CN219609178U - 电池电量监测电路及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电池电量监测电路及装置，电池电量监测电路包括：信号滤波模块和电量监测模块，所述信号滤波模块与所述电量监测模块连接；所述信号滤波模块用于信号滤波，并向所述电量监测模块输出电压；所述电量监测模块用于监测电池电量。与采用电池电压估算法或者采用电池电量库仑统计法来监测电池电量的方式相比，本申请电池电量监测电路在待测电池上连接采样电阻与电池管理芯片，通过检测采样电阻两端的电压来监测电池的电量，并根据检测到的环境温度通过算法进行补偿，以得到精确的电池电量。采用本申请电池电量监测电路能够对为物联网终端节点供电的电池（包括恒压型锂亚电池在内），进行电池剩余电量的监测，并且功耗能够控制在2μA以内。

Description

电池电量监测电路及装置

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池电量监测电路及装置。

背景技术

现如今物联网终端节点大多采用电池供电，所选电池的电量大小和功耗直接影响到物联网终端节点的续航时长，因而对物联网终端节点的电量进行精准监测和管理，对于物联网终端节点的电池能耗利用最大化具有非凡的意义。

目前，针对电池电量统计与分析主要采用电池电压估算法和电池电量库仑统计法。电池电压估算法是利用电池电压电量近似线性化特征，通过测得实际工作电压所在范围来预估电池剩余电量，但此方法并不适用物联网中使用数量较多的恒压型锂亚电池；电池电量库仑统计法通过在电池与节点之间插入专用电量统计电路，对节点的剩余电量进行实时采样与监控，该方法可以很好的实现电量监控，但缺点是需要给每一个物联节点配置一个电池库仑统计电路，电池库伦统计装置的插入会增加整个物联节点的功耗。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种电池电量监测电路及装置，旨在实现针对包括恒压型锂亚电池在内的为物联网终端节点供电的电池，进行低功耗的电量监测。

为实现上述目的，本申请提供一种电池电量监测电路，所述电池电量监测电路包括：信号滤波模块和电量监测模块，所述信号滤波模块与所述电量监测模块连接；

所述信号滤波模块用于信号滤波，并向所述电量监测模块输出电压；

所述电量监测模块用于监测电池电量。

可选的，所述信号滤波模块包括：第一电容、第二电容和第三电容；

所述第一电容的第一端与所述第三电容的第一端连接于第一节点，所述第二电容的第一端与所述第三电容的第二端连接于第二节点，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端均接地。

可选的，所述信号滤波模块还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和待监测电量的电池；

所述第一电阻的第一端与所述第一节点连接，所述第二电阻的第一端与所述第二节点连接，所述第一电阻的第二端和所述第三电阻的第一端均与所述电池的负极连接，所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第二端均接地。

可选的，所述信号滤波模块还包括：第四电容和第五电容；

所述第四电容的第一端与所述电池的正极连接，所述第四电容的第二端与所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第二端接地。

可选的，所述信号滤波模块还包括：第四电阻、第一二极管、第二二极管、开关、外接电源和保险丝；

所述开关的第四引脚和所述第四电阻的第一端均与所述电池的正极连接，所述第四电阻的第二端和所述开关的第三引脚均与所述保险丝的第一端连接，所述开关的第一引脚与所述第二二极管的第一端连接，所述第二二极管的第二端和所述第一二极管的正极均接地，所述开关的第二引脚、所述保险丝的第二端和所述第一二极管的负极均与所述外接电源连接。

可选的，所述电量监测模块包括：电源管理芯片；

所述电源管理芯片的SRP引脚与所述第一节点连接，所述电源管理芯片的SRN引脚与所述第二节点连接，所述电源管理芯片的VSS引脚接地。

可选的，所述电量监测模块还包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第五电阻的第一端与所述电源管理芯片的SCL引脚连接，所述第六电阻的第一端与所述电源管理芯片的SDA引脚连接，所述第七电阻的第一端与所述电源管理芯片的TS引脚连接，所述第八电阻的第一端与所述电源管理芯片的ALERT引脚连接，所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第二端和所述第八电阻的第二端均与所述外接电源连接。

可选的，所述电量监测模块还包括：第九电阻和第六电容；

所述第九电阻的第一端与所述电池的正极连接，所述第九电阻的第二端和所述第六电容的第一端均与所述电源管理芯片的BAT引脚连接，所述第六电容的第二端接地。

可选的，所述电量监测模块还包括：第七电容、第八电容和第十电阻；

所述第七电容的第一端与所述电源管理芯片的REG25引脚连接，所述第八电容的第一端和所述电源管理芯片的REGIN引脚均与所述电池正极连接，所述第十电阻的第一端与所述电源管理芯片的GE引脚连接，所述第七电容的第二端、所述第八电容的第二端和所述第十电阻的第二端均接地。

此外，为实现上述目的，本申请还提供一种电池电量监测装置，所述电池电量监测装置包括如上文所述的电池电量监测电路。

本申请提供一种电池电量监测电路及装置，所述电池电量监测电路包括：信号滤波模块和电量监测模块，所述信号滤波模块与所述电量监测模块连接；所述信号滤波模块用于信号滤波，并向所述电量监测模块输出电压；所述电量监测模块用于监测电池电量。

与采用电池电压估算法或者采用电池电量库仑统计法来监测电池电量的方式相比，本申请电池电量监测电路在待测电池上连接采样电阻与电池管理芯片，通过检测采样电阻两端的电压来监测电池的电量，并根据检测到的环境温度通过算法进行补偿，以得到精确的电池电量。

如此，本申请电池电量监测电路采用电池管理芯片来监测电池电量，与传统电池电量检测方法相比，本申请电池电量监测电路能够对为物联网终端节点供电的电池（包括恒压型锂亚电池在内），进行电池剩余电量的监测，并且功耗能够控制在2μA以内。

从而，本申请电池电量监测电路能够低功耗地监测不同种类电池的电量。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域默认技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请电池电量监测电路第一实施例的结构示意图；

图2为本申请电池电量监测电路中信号滤波模块的电路示意图；

图3为本申请电池电量监测电路中电量监测模块的电路示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				R1至R10	第一电阻至第10电阻	C1至C8	第一电容至第八电容
BT1	电池	P1	开关
				D1至D2	第一二极管至第二二极管	F1	保险丝
U1	电源管理芯片

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请实施例提供一种电池电量监测电路，在本申请电池电量监测电路的第一实施例中，请参照图1，图1为本申请电池电量监测电路第一实施例的结构示意图，所述电池电量监测电路包括：

信号滤波模块10，信号滤波模块与电量监测模块连接，所述信号滤波模块用于信号滤波，并向所述电量监测模块输出电压；

在本实施例中，信号滤波模块用于信号滤波，并向电量监测模块输出采样电阻两端的电压。

电量监测模块20，所述电量监测模块用于监测电池电量。

在本实施例中，电量监测模块用于采用中电量监测模块的电源管理芯片来检测信号滤波模块中接入的待监测电池的剩余电量。

在本实施例中，在信号滤波电路中接入需要进行电量监测的电池，信号滤波电路向电量监测模块输出采样电阻两端的电压，电量监测模块通过电源管理芯片将电压转换为电池的剩余电量，以监测电池的电量。

在本实施例中，与采用电池电压估算法或者采用电池电量库仑统计法来监测电池电量的方式相比，本申请电池电量监测电路在待测电池上连接采样电阻与电池管理芯片，通过检测采样电阻两端的电压来监测电池的电量，并根据检测到的环境温度通过算法进行补偿，以得到精确的电池电量。

如此，本申请电池电量监测电路采用电池管理芯片来监测电池电量，与传统电池电量检测方法相比，本申请电池电量监测电路能够对为物联网终端节点供电的电池（包括恒压型锂亚电池在内），进行电池剩余电量的监测，并且功耗能够控制在2μA以内。

从而，本申请电池电量监测电路能够低功耗地监测不同种类电池的电量。

进一步地，基于上述本申请电池电量监测电路的第一实施例，提出本申请电池电量监测电路的第二实施例。

在本申请电池电量监测电路的第二实施例中，请参照图2，图2为本申请电池电量监测电路中信号滤波模块的电路示意图，如图2所示，信号滤波模块10包括：第一电容、第二电容和第三电容；

所述第一电容的第一端与所述第三电容的第一端连接于第一节点，所述第二电容的第一端与所述第三电容的第二端连接于第二节点，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端均接地。

在本实施例中，信号滤波模块包括：第一电容、第二电容和第三电容，第一电容的第一端与第三电容的第一端连接于第一节点，第二电容的第一端与第三电容的第二端连接于第二节点，第一电容的第二端和第二电容的第二端均接地。

进一步地，在一种可行的实施例中，如图2所示，信号滤波模块10还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和待监测电量的电池；

所述第一电阻的第一端与所述第一节点连接，所述第二电阻的第一端与所述第二节点连接，所述第一电阻的第二端和所述第三电阻的第一端均与所述电池的负极连接，所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第二端均接地。

需要说明的是，在本实施例中，第三电阻为采样电阻。

在本实施例中，信号滤波模块还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和待监测电量的电池，第一电阻的第一端与第一节点连接，第二电阻的第一端与第二节点连接，第一电阻的第二端和第三电阻的第一端均与电池的负极连接，第二电阻的第二端和第三电阻的第二端均接地；第一电阻、第二电阻、第三电阻与上述第一电容、第二电容和第三电容共同组成信号滤波电路，将待监测电量的电池剩余的电量转换为第三电阻即采样电阻两端的电压，并将电压输出至电量监测模块。

进一步地，在一种可行的实施例中，如图2所示，信号滤波模块10还包括：第四电容和第五电容；

所述第四电容的第一端与所述电池的正极连接，所述第四电容的第二端与所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第二端接地。

在本实施例中，信号滤波模块还包括：第四电容和第五电容，第四电容的第一端与电池的正极连接，第四电容的第二端与第五电容的第一端连接，第五电容的第二端接地，第四电容和第五电容均为极性电容。

进一步地，在一种可行的实施例中，如图2所示，信号滤波模块10还包括：第四电阻、第一二极管、第二二极管、开关、外接电源和保险丝；

所述开关的第四引脚和所述第四电阻的第一端均与所述电池的正极连接，所述第四电阻的第二端和所述开关的第三引脚均与所述保险丝的第一端连接，所述开关的第一引脚与所述第二二极管的第一端连接，所述第二二极管的第二端和所述第一二极管的正极均接地，所述开关的第二引脚、所述保险丝的第二端和所述第一二极管的负极均与所述外接电源连接。

需要说明的是，在本实施例中，第二二极管为两个稳压二极管反向串联组成，外接电源为3.6V电源。

在本实施例中，信号滤波模块还包括：第四电阻、第一二极管、第二二极管、开关、外接电源和保险丝，开关的第四引脚和第四电阻的第一端均与电池的正极连接，第四电阻的第二端和开关的第三引脚均与保险丝的第一端连接，开关的第一引脚与第二二极管的第一端连接，第二二极管的第二端和第一二极管的正极均接地，开关的第二引脚、保险丝的第二端和第一二极管的负极均与外接电源连接，其中，第四电阻、第一二极管、第二二极管、开关、外接电源和保险丝组成一个保护电路，防止电流过大损坏元件。

此外，还可以在开关的第一引脚接一个发光二极管（LED），用于使电路的工作状态可视化。

进一步地，在一种可行的实施例中，请参照图3，图3为本申请电池电量监测电路中电量监测模块的电路示意图，如图3所示，电量监测模块20包括：电源管理芯片；

所述电源管理芯片的SRP引脚与所述第一节点连接，所述电源管理芯片的SRN引脚与所述第二节点连接，所述电源管理芯片的VSS引脚接地。

在本实施例中，电量监测模块包括：电源管理芯片，电源管理芯片的SRP引脚与第一节点连接，电源管理芯片的SRN引脚与第二节点连接，电源管理芯片的VSS引脚接地，SRP引脚与SRN引脚之间连接采样电阻，并检测采样电阻两端电压，再通过电源管理芯片内置算法得到电池剩余电量。

进一步地，在一种可行的实施例中，如图3所示，电量监测模块20还包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第五电阻的第一端与所述电源管理芯片的SCL引脚连接，所述第六电阻的第一端与所述电源管理芯片的SDA引脚连接，所述第七电阻的第一端与所述电源管理芯片的TS引脚连接，所述第八电阻的第一端与所述电源管理芯片的ALERT引脚连接，所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第二端和所述第八电阻的第二端均与所述外接电源连接。

需要说明的是，在本实施例中，第七电阻为热敏电阻，用于检测环境温度，以补偿电源管理芯片检测到的电池电量，提高监测精度。

在本实施例中，电量监测模块还包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，第五电阻的第一端与电源管理芯片的SCL引脚连接，第六电阻的第一端与电源管理芯片的SDA引脚连接，第七电阻的第一端与电源管理芯片的TS引脚连接，第八电阻的第一端与电源管理芯片的ALERT引脚连接，第五电阻的第二端、第六电阻的第二端和第八电阻的第二端均与外接电源连接，其中，第五电阻、第六电阻和第八电阻均为上拉电阻，保证SDA引脚、SCL引脚和ALERT引脚的通信电平的稳定性。

此外，电源管理芯片的SDA引脚与主机的I2C1-SDA引脚连接，电源管理芯片的SCL引脚与主机的I2C1-SCL引脚连接，用于与主机采用I2C通信方式通信，电源管理芯片的TS引脚与主机的REG25引脚连接，电源管理芯片的ALERT引脚与主机的Alert引脚连接。

进一步地，在一种可行的实施例中，如图3所示，电量监测模块20还包括：第九电阻和第六电容；

所述第九电阻的第一端与所述电池的正极连接，所述第九电阻的第二端和所述第六电容的第一端均与所述电源管理芯片的BAT引脚连接，所述第六电容的第二端接地。

在本实施例中，电量监测模块还包括：第九电阻和第六电容，第九电阻的第一端与电池的正极连接，第九电阻的第二端和第六电容的第一端均与电源管理芯片的BAT引脚连接，第六电容的第二端接地，其中，第六电容为去耦电容。

进一步地，在一种可行的实施例中，如图3所示，电量监测模块20还包括：第七电容、第八电容和第十电阻；

所述第七电容的第一端与所述电源管理芯片的REG25引脚连接，所述第八电容的第一端和所述电源管理芯片的REGIN引脚均与所述电池正极连接，所述第十电阻的第一端与所述电源管理芯片的GE引脚连接，所述第七电容的第二端、所述第八电容的第二端和所述第十电阻的第二端均接地。

在本实施例中，电量监测模块还包括：第七电容、第八电容和第十电阻，第七电容的第一端与电源管理芯片的REG25引脚连接，第八电容的第一端和电源管理芯片的REGIN引脚均与电池正极连接，第十电阻的第一端与电源管理芯片的GE引脚连接，第七电容的第二端、第八电容的第二端和第十电阻的第二端均接地，其中，第七电容和第八电容均为去耦电容，第十电阻为下拉电阻，保证GE引脚输入的电平的稳定性。

此外，电源管理芯片的GE引脚与主机的GE引脚连接，可以通过主机控制使电源管理芯片实现小于2μA的功耗，电源管理芯片的REG25引脚与主机的REG25引脚连接。

具体的，在实际使用的过程中，在电源管理芯片的SRP引脚与SRN引脚之间连接采样电阻，从而检测信号滤波模块整体电路的电流和电压，然后通过TS引脚连接的热敏电阻检测环境温度，并将环境温度作为补偿参数，然后电源管理芯片采用电压、电流和温度测量结果来检测运行状况(SOH，state of health)数据和充放电结束警告信息，然后主机可通过400kHz的I2C总线从其中读取收集的数据。此外还可使用基于各种可配置状态和数据选项的ALERT输出来中断主机。

此外，在测量一次性锂电池的剩余电量前，需要在REGIN引脚和BAT引脚接入2.7V以上的电压，为设备供电，并在GE引脚接入2.65V以上的电压，起使能作用，然后使用BQStudio校准设备，再编程选择测量电池的类型，再根据不同的类型采用不同的配置，从而能够对电池电量进行检测。

在本实施例中，与采用电池电压估算法或者采用电池电量库仑统计法来监测电池电量的方式相比，本申请电池电量监测电路的电源管理芯片采用电压、电流和温度测量结果来检测运行状况(SOH，state of health)数据和充放电结束警告信息，然后主机可通过400kHz的I2C总线从其中读取收集的数据。

如此，本申请电池电量监测电路采用电池管理芯片来监测电池电量，与传统电池电量检测方法相比，本申请电池电量监测电路能够对为物联网终端节点供电的电池（包括恒压型锂亚电池在内），进行电池剩余电量的监测，并且功耗能够控制在2μA以内。

从而，本申请电池电量监测电路能够低功耗地监测不同种类电池的电量。

此外，本申请还提供一种电池电量监测装置，本申请电池电量监测装置包括如上任一实施例所述的电池电量监测电路。

本申请电池电量监测装置所包含的电池电量监测电路的具体实施方式与上述电池电量监测电路各实施例基本相同，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池电量监测电路，其特征在于，所述电池电量监测电路包括：信号滤波模块和电量监测模块，所述信号滤波模块与所述电量监测模块连接；

所述信号滤波模块用于信号滤波，并向所述电量监测模块输出电压；

所述电量监测模块用于监测电池电量。

2.根据权利要求1所述的电池电量监测电路，其特征在于，所述信号滤波模块包括：第一电容、第二电容和第三电容；

所述第一电容的第一端与所述第三电容的第一端连接于第一节点，所述第二电容的第一端与所述第三电容的第二端连接于第二节点，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端均接地。

3.根据权利要求2所述的电池电量监测电路，其特征在于，所述信号滤波模块还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和待监测电量的电池；

所述第一电阻的第一端与所述第一节点连接，所述第二电阻的第一端与所述第二节点连接，所述第一电阻的第二端和所述第三电阻的第一端均与所述电池的负极连接，所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第二端均接地。

4.根据权利要求3所述的电池电量监测电路，其特征在于，所述信号滤波模块还包括：第四电容和第五电容；

所述第四电容的第一端与所述电池的正极连接，所述第四电容的第二端与所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第二端接地。

5.根据权利要求3所述的电池电量监测电路，其特征在于，所述信号滤波模块还包括：第四电阻、第一二极管、第二二极管、开关、外接电源和保险丝；

所述开关的第四引脚和所述第四电阻的第一端均与所述电池的正极连接，所述第四电阻的第二端和所述开关的第三引脚均与所述保险丝的第一端连接，所述开关的第一引脚与所述第二二极管的第一端连接，所述第二二极管的第二端和所述第一二极管的正极均接地，所述开关的第二引脚、所述保险丝的第二端和所述第一二极管的负极均与所述外接电源连接。

6.根据权利要求5所述的电池电量监测电路，其特征在于，所述电量监测模块包括：电源管理芯片；

所述电源管理芯片的SRP引脚与所述第一节点连接，所述电源管理芯片的SRN引脚与所述第二节点连接，所述电源管理芯片的VSS引脚接地。

7.根据权利要求6所述的电池电量监测电路，其特征在于，所述电量监测模块还包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第五电阻的第一端与所述电源管理芯片的SCL引脚连接，所述第六电阻的第一端与所述电源管理芯片的SDA引脚连接，所述第七电阻的第一端与所述电源管理芯片的TS引脚连接，所述第八电阻的第一端与所述电源管理芯片的ALERT引脚连接，所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第二端和所述第八电阻的第二端均与所述外接电源连接。

8.根据权利要求6所述的电池电量监测电路，其特征在于，所述电量监测模块还包括：第九电阻和第六电容；

所述第九电阻的第一端与所述电池的正极连接，所述第九电阻的第二端和所述第六电容的第一端均与所述电源管理芯片的BAT引脚连接，所述第六电容的第二端接地。

9.根据权利要求6所述的电池电量监测电路，其特征在于，所述电量监测模块还包括：第七电容、第八电容和第十电阻；

所述第七电容的第一端与所述电源管理芯片的REG25引脚连接，所述第八电容的第一端和所述电源管理芯片的REGIN引脚均与所述电池正极连接，所述第十电阻的第一端与所述电源管理芯片的GE引脚连接，所述第七电容的第二端、所述第八电容的第二端和所述第十电阻的第二端均接地。

10.一种电池电量监测装置，其特征在于，所述电池电量监测装置包括如权利要求1-9中任一项所述的电池电量监测电路。