准确，能够真实反映电池寿命情况，功能实现简单，对电路和芯片无特殊要求，适用性广，适合推广使用。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种电池电量检测装置，其特征在于，包括检测芯片和检测电路；

所述检测芯片通过检测电路与电池连接，用于检测所述电池的剩余电量；

所述检测电路包括电阻、电容和二极管，所述电池、所述电阻与所述电容串联，所述二极管与所述电阻并联，所述二极管的负极连接所述检测芯片的采样管脚。

2.根据权利要求1所述的电池电量检测装置，其特征在于，所述电阻的一端连接所述电池的第一端，所述电阻的另一端连接所述检测芯片的采样管脚。

3.根据权利要求2所述的电池电量检测装置，其特征在于，所述电容的第一端连接所述电池的第二端，所述电容的第二端连接所述检测芯片的样管脚。

4.根据权利要求3所述的电池电量检测装置，其特征在于，所述电容为有极电容，所述电容的第一端为负端，所述电容的第二端为正端。

5.根据权利要求4所述的电池电量检测装置，其特征在于，所述二极管的正极连接所述检测芯片的采样管脚，所述二极管的负极连接所述电池的第一端。

6.根据权利要求5所述的电池电量检测装置，其特征在于，所述电池的第一端为电池正极，所述电池的第二端为电池负极。

7.根据权利要求1所述的电池电量检测装置，其特征在于，所述电阻的电阻值为10MΩ。

8.根据权利要求7所述的电池电量检测装置，其特征在于，所述电容的电容值为22μF。

9.根据权利要求8所述的电池电量检测装置，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。

10.根据权利要求1所述的电池电量检测装置，其特征在于，所述装置还包括提示电路，所述提示电路与所述检测芯片连接，用于在所述电池的剩余电量低于预设值时，进行声音或灯光提示。

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