CN213337948U - 一种电池电量检测系统 - Google Patents

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李生宗
范昊男
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Abstract

本实用新型公开了一种电池电量检测系统，包括：电池数据获取模块，位于回路中，用于分别获取第一时刻、第二时刻负载两端的第一电压、第二电压以及流过负载的第一电流、第二电流；获取当前时刻负载两端的当前电压和流过负载的当前电流；电压补偿参数计算模块，用于利用一预设公式以及当前电流、第一电压、第二电压、第一电流和第二电流计算出电压补偿参数；电池实际电压计算模块，用于根据电压补偿参数及当前电压计算出当前时刻电池的实际电压；以及电池电量判读模块，用于根据当前时刻电池的实际电压以及电池的电池电压‑电池电量充放电曲线获取电池的电量。本系统解决了因系统负载电流大或者内阻大导致电池电压‑电池电量判读精度差的问题。

Description

一种电池电量检测系统
技术领域
本实用新型涉及电池电量检测技术领域，具体涉及一种电池电量检测系统。
背景技术
目前主流的电池电量检测方法是简单测量电池电压，通过电池电压-电池电量充放电曲线进行电池电量判读，如图1所示为常规电池电压采集等效电路图。
但是，通过该方法存在以下问题：忽略了电池内阻以及电池插座、线路等产生的寄生电阻，会导致负载电流大的时候，电池电压误差大而大大降低电池电量判读精度。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种电池电量检测系统，以解决背景技术中所提出的技术问题。
本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种电池电量检测系统，用于检测一电池的电量，所述电池与一负载串联在一回路中，包括：
电池数据获取模块，位于所述回路中，用于分别获取第一时刻、第二时刻所述负载两端的第一电压、第二电压以及流过所述负载的第一电流、第二电流；获取当前时刻所述负载两端的当前电压和流过所述负载的当前电流；
电压补偿参数计算模块，用于利用一预设公式以及所述当前电流、第一电压、第二电压、第一电流和第二电流计算出电压补偿参数；
电池实际电压计算模块，用于根据所述电压补偿参数及所述当前电压计算出当前时刻所述电池的实际电压；以及
电池电量判读模块，用于根据当前时刻所述电池的实际电压以及所述电池的电池电压-电池电量充放电曲线获取所述电池的电量。
进一步，所述电池数据获取模块包括电流采样单元、电压采样单元及采样点控制单元，所述采样点控制单元用于控制所述电流采样单元在预定的时刻采集流过所述负载的电流，以及控制所述电压采样单元在预定的时刻采集所述负载两端的电压。
进一步，所述电流采样单元包括电流采样电阻及充放电电流检测电路，所述电流采样电阻串联在所述回路中，所述充放电电流检测电路分别连接在所述采样电阻的两端，且所述充放电电流检测电路的输出端连接所述采样点控制单元。
进一步，所述充放电电流检测电路包括电流检测放大器和基准电压元件；
所述电流检测放大器与所述电流采样电阻两端连接，通过差分信号获取流经电流采样电阻的电流值，放大后输出电流对应的电压值；
所述基准电压元件与所述电流检测放大器连接，用于为所述电流检测放大器提供基准参考电压。
进一步，所述电压采样单元包括电压跟随器及两个分压电阻，两个所述分压电阻串联后并联在所述负载的两端，电压跟随器的输入端连接在两个所述分压电阻之间，输出端连接所述采样点控制单元。
进一步，两个分压电阻之间串联有开关管。
进一步，所述预设公式为：
v＝I*|ΔV/ΔI|，
ΔV＝V1-V0，
ΔI＝I1-I0；
其中，v为电压补偿参数，I为流过所述负载的当前电流，V0为第一电压，V1为第二电压，I0为第一电压，I1为第二电压。
进一步，利用如下公式计算出当前时刻所述电池的实际电压E：
E＝v+V；
其中，v为电压补偿参数，V为负载两端的当前电压
本实用新型的有益效果体现在：
本实用新型的电池电量检测系统能够计算出电池内阻，间接计算出电压补偿参数，解决了因系统负载电流大或者内阻大导致电池电压-电池电量判读精度差，甚至出现误报的问题。
本实用新型的电池电量检测系统硬件成本低，实现方案简单可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为现有的电池电压采集等效电路图；
图2为本实用新型提供的改进后的电池电压采集等效电路图；
图3为本实用新型提供的电池数据获取模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
本实用新型的一种电池电量检测系统，用于检测一电池的电量，所述电池与一负载串联在一回路中，包括：
电池数据获取模块，位于所述回路中，用于分别获取第一时刻、第二时刻所述负载两端的第一电压、第二电压以及流过所述负载的第一电流、第二电流；获取当前时刻所述负载两端的当前电压和流过所述负载的当前电流；
电压补偿参数计算模块，用于利用一预设公式以及所述当前电流、第一电压、第二电压、第一电流和第二电流计算出电压补偿参数；
电池实际电压计算模块，用于根据所述电压补偿参数及所述当前电压计算出当前时刻所述电池的实际电压；以及
电池电量判读模块，用于根据当前时刻所述电池的实际电压以及所述电池的电池电压-电池电量充放电曲线获取所述电池的电量。
具体的，本实施例改进后的电池电压检测方案如图2所示，假设电池实际电压为E，电池内阻以及寄生电阻为r，电池充放电电流为I,电池负载两端电压为V。AD采样周期设置为1ms，则可以由以下公式推导计算出r的大小：
E0＝I0*r+V0； (1)
E1＝I1*r+V1； (2)
其中E1与E0间隔一个AD采样周期。则公式(2)减去公式(1)得到：
ΔE＝ΔI*r+ΔV； (3)
由于采样周期很短，为1ms，因此在实际应用中可以认为ΔE→0，r保持不变。则可以计算出：
r＝|ΔV/ΔI|； (4)
通过检测到的电流变化ΔI引起的电压变化ΔV，间接得出内阻r，然后根据检测到的当前电流I,确定补偿电压参数为:
v＝I*r； (5)
则实际电池电压E为：
E＝v+V； (6)
结合公式(4)(5)得到：
E＝I*|ΔV/ΔI|+V； (7)
因此，通过公式(7)即可准确得到电池实际电压E。
本实施例中，所述电池数据获取模块包括电流采样单元、电压采样单元及采样点控制单元，所述采样点控制单元用于控制所述电流采样单元在预定的时刻采集流过所述负载的电流，以及控制所述电压采样单元在预定的时刻采集所述负载两端的电压。
具体的，如图3所示，所述电流采样单元包括电流采样电阻R2及充放电电流检测电路，所述电流采样电阻R2串联在所述回路中，所述充放电电流检测电路分别连接在所述电流采样电阻R2的两端，且所述充放电电流检测电路的输出端连接所述采样点控制单元。
所述充放电电流检测电路包括电流检测放大器和基准电压元件；
所述电流检测放大器U2与所述电流采样电阻R2两端连接，通过差分信号获取流经电流采样电阻R2的电流值，放大后输出电流对应的电压值；
所述基准电压元件U3与所述电流检测放大器U2连接，用于为所述电流检测放大器U2提供基准参考电压,确保U2可以检测充电、放电双向电流。
本实施例中，电流检测放大器U2的型号为INA199A，基准电压元件U3的型号为AD8515ARTZ。
具体的，如图3所示，所述电压采样单元包括电压跟随器U1及两个分压电阻R1和R7，两个所述分压电阻串联后并联在所述负载的两端，电压跟随器U1的输入端连接在两个所述分压电阻之间，输出端连接所述采样点控制单元。
进一步，为减少电池在非开机状态的静态电流损耗，同时可以避免R1、R7组成的分压网络因阻值过大，导致电压跟随器U1响应速度过慢，在两个分压电阻之间串联有开关管Q1，开关管Q1为NMOS管。
综上所述，本实用新型实施例提供的电池电量检测系统能够计算出电池内阻，间接计算出电压补偿参数，解决了因系统负载电流大或者内阻大导致电池电压-电池电量判读精度差，甚至出现误报的问题。
本实用新型的电池电量检测系统硬件成本低，实现方案简单可靠。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种电池电量检测系统，用于检测一电池的电量，所述电池与一负载串联在一回路中，其特征在于，包括：
电池数据获取模块，位于所述回路中，用于分别获取第一时刻、第二时刻所述负载两端的第一电压、第二电压以及流过所述负载的第一电流、第二电流；获取当前时刻所述负载两端的当前电压和流过所述负载的当前电流；
电压补偿参数计算模块，用于利用一预设公式以及所述当前电流、第一电压、第二电压、第一电流和第二电流计算出电压补偿参数；
电池实际电压计算模块，用于根据所述电压补偿参数及所述当前电压计算出当前时刻所述电池的实际电压；以及
电池电量判读模块，用于根据当前时刻所述电池的实际电压以及所述电池的电池电压-电池电量充放电曲线获取所述电池的电量。
2.根据权利要求1所述的一种电池电量检测系统，其特征在于：所述电池数据获取模块包括电流采样单元、电压采样单元及采样点控制单元，所述采样点控制单元用于控制所述电流采样单元在预定的时刻采集流过所述负载的电流，以及控制所述电压采样单元在预定的时刻采集所述负载两端的电压。
3.根据权利要求2所述的一种电池电量检测系统，其特征在于：所述电流采样单元包括电流采样电阻及充放电电流检测电路，所述电流采样电阻串联在所述回路中，所述充放电电流检测电路分别连接在所述采样电阻的两端，且所述充放电电流检测电路的输出端连接所述采样点控制单元。
4.根据权利要求3所述的一种电池电量检测系统，其特征在于：所述充放电电流检测电路包括电流检测放大器和基准电压元件；
所述电流检测放大器与所述电流采样电阻两端连接，通过差分信号获取流经电流采样电阻的电流值，放大后输出电流对应的电压值；
所述基准电压元件与所述电流检测放大器连接，用于为所述电流检测放大器提供基准参考电压。
5.根据权利要求2所述的一种电池电量检测系统，其特征在于：所述电压采样单元包括电压跟随器及两个分压电阻，两个所述分压电阻串联后并联在所述负载的两端，电压跟随器的输入端连接在两个所述分压电阻之间，输出端连接所述采样点控制单元。
6.根据权利要求5所述的一种电池电量检测系统，其特征在于：两个分压电阻之间串联有开关管。
7.根据权利要求1所述的一种电池电量检测系统，其特征在于：所述预设公式为：
v＝I*|ΔV/ΔI|，
ΔV＝V1-V0，
ΔI＝I1-I0；
其中，v为电压补偿参数，I为流过所述负载的当前电流，V0为第一电压，V1为第二电压，I0为第一电压，I1为第二电压。
8.根据权利要求7所述的一种电池电量检测系统，其特征在于：利用如下公式计算出当前时刻所述电池的实际电压E：
E＝v+V；
其中，v为电压补偿参数，V为负载两端的当前电压。
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