电池剩余容量检测装置的制作方法

本发明实施例涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电池剩余容量检测装置。

背景技术：

实时时钟芯片(real_timeclock，rtc)是日常生活中使用较为广泛的集成芯片之一，将实时时钟芯片安装在电子设备上，可以为人们提供准确的实时时间或者为电子设备提供精确的时间基准。

在外部电源掉电时，为了保证实时时钟芯片仍然可以工作，需要外加电池对实时时钟芯片供电。最广泛地，采用锂锰电池对实时时钟芯片供电。

目前，锂锰电池的标称寿命通常只有3-5年，且电池的实际使用寿命受厂家制造水平和品质控制的影响较大，由于电池的批次不同，无法准确判断电池的实际容量，一旦锂锰电池发生断电，会导致电子设备的时钟工作异常，甚至需要用户将电子设备返厂更换电池，用户使用成本较高。

因此，需要对该技术进行改进。

技术实现要素：

本发明提供一种电池剩余容量检测装置，以解决无法准确跟踪电池的实际容量的问题，便于提醒用户及时更换电池，避免电池钝化或者电池电量不足导致时钟工作异常。

本发明实施例提供了一种电池剩余容量检测装置，包括：外部电源供电电路、电池供电电路、电池放电电路和控制单元，其中，

所述外部电源供电电路和所述电池供电电路分别与集成芯片的电源输入端相连；

所述控制单元分别与所述外部电源供电电路、所述电池供电电路和所述电池放电电路相连；

当所述电池供电电路对所述集成芯片供电时，所述控制单元用于控制所述电池放电电路和所述外部电源供电电路断开，并计算所述电池供电电路的供电电流；当所述外部电源供电电路对所述集成芯片供电时，所述控制单元用于控制所述电池放电电路开通，并计算所述电池放电电路的放电电流，

所述控制单元还用于分别记录电池的供电时间和电池的放电时间，并根据所述供电电流、所述供电时间、所述放电电流和所述放电时间检测电池剩余容量。

可选地，所述电池放电电路包括电池、第一电阻、第一二极管、第二二极管、第一开关单元、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，其中，所述电池的正极端与所述第一电阻的第一端相连，所述电池的负极端接地；所述第一二极管的正极与所述第一电阻的第二端相连，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极相连，所述第二二极管的负极与所述集成芯片的电源输入端相连；所述第一开关单元的输入端与所述集成芯片的电源输入端相连，所述第一开关单元的输出端与所述第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端接地；所述第三电阻的第一端与外部电源接口相连，所述第三电阻的第二端与所述第一开关单元的控制端相连；所述第四电阻的第一端与所述控制单元的第一控制信号输出端相连，所述第四电阻的第二端与所述第一开关单元的控制端相连，所述控制单元的第一控制信号输出端用于输出第一控制信号，所述第一控制信号用于驱动所述第一开关单元开通或者关断；所述第五电阻的第一端与所述第一开关单元的控制端相连，所述第五电阻的第二端接地。

可选地，所述电池剩余容量检测装置还包括电池电压采集电路，所述电池电压采集电路包括第二开关单元、第三开关单元、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻，其中，所述第二开关单元的输入端与电池的正极端相连，所述第二开关单元的输出端与所述第六电阻的第一端相连，所述第六电阻的第二端接地；所述第七电阻的第一端与电池的正极端相连，所述第七电阻的第二端与所述第二开关单元的控制端相连；所述第三开关单元的输入端与所述第七电阻的第二端相连，所述第三开关单元的输出端接地；所述第八电阻的第一端与所述控制单元的第二控制信号输出端相连，所述第八电阻的第二端与所述第三开关单元的控制端相连，所述控制单元的第二控制信号输出端用于输出第二控制信号，所述第二控制信号用于驱动所述第三开关单元开通或关断；所述第九电阻的第一端与所述第三开关单元的控制端相连，所述第九电阻的第二端接地。

可选地，所述控制单元包括第一采样端口，所述控制单元的第一采样端口与所述第六电阻的第一端相连，所述控制单元用于通过所述第一采样端口采集所述第六电阻的第一端的第一电压，并根据所述第一电压和所述第二电阻计算所述电池供电电路的放电电流。

可选地，所述第一电阻的阻值k1和所述第二电阻的阻值k2满足：10*k1≤k2。

可选地，所述电池供电电路包括电池、第一电阻、第一二极管、第二二极管，其中，所述电池的正极端与所述第一电阻的第一端相连，所述电池的负极端接地；所述第一二极管的正极与所述第一电阻的第二端相连，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极相连，所述第二二极管的负极与所述集成芯片的电源输入端相连。

可选地，所述控制单元包括第二采样端口和第三采样端口，所述第二采样端口与所述第一电阻的第一端相连，所述第三采样端口与所述第一电阻的第二端相连，所述控制单元用于采集所述第一电阻两端的第二电压，并根据所述第二电压计算所述电池供电电路的供电电流。

可选地，所述外部电源供电电路包括第三二极管、第四开关单元、第五开关单元、第十电阻和第十一电阻，其中，所述第三二极管的正极与外部电源接口相连，所述第三二极管的负极与所述第四开关单元的输入端相连，所述第四开关单元的输出端与所述集成芯片的电源输入端相连；所述第十电阻的第一端与所述第三二极管的正极相连，所述第十电阻的第二端与所述第四开关单元的控制端相连；所述第五开关单元的输入端与所述第十电阻的第二端相连，所述第五开关单元的输出端接地，所述第五开关单元的控制端通过所述第十一电阻与所述控制单元的第一控制信号输出端相连，所述控制单元的第一控制信号输出端用于输出第一控制信号，所述第一控制信号用于驱动所述第五开关单元开通或者关断。

可选地，所述第二开关单元和所述第四开关单元为p沟道型mos管。

可选地，所述电池剩余容量检测装置还包括第一电容和第二电容，所述第一电容的第一端与所述集成芯片的电源输入端相连，所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端与所述集成芯片的电源输入端相连，所述第二电容的第二端接地。

本发明实施例通过电池供电电路获取电池的供电电流，并通过电池放电电路获取电池的放电电流，并根据电池的供电电流、电池的供电时间、电池的放电电流和电池的放电时间检测电池剩余容量，可获取电池的实际容量，解决了无法准确跟踪电池的实际容量的问题，便于提醒用户及时更换电池，避免了电池钝化或者电池电量不足导致时钟工作异常，降低了使用成本，提升了用户体验。

附图说明

图1是本发明实施例的电池剩余容量检测装置的电气原理图；

图2是本发明实施例的一种电池剩余容量检测装置的电气原理图；

图3是本发明实施例的另一种电池剩余容量检测装置的电气原理图；

图4是本发明实施例的又一种电池剩余容量检测装置的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在电脑、电子秤、计算器、电子辞典或者其他具有记忆功能和断电保护功能的电子设备上，通常设置有包含时钟芯片的集成芯片，时钟芯片用于为电子设备提供精确的时间基准。为了保证时钟芯片持续工作，集成芯片的工作电源包括外部电源和电池电源两部分。在外部电源得电时，集成芯片采用外部电源供电；在外部电源失电时，集成芯片采用电池供电。当电池电量不足时，容易导致时钟工作异常。

此外，当外部电源得电时，电池处于闲置开路状态，如果电池闲置的时间过长，那么电池的内部会产生钝化膜，而切换到电池供电时，如果滞后的电压低于时钟芯片的工作电压，那么时钟芯片就会完全“失压”，系统时钟就会恢复到初始时间，导致时钟工作异常。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种电池剩余容量检测装置。

图1是本发明实施例的电池剩余容量检测装置的电气原理图。

如图1所示，电池剩余容量检测装置包括：外部电源供电电路10、电池供电电路20、电池放电电路30和控制单元40，其中，外部电源供电电路10和电池供电电路20分别与集成芯片50的电源输入端vcc相连；控制单元40分别与外部电源供电电路10、电池供电电路20和电池放电电路30相连。

当电池供电电路20对集成芯片50供电时，控制单元40用于控制电池放电电路30和外部电源供电电路10断开，并计算流经电池供电电路20的供电电流i1；当外部电源供电电路10对集成芯片50供电时，控制单元40用于控制电池放电电路30开通，并计算流经电池放电电路30的放电电流i2，控制单元40还用于分别记录电池的供电时间t1和电池的放电时间t2，并根据供电电流i1、供电时间t1、放电电流i2和放电时间t2检测电池剩余容量c1。

本实施例中，电池已用容量cy可由公式一进行计算，公式一如下所示：

其中，t0为检测初始时刻，t1为检测结束时刻，i为检测期间电池的供电电流或放电电流，检测周期t＝t1-t0。

本实施例中，集成芯片50包括时钟芯片。当外部电源接口vdd失电时，电池供电电路20对集成芯片50供电，以保证集成芯片50持续工作，此时，电池放电电路30断开，电池处于供电状态，电池的供电时间为t1。当外部电源接口vdd得电时，外部电源供电电路10对集成芯片50供电，电池供电电路20停止对集成芯片50的电源输入端vcc供电，此时，控制单元40控制电池放电电路30开通，电池处于放电状态，电池的放电时间为t2。其中，供电时间t1和放电时间t2之和等于检测周期t。

本实施例中，在外部电源接口vdd失电时，为了计算电池供电电路20对集成芯片50供电时流经电池供电电路20的供电电流i1＇，需在外部电源接口vdd得电时，控制电池供电电路20对集成芯片50供电，并计算流经电池供电电路20的供电电流i1，当检测周期t小于预设时间段t0(例如24小时)时，供电电流i1＇近似等于供电电流i1。

可选地，在外部电源接口vdd上电时，控制单元40首先控制电池放电电路30和外部电源供电电路10断开，此时，电池供电电路20对集成芯片50供电，电池处于供电状态，控制单元40实时计算流经电池供电电路20的供电电流i1；进而，控制单元40控制外部电源供电电路10和电池放电电路30开通，电池处于放电状态，控制单元40实时计算流过电池放电电路30的放电电流i2。

控制单元40用于将供电电流i1、放电电流i2、电池的供电时间t1和电池的放电时间t2代入公式一，计算检测周期内电池已用容量cy。

根据公式一计算可知，

进一步地，控制单元40用于将电池已用容量cy代入公式二，计算电池剩余容量c1，公式二如下所示：

c1＝c0-cy(公式二)

其中，c0为检测初始时刻的电池剩余容量。

需要说明的是，控制单元40可用于将电池剩余容量c1存储在寄存器中，由此，在下一个检测周期内，控制单元40可用于读取寄存器中的电池剩余容量，并将读取到的电池剩余容量作为检测初始时刻的电池剩余容量c0。

本实施例中，通过电池供电电路获取电池的供电电流，并通过电池放电电路获取电池的放电电流，并根据电池的供电电流、电池的供电时间、电池的放电电流和电池的放电时间检测电池剩余容量，解决了无法准确跟踪电池的实际容量的问题，便于提醒用户及时更换电池，避免了电池钝化或者电池电量不足导致时钟工作异常，降低了使用成本，提升了用户体验。

图2是本发明实施例的一种电池剩余容量检测装置的电气原理图。

可选地，如图2所示，电池放电电路30包括电池60、第一电阻r1、第一二极管d1、第二二极管d2、第一开关单元301、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4和第五电阻r5，其中，电池60的正极端与第一电阻r1的第一端相连，电池60的负极端接地；第一二极管d1的正极与第一电阻r1的第二端相连，第一二极管d1的负极与第二二极管d2的正极相连，第二二极管d2的负极与集成芯片50的电源输入端vcc相连；第一开关单元301的输入端与集成芯片50的电源输入端vcc相连，第一开关单元301的输出端与第二电阻r2的第一端相连，第二电阻r2的第二端接地；第三电阻r3的第一端与外部电源接口vdd相连，第三电阻r3的第二端与第一开关单元301的控制端相连；第四电阻r4的第一端与控制单元40的第一控制信号输出端en1相连，第四电阻r4的第二端与第一开关单元301的控制端相连，控制单元40的第一控制信号输出端en1用于输出第一控制信号，第一控制信号用于驱动第一开关单元301开通或者关断；第五电阻r5的第一端与第一开关单元301的控制端相连，第五电阻r5的第二端接地。

本实施例中，第一开关单元301可为npn型三极管、n沟道型mos管、光敏二极管、继电器中的任一种开关器件。

示例性地，如图2所示，第一开关单元301可为npn型三极管q1。其中，三极管q1的集电极c与集成芯片50的电源输入端vcc相连，三极管q1的发射极与第二电阻r2的第一端相连，三极管q1的基极通过第三电阻r3与外部电源接口vdd相连。

本实施例中，第三电阻r3可为10千欧，第四电阻r4可为1千欧，第五电阻r5可为10千欧。

如图2所示，当外部电源接口vdd失电时，第一开关单元301的控制端电压被第五电阻r5拉低为地，第一开关单元301关断，电池放电电路30断开，电池停止放电；当外部电源接口vdd得电时，控制单元40的第一控制信号输出端en1输出的第一控制信号可为高电平，第一开关单元301的控制端电压被第三电阻r3拉高，三极管q1开通，电池放电电路30开通，即电池60、第一电阻r1、第一二极管d1、第二二极管d2、第一开关单元301和第二电阻r2形成导通回路，电池60对第二电阻r2进行放电。需要说明的是，当外部电源接口vdd得电时，控制单元40的第一控制信号输出端en1也可处于高阻状态或者输入主状态，此时，三极管q1的基极电压被第三电阻r3拉高。

由此，本实施例中，在外部电源得电时，电池处于放电状态，可以有效避免电池闲置产生钝化膜导致时钟工作异常，同时，在外部电源失电时，电池不会继续对第二电阻r2进行放电，可以避免电池的容量损耗，增加电池的使用寿命。

应当理解的是，在保证控制逻辑不变的前提下，第一开关单元301也可为串联连接的反向器和pnp型三极管；第一开关单元301还可为串联连接的反向器和p沟道型mos管，其工作过程与采用npn型三极管相同，在此不再一一赘述。

图3是本发明实施例的另一种电池剩余容量检测装置的电气原理图。

可选地，如图3所示，电池剩余容量检测装置还包括电池电压采集电路70，电池电压采集电路70包括第二开关单元701、第三开关单元702、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8和第九电阻r9，其中，第二开关单元701的输入端与电池的正极端相连，第二开关单元701的输出端与第六电阻r6的第一端相连，第六电阻r6的第二端接地；第七电阻r7的第一端与电池的正极端相连，第七电阻r7的第二端与第二开关单元701的控制端相连；第三开关单元702的输入端与第七电阻r7的第二端相连，第三开关单元702的输出端接地；第八电阻r8的第一端与控制单元40的第二控制信号输出端en2相连，第八电阻r8的第二端与第三开关单元702的控制端相连，控制单元40的第二控制信号输出端en2用于输出第二控制信号，第二控制信号用于驱动第三开关单元702开通或关断；第九电阻r9的第一端与第三开关单元702的控制端相连，第九电阻r9的第二端接地。

本实施例中，第三开关单元702可为npn型三极管、n沟道型mos管、光敏二极管、继电器中的任一种开关器件。

示例性地，如图3所示，第三开关单元702可为npn型三极管q2。其中，三极管q2的基极通过第八电阻r8与控制单元40的第二控制信号输出端en2相连，三极管q2的集电极与第七电阻r7的第二端相连，三极管q2的发射极接地。

可选地，如图3所示，第二开关单元701为p沟道型mos管q3。其中，mos管q3的源极与电池的正极端相连，mos管q3的栅极与第七电阻r7的第二端相连，mos管q3的漏极与第六电阻r6的第一端相连。

具体来说，当控制单元40的第二控制信号输出端en2输出的第二控制信号为高电平时，第三开关单元702的控制端的电压被第八电阻r8拉高，第三开关单元702开通，第二开关单元701的控制端的电压被第三开关单元702拉低到地，第二开关单元701的输入端和控制端之间的压差大于导通电压，第二开关单元701开通。

可选地，如图3所示，控制单元40包括第一采样端口adc+，控制单元40的第一采样端口adc+与第六电阻r6的第一端相连，控制单元40用于通过第一采样端口adc+采集第六电阻r6的第一端的第一电压u1，并根据第一电压u1和第二电阻r2计算电池供电电路20的放电电流i2。

本实施例中，在电池放电电路30开通时，控制单元40的第二控制信号输出端en2输出的第二控制信号为高电平，第二控制信号驱动第三开关单元702开通，进而驱动第二开关单元701开通，第六电阻r6的第一端的第一电压u1即为电池20的电压。

可选地，第一电阻r1的阻值k1和第二电阻r2的阻值k2满足：10*k1≤k2。

示例性地，第一电阻r1的阻值k1＝2.2千欧，第二电阻r2的阻值k2＝10兆欧。

本实施例中，在电池放电电路30开通时，电池60、第一电阻r1、第一二极管d1、第二二极管d2、第一开关单元301和第二电阻r2形成导通回路，控制单元40通过采集第六电阻r6的第一端的第一电压u1获取电池20的电压，由于10*k1≤k2，第一电阻r1的阻值k1相对于第二电阻r2的阻值k2可以忽略不计，控制单元40根据第一电压u1和第二电阻r2的阻值k2计算电池供电电路20的放电电流i2，其中，

由此，本实施例中，通过电池电压采集电路70采集电池的电压，进而计算电池的放电电流i2，电池电压采集电路70在采集电压时开通，可以有效降低电压测试的功耗。

可选地，如图2所示，电池供电电路20包括电池60、第一电阻r1、第一二极管d1、第二二极管d2，其中，电池60的正极端与第一电阻r1的第一端相连，电池60的负极端接地；第一二极管d1的正极与第一电阻r1的第二端相连，第一二极管d1的负极与第二二极管d2的正极相连，第二二极管d2的负极与集成芯片50的电源输入端vcc相连。

可选地，如图2所示，外部电源供电电路10包括第三二极管d3、第四开关单元101、第五开关单元102、第十电阻r10和第十一电阻r11，其中，第三二极管d3的正极与外部电源接口vdd相连，第三二极管d3的负极与第四开关单元101的输入端相连，第四开关单元101的输出端与集成芯片50的电源输入端vcc相连；第十电阻r10的第一端与第三二极管d3的正极相连，第十电阻r10的第二端与第四开关单元101的控制端相连；第五开关单元102的输入端与第十电阻r10的第二端相连，第五开关单元102的输出端接地，第五开关单元102的控制端通过第十一电阻r11与控制单元40的第一控制信号输出端en1相连，控制单元40的第一控制信号输出端en1用于输出第一控制信号，第一控制信号用于驱动第五开关单元102开通或者关断。

本实施例中，第五开关单元102可为npn型三极管、n沟道型mos管、光敏二极管、继电器中的任一种开关器件。

示例性地，第五开关单元102可为npn型三极管q5。其中，三极管q5的集电极与第十电阻r10的第二端相连，三极管q5的发射极接地，三极管q5的基极通过第十一电阻r11与控制单元40的第一控制信号输出端en1相连。

可选地，第四开关单元101为p沟道型mos管q4。其中，mos管q4的源极与第三二极管d3的负极相连，mos管q4的漏极与集成芯片50的电源输入端vcc相连，mos管q4的栅极与第十电阻r10的第二端相连。

本实施例中，第三电阻r3可为10千欧，第四电阻r4可为1千欧，第五电阻r5可为10千欧。

具体来说，在外部电源vdd得电时，控制单元40的第一控制信号输出端en1输出的第一控制信号为低电平，第一开关单元301的控制端的电压被第四电阻拉低为0.3v，第一开关单元301关断，电池放电电路30断开，电池停止对第二电阻r2进行放电；同时，控制单元40的第一控制信号输出端en1输出的第一控制信号为低电平，第五开关单元102关断，第四开关单元101的控制端和输入端的压差小于导通电压，第四开关单元101关断。此时，电池60通过第一电阻r1、第一二极管d1和第二二极管d2对集成芯片50的电源输入端vcc导通，即电池60对集成芯片50供电。

可选地，如图2所示，控制单元40包括第二采样端口rtc和第三采样端口adc-，第二采样端口rtc与第一电阻r1的第一端相连，第三采样端口adc-与第一电阻r1的第二端相连，控制单元40用于采集第一电阻r1两端的第二电压u2，并根据第二电压u2计算电池供电电路20的供电电流i1。

本实施例中，第一电阻r1可为2.2千欧。

本实施例中，在电池60对集成芯片50供电时，控制单元40采集第一电阻r1两端的第二电压u2，并根据第二电压u2和第一电阻r1的阻值k1计算电池供电电路20的供电电流i1，其中，

本实施例中，通过在外部电源得电时采集第一电阻r1两端的电压，可以计算电池的供电电流i1，外部电源得电时电池的供电电流i1近似等于外部电源失电时电池的供电电流i1＇，可实现在线检测，测量方法简便，测量结果准确度高。

可选地，在保证测量结果准确的前提下，也可在对集成芯片50进行硬件测试时，采集第一电阻r1两端的电压，并利用第一电阻r1两端的电压计算电池的供电电流i1。

进一步地，控制单元40将供电电流i1、放电电流i2、电池的供电时间t1和电池的放电时间t2代入公式一和公式二，计算电池剩余容量c1。

进一步地，可根据电池剩余容量c1和电池已用容量cy之和计算电池的实际容量，将电池的实际容量与电池的设计容量进行比对，可以验证电池标注的设计容量是否准确，解决了无法准确跟踪电池的实际容量的问题，便于提醒用户及时更换电池，避免了电池钝化或者电池电量不足导致时钟工作异常，降低了使用成本，提升了用户体验。

需要说明的是，当控制单元40的第一控制信号输出端en1输出的第一控制信号为低电平时，第一开关单元301关断，第五开关单元102关断，控制单元40计算电池的供电电流i1，此时，控制单元40的第二控制信号输出端en2可输出低电平或者处于高阻状态或者处于输入状态，第三开关单元702保持关断。由此，控制单元40在采集第二电压u2的同时，不采集第一电压u1，可以防止电压采集结果不准确。

图4是本发明实施例的又一种电池剩余容量检测装置的电气原理图。

可选地，如图4所示，电池剩余容量检测装置还包括第一电容c1和第二电容c2，第一电容c1的第一端与集成芯片50的电源输入端vcc相连，第一电容c1的第二端接地；第二电容c2的第一端与集成芯片50的电源输入端vcc相连，第二电容c2的第二端接地。

本实施例中，当外部电源或者电池60对集成芯片50供电时，第一电容c1和第二电容c2进行储能，根据电容特性，在集成芯片50的电源输入端vcc失电时，第一电容c1和第二电容c2对集成芯片50的电源输入端vcc放电，从而保证集成芯片50不会因为电压突变发生时钟工作异常。

应当理解的是，在保证控制逻辑不变的前提下，第三开关单元702和第五开关单元102也可为串联连接的反向器和pnp型三极管；第三开关单元702和第五开关单元102还可为串联连接的反向器和p沟道型mos管，其工作过程与采用npn型三极管相同，在此不再一一赘述。

应当理解的是，第二开关单元701和第四开关单元101也可采用串联连接的反向器和n沟道型mos管，其工作过程与采用p沟道型mos管相同，在此不再一一赘述。

综上所述，本发明实施例提出的电池剩余容量检测装置，通过电池供电电路获取电池的供电电流，并通过电池放电电路获取电池的放电电流，并根据电池的供电电流、电池的供电时间、电池的放电电流和电池的放电时间检测电池剩余容量，可获取电池的实际容量，解决了无法准确跟踪电池的实际容量的问题，便于提醒用户及时更换电池，避免了电池钝化或者电池电量不足导致时钟工作异常，降低了使用成本，提升了用户体验。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。