电池电量显示控制方法及控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电池电量检测领域，且特别涉及一种电池电量显示控制方法及控制电路。
【背景技术】
[0002]目前，随着电气设备的迅速发展，用户不仅对设备的功能、可靠性与可操作性提出了很高的要求。对于含电池的电气设备，为保证设备的可靠运行，用户需要精确知晓电池的使用时间，及时为电池充电或更换电池，故当前电池电量的精确显示将成为用户重点关注的设计指标。
[0003]目前，电池电量的显示控制主要通过以下两种方式来实现。第一种是通过单独的MCU来实现，这种显示控制方式所需外围元器件比较多，不仅设计成本高且所占用的体积也较大。为了减小成本，第二种方法是将电池电量显示功能集成于电路控制芯片中，这种设计方案，由于所有的元件进行集成后，其只有固定的电池电量比较基准，即只能针对单一的、固定的某一款电池进行电量检测显示，对于不同的电池，由于特性不同而存在电池电量显示不准确的问题。
【发明内容】
[0004]本发明为了克服现有电池电量控制方法难以同时满足成本和精度的要求，提供一种具有较高的显示精度且电路成本低的电池电量显示控制方法及控制电路。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种电池电量显示控制方法，包括:
[0006]获取电池充放电状态下的工作电压；
[0007]获取电池充放电状态下的平均充放电电流；
[0008]获得平均充放电电流在补偿电阻上产生的压降，形成补偿电压；
[0009]将补偿电压和工作电压相叠加得到表征当前电池电量的开路电压；
[0010]将开路电压与预设的至少两个电压基准进行比较，获得当前电池电量等级并形成显示信号；
[0011]根据显示信号显示当前电池电量等级。
[0012]于本发明一实施例中，获得平均充放电电流的步骤包括:
[0013]采样电池的充放电电流；将采样得到的充放电电流经低通滤波电路后得到平均充放电电流。
[0014]于本发明一实施例中，通过与电池串联的外部检流电阻采样，直接获得平均充放电电流。
[0015]于本发明一实施例中，采用一个比较器来逐次比较开路电压和至少两个电压基准。
[0016]于本发明一实施例中，工作电压经分压后与补偿电压相叠加。
[0017]与上述电池电量显示控制方法相对应的，本发明还提供一种电池电量显示控制电路，包括工作电压采样模块、平均电流采样模块、补偿电阻、计算模块、比较模块和显示模块。工作电压采样模块获取电池充放电状态下的工作电压；平均电流采样模块获取电池充放电状态下的平均充放电电流。补偿电阻电性连接平均电流采样模块，平均充放电电流在补偿电阻上产生压降，形成补偿电压。计算模块将补偿电压和工作电压相叠加得到表征当前电池电量的开路电压。比较模块包括比较器和电性连接比较器的输入端且具有至少两个电压基准的基准源，比较器将开路电压与至少两个电压基准进行比较，获得当前电池电量等级并形成显示信号。显示模块根据显示信号显示当前电池电量等级。
[0018]于本发明一实施例中，平均电流采样模块包括采样单元和平均单元，采样单元获取电池充放电电流，平均单元在将获得的电池充放电电流进行平均，获得平均充放电电流，平均模块为低通滤波器。
[0019]于本发明一实施例中，平均电流采样模块包括与电池串联的外部检流电阻，外部检流电阻采样直接获得平均充放电电流，并将平均充放电电流输出至补偿电阻。
[0020]于本发明一实施例中，电池电量显示控制电路还包括分压网络，分压网络电性连接工作电压采样模块，将获得的工作电压进行分压后输出至计算模块。
[0021]于本发明一实施例中，比较器的数量为一个。
[0022]综上所述，本发明提供的电池电量显示控制方法及控制电路与现有技术相比，具有以下优点:
[0023]当电池处于工作状态时，由于电池内阻的存在，无法直接获得能精确表征电池当前电量的开路电压。本发明通过采样电池的工作电压和平均充放电电流，并设置与内阻相匹配的补偿电阻，平均充放电电流在补偿电阻上产生压降，形成补偿电压。补偿电压和工作电压相叠加即得到能精确表征当前电池电量的开路电压或开路电压分压。本发明提供的电池电量显示控制方法，通过设置补偿电阻来形成补偿电压，消除了电池内阻上的压降，大大提高了电池电量的检测精度及电量等级显示的准确性，保证设备的正常运行。
[0024]进一步的，采用一个比较器来逐次比较开路电压(或开路电压分压)和多个电压基准，避免了多个比较器之间失调电压不同造成的电池电量等级确定结果不准确的问题，进一步提高电池电量的显示精度。当电池电压较高，工作电压较大，为防止计算模块和比较模块因较大的工作电压而损坏，设置工作电压经分压后输出至计算模块，保证了控制电路的安全、稳定。
[0025]为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
【附图说明】
[0026]图1所示为本发明一实施例提供的电池电量显示控制方法的流程图。
[0027]图2所示为本发明一实施例提供的电池电量显示控制电路的原理框图。
[0028]图3所示为本发明一实施例提供的电池电量显示控制电路的原理图。
【具体实施方式】
[0029]在实际使用中，能精确表征电池当前电量Q的是电池的开路电压Vbat03ct)，开路电压VBAT_和电池电量Q之间具有--对应关系，两者的关系可通过实际测量得出。然而，在电池处于工作状态下时，由于电池存在内阻Rs，电池的开路电压Vbat03ct)无法直接获得，可以直接获得的是电池的工作电压VBAT。图3中，Rs表征电池等效内阻，非实际外加电阻。通过分析电池的充放电状态可知，当电池处于充电状态时，工作电压Vbat等于开路电压VBAT_与充电电流在内阻Rs上产生的压降Vs之和；而当电池处于放电状态时，工作电压Vbat等于开路电压 Vbat (ocv) 与放电电流在内阻Rs上产生的压降Ns之差。
[0030]为消除电池内阻Rs在电池充放电过程中所产生的压降的影响，本实施例提供的电池电量显示控制方法，如图1所示，包括:
[0031]步骤S1、获取电池充放电状态下的工作电压VBAT。工作电压Vbat指的是电池在有电流流过时，电池正负极之间的电势差。工作电压Vbat可通过表计直接测量获得。由于不同的设备，其电池的工作电压不同，有些设备的电池工作电压较高，如36V、48V等，该工作电压远远大于后续电路(计算模块和比较模块)的工作电压，因此，于本实施例中，设置工作电压Vbat经分压网络6分压后得到工作电压分压V BATW。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，当电池电压较低时，可直接将工作电压Vbat输出至计算模块。
[0032]步骤S2、获取电池充放电状态下的平均充放电电流Iavg。于本实施例中，为保护后续电路，将获得的电池实际平均充放电电流按一定的比例缩小，Iavg= I bat*K, Ibat为电池的实际平均充放电电流，K为获取比例。当电池处于充电状态时，平均充放电电流Iavg为充电电流的平均；而当电池处于放电状态时，平均充放电电流Iavg为放电电流的平均。于本实施例中，该步骤包括:
[0033]首先，按比例K采样电池实际的充放电电流。
[0034]将按获取比例采样得到的充放电电流经低通滤波电路后得到电流的直流分量，SP平均充放电电流Iavg。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，电池实际的充放电电流经滤波后得到实际的平均充放电电流IBAT，之后再按获取比例K进行缩小；或者于其它实施例中，可采用外部检流电阻采样电池的输出或输入电流直接得到平均充放电电流。
[0035]步骤S3、获得平均充放电电流Iavg在补偿电阻Rranip上产生压降，形成补偿电压
Vcomp ο
[0036]步骤S4、将补偿电压Vronip和工作电压分压V BATW相叠加得到表征当前电池电量的开路电压分压VBAT(()CT。),开路电压分压VBAT_)是开路电压VBAT((rcv)经分压比例A分压后的值。
[0037]如图3所示，当电流处于放电状态时，补偿电压Vramp= I avg*Rcomp= I MT*K*Rramp。此时， Vbat(o) — V bat^A — (Vbat (ocv)
-Vs) *A = (Vbat{ocv)-1bat*Rs)*A, A 为 Vbat的分压网络 6 的分压比；如图3所示，A = R2/ (R^R2)。补偿电压Vranip和工作电压分压V BAm相叠加后得到(V BAT_-1BAT*Rs)*A+Iavg*Rccinp，设置 Rranp= R S*A/K,得到:
[0038]Vbat(ο)+Vcomp — (V Bat(Qcv)-1bai^Rs) *A+1bat*K*Rs*A/K — Vbat(cicv)*A — Vbat(ocvci)公式一
[0039]当电流处于充电状态时，根据电流的流向，补偿电压Vranip= -1 avg*R_p。
[0040]此时，Vbat(Q)= V bat*A = (Vbat_+Vs)*A = (VBat_+!bat*Rs) *A, A 为丫咖的分压网络6的分压比；如图3所示，A = IV(VR2)。补偿电压V_p和工作电压分压Vbatw相叠加后得到(VBAT_+IBAT*Rs)*A+(-1avg*R_p)，设置 Rranp= RS*A/K,得到:
[0041]VBAT{0)+Vconp= (Vbat(i]CV)+Ibat*Rs)*A+(-1bat*K*Rs*A/K) = Vbat(ocv)*A = VBAT(ocvo)公式
[0042]从公式一和公式二可得，本发明提供的电池电量显示控制方法，通过设置与电池内阻Rs相对应的补偿电阻R_P(R_P= Rs*A/K)来补偿电池在充放电状态下在内阻Rs上产生的压降，消除内阻Rs的影响，从而间接得到可精确表征当前电池电量Q的开路电压分压vBAT(OCVO) ^即得到开路电压 ^BAT (OCV) °
[0043]步骤S5、将开路电压分压与预设的至少两个电压基准进行比较，获得当前电池电量等级并形成显示信号。于本实施例中，电压基准的数量为三个，分别为Vref〈l>、Vref〈2>和Vref〈3>，三者的电压逐渐增加。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中电压基准的数量可为两个、或三个以上。于本实施例中，为简化电路设计，设置三个电压基准是基