锂电池备电电路的检测装置和方法与流程

本发明涉及电路设计技术领域，尤其是涉及锂电池备电电路的检测装置和方法。

背景技术：

智能水表、气表等常通过广域的无线接入网后连入因特网，并成为远程可访问的物联网终端设备。现阶段主流的、广域的、低功耗的无线接入网如：nb-iot与lorawan，虽然他们的平均功耗较低，但在无线发送与接收时间段内要求电源提供非常大的电流，比如上海移柯的lynq-l620瞬态发送峰值电流达1a；上海移远的bc95-b5发射峰值电流0.3a，接收电流61ma；当nb-iot终端设备寻网时，其接收等待时间长达3-5分钟。因此，终端设备无论是采用锂电池或是干电流，都无法提供如此大的瞬间电流，必然内置可充电的备份电源来提供瞬间电流。然而，引入大容量的备份电源，同时又引入新的问题：当备份电源初始无电的情况下，当外部接入电池后备份电源的电压缓慢上升时，导致设备很长时间内不能正常工作，例如：不能及时打开水表或气表阀门，从而影响用户的直观感受。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供锂电池备电电路的检测装置和方法，降低了检测电路的功耗，减少了用户换电池所需的等待时间，提高用户体验。

第一方面，本发明实施例提供了锂电池备电电路的检测装置，所述装置包括：外部电源、检测电路、备份电源、分压电路、开关电路、主控微控制单元mcu模块、射频rf模块和阀驱动电路；

所述检测电路，用于检测所述外部电源，得到外部电源电压；

所述分压电路，用于检测所述备份电源，得到备份电源电压；

所述主控mcu模块，用于在所述开关电路中场效应管q1导通的情况下，接收所述分压电路发送的所述备份电源电压和所述检测电路发送的所述外部电源电压，当所述外部电源提供电能，所述备份电源充电时，将所述备份电源电压与检测阈值进行比较，得到比较结果，根据所述比较结果控制所述rf模块和/或所述阀驱动电路执行相应动作。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述检测阈值包括第一检测阈值、第二检测阈值、第三检测阈值和第四检测阈值，所述主控mcu模块具体用于：

当所述备份电源电压大于所述第一检测阈值时，得到第一比较结果；

或者，

当所述备份电源电压大于所述第二检测阈值时，得到第二比较结果；

或者，

当所述备份电源电压大于所述第三检测阈值时，得到第三比较结果；

或者，

当所述备份电源电压大于所述第四检测阈值时，得到第四比较结果。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，在所述备份电源为所述主控mcu模块提供电能的情况下，所述主控mcu模块具体用于：

当所述比较结果为所述第一比较结果时，控制所述阀驱动电路执行关阀动作；

或者，

当所述比较结果为所述第二比较结果时，控制所述阀驱动电路执行开阀动作；

或者，

当所述比较结果为所述第三比较结果时，控制所述rf模块执行数据发送动作和数据接收动作，并控制所述阀驱动电路执行关阀动作；

或者，

当所述比较结果为所述第四比较结果时，控制所述rf模块执行寻网功能。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述主控mcu模块的第三引脚与所述开关电路相连接，所述主控mcu模块的第一引脚与所述分压电路相连接，所述主控mcu模块的第二引脚与所述检测电路相连接，所述主控mcu模块通过发送接口和接收接口与所述rf模块相连接，所述主控mcu模块通过打开串口和关闭串口与所述阀驱动电路相连接。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述主控mcu模块的第三引脚与所述开关电路中场效应管q1的栅极相连接，所述场效应管q1的漏极接地，所述场效应管q1的源极分别与所述检测电路和所述分压电路相连接。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述场效应管q1的源极与所述检测电路的电阻r5的一端相连接，所述电阻r5的另一端分别与电阻r4的一端和所述主控mcu模块的第二引脚相连接，所述电阻r4的另一端与所述外部电源相连接。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述场效应管q1的源极还与所述分压电路的电阻r3的一端相连接，所述电阻r3的另一端分别与电阻r2的一端和所述主控mcu模块的第一引脚相连接，所述电阻r2的另一端分别与所述备份电源的正极和电阻r1的一端相连接，所述备份电源的负极接地，所述电阻r1的另一端与二极管d1的负极相连接，所述二极管d1的正极与所述外部电源相连接。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括低压差稳压器模块，所述低压差稳压器模块的第二引脚分别与所述电阻r2的另一端、所述备份电源的正极和电阻r1的一端相连接，所述低压差稳压器模块的第三引脚接地，所述低压差稳压器模块的第一引脚与所述主控mcu模块相连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括装置电源，所述备份电源通过所述装置电源分别为所述rf模块和所述阀驱动电路提供电能，其中，所述装置电源的第一引脚分别与所述备份电源的正极和电阻r1的一端相连接，所述装置电源的第二引脚与所述rf模块的第一引脚相连接，所述rf模块的第二引脚接地，所述装置电源的第三引脚与所述阀驱动电路的第一引脚相连接，所述阀驱动电路的第二引脚接地。

第二方面，本发明实施例还提供锂电池备电电路的检测方法，应用于如上所述的锂电池备电电路的检测装置，所述方法包括：

检测外部电源，得到外部电源电压；

检测备份电源，得到备份电源电压；

在开关电路的场效应管q1导通的情况下，接收检测电路发送的所述外部电源电压和分压电路发送的所述备份电源电压；

当所述外部电源提供电能，所述备份电源充电时，将所述备份电源电压与检测阈值进行比较，得到比较结果；

根据所述比较结果控制rf模块和/或阀驱动电路执行相应动作。

本发明实施例提供了锂电池备电电路的检测装置和方法，包括：外部电源、检测电路、备份电源、分压电路、开关电路、主控mcu模块、rf模块和阀驱动电路；检测电路，用于检测外部电源，得到外部电源电压；分压电路，用于检测备份电源，得到备份电源电压；主控mcu模块，用于在开关电路中场效应管q1导通的情况下，接收分压电路发送的备份电源电压和检测电路发送的外部电源电压，当外部电源提供电能，备份电源充电时，将备份电源电压与检测阈值进行比较，得到比较结果，根据比较结果控制rf模块和/或阀驱动电路执行相应动作，降低了检测电路的功耗，减少了用户换电池所需的等待时间，提高用户体验。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、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发明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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例一提供的锂电池备电电路的检测装置示意图；

图2为本发明实施例一提供的锂电池备电电路的检测装置示意图之一；

图3为本发明实施例一提供的锂电池备电电路的检测装置示意图之二；

图4为本发明实施例三提供的锂电池备电电路的检测方法流程图。

图标：

10-外部电源；20-检测电路；30-备份电源；40-分压电路；50-开关电路；60-主控mcu模块；70-rf模块；80-阀驱动电路；90-低压差稳压器模块；100-装置电源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的锂电池备电电路的检测装置示意图。

参照图1，该装置包括：外部电源10、检测电路20、备份电源30、分压电路40、开关电路50、主控mcu(microcontrolunit，微控制单元)模块60、rf(radiofrequency，射频)模块70和阀驱动电路80；

检测电路20，用于检测外部电源10，得到外部电源电压；

分压电路40，用于检测备份电源30，得到备份电源电压；

主控mcu模块60，用于在开关电路50中场效应管q1导通的情况下，接收分压电路40发送的备份电源电压和检测电路20发送的外部电源电压，当外部电源10提供电能，备份电源30充电时，将备份电源电压与检测阈值进行比较，得到比较结果，根据比较结果控制rf模块70和/或阀驱动电路80执行相应动作。

具体地，一般备份电源30的设计方案如图2所示，外部电源10经过二极管d1和限流电阻r1对备份电源30充电，其中备份电源30为容量较大的法拉电容，备份电源30通过连线装置电源100对rf模块或阀驱动电路提供驱动电流以保证设备正常工作，同时备份电源30通过低压差稳压器模块90对主控mcu模块供电。这里，主控mcu模块通过adc1引脚获取备份电源电压，当备份电源电压大于检测阈值vgate1时允许阀驱动电路执行开阀动作，当备份电源电压大于检测阈值vgate2时允许rf模块工作。由于分压电路40由电阻r2和电阻r3组成，因此备份电源电压误差可能比较大，例如：当存在2％误差时，3.7v的备份电源电压偏差0.74v，因此，为保证装置可靠工作，必然会提高检测阈值vgate1与检测阈值vgate2。

具体地，在一般备份电源30的设计方案上，本发明实施例增加了检测电路20和开关电路50。如图3所示，主控mcu模块60的第三引脚与开关电路50相连接，其中，第三引脚为checkena引脚；主控mcu模块60的第一引脚与分压电路40相连接，其中，第一引脚为adc1引脚；主控mcu模块60的第二引脚与检测电路20相连接，其中，第二引脚为adc2引脚；主控mcu模块60通过发送接口和接收接口与rf模块70相连接，其中，发送接口为tx引脚，接收接口为rx引脚；主控mcu模块60通过打开串口和关闭串口与阀驱动电路80相连接，其中，打开串口和关闭串口分别为on引脚和off引脚。

进一步的，主控mcu模块60的第三引脚与开关电路50中场效应管q1的栅极相连接，场效应管q1的漏极接地，场效应管q1的源极分别与检测电路20和分压电路40相连接，其中，场效应管q1可根据实际需要进行设置，这里为hm3406类型。具体地，场效应管q1的源极与检测电路20的电阻r5的一端相连接，电阻r5的另一端分别与电阻r4的一端和主控mcu模块60的第二引脚相连接，电阻r4的另一端与外部电源10相连接，其中，电阻r4和电阻r5的阻值均为5.1k；场效应管q1的源极还与分压电路40的电阻r3的一端相连接，电阻r3的另一端分别与电阻r2的一端和主控mcu模块60的第一引脚相连接，电阻r2的另一端分别与备份电源30的正极和限流电阻r1的一端相连接，备份电源30的负极接地，限流电阻r1的另一端与二极管d1的负极相连接，二极管d1的正极与外部电源10相连接，其中，电阻r2和电阻r3的阻值均为5.1k，二极管d1可根据实际需要进行设置，这里为in5819类型。

进一步的，还包括低压差稳压器模块90，低压差稳压器模块90的第二引脚分别与电阻r2的另一端、备份电源30的正极和限流电阻r1的一端相连接，低压差稳压器模块90的第三引脚接地，低压差稳压器模块90的第一引脚与主控mcu模块60相连接。此外，低压差稳压器模块90可根据实际需要进行设置，这里为ld0-u1rn5rl30aa芯片。

进一步的，还包括装置电源100，备份电源30通过装置电源100分别为rf模块70和阀驱动电路80提供电能，其中，装置电源100的第一引脚分别与备份电源30的正极和限流电阻r1的一端相连接，装置电源100的第二引脚与rf模块70的第一引脚相连接，rf模块70的第二引脚接地，装置电源100的第三引脚与阀驱动电路80的第一引脚相连接，阀驱动电路80的第二引脚接地。

进一步的，检测阈值包括第一检测阈值、第二检测阈值、第三检测阈值和第四检测阈值，主控mcu模块60具体用于：

当备份电源电压大于第一检测阈值时，得到第一比较结果；

或者，

当备份电源电压大于第二检测阈值时，得到第二比较结果；

或者，

当备份电源电压大于第三检测阈值时，得到第三比较结果；

或者，

当备份电源电压大于第四检测阈值时，得到第四比较结果。

具体地，当主控mcu模块60置第三引脚为0，即checkena＝0时，场效应管q1截止，此时检测电路20和分压电路40无电流通过，节省了整版静态功耗；当主控mcu模块60置第三引脚为1，即checkena＝1时，场效应管q1导通，此时场效应管q1的漏极相当于接地，主控mcu模块60通过adc1引脚和adc2引脚获取备份电源电压和外部电源电压。此外，增加了检测阈值vgate0，即满足vgate0<vgate1<vgate2<vgate3，其中，检测阈值vgate0为第一检测阈值，检测阈值vgate1为第二检测阈值，检测阈值vgate2为第三检测阈值，检测阈值vgate3为第四检测阈值。主控mcu模块60将备份电源电压与检测阈值进行比较，得到比较结果，当备份电源电压大于检测阈值vgate0时，得到第一比较结果；当备份电源电压大于检测阈值vgate1时，得到第二比较结果；当备份电源电压大于检测阈值vgate2时，得到第三比较结果；当备份电源电压大于检测阈值vgate3时，得到第四比较结果。

进一步的，在备份电源30为主控mcu模块60提供电能的情况下，主控mcu模块60具体用于：

当比较结果为第一比较结果时，控制阀驱动电路80执行关阀动作；

或者，

当比较结果为第二比较结果时，控制阀驱动电路80执行开阀动作；

或者，

当比较结果为第三比较结果时，控制rf模块70执行数据发送动作和数据接收动作，并控制阀驱动电路80执行关阀动作；

或者，

当比较结果为第四比较结果时，控制rf模块70执行寻网功能。

具体地，外部电源10开始工作，主控mcu模块60在完成一般初始化工作后，主控mcu模块60开始检测备份电源30的电压是否大于检测阈值vgate0，如果小于检测阈值vgate0，则无限等待；当备份电源电压大于检测阈值vgate0时，即主控mcu模块60得到第一比较结果时，主控mcu模块60控制阀驱动电路80执行关阀动作，但不仅限于一次可靠的关阀动作；当备份电源电压大于检测阈值vgate1时，即主控mcu模块60得到第二比较结果时，主控mcu模块60控制阀驱动电路80执行开阀动作，但不仅限于一次完全的开阀动作和一次可靠的开阀动作；当备份电源电压大于检测阈值vgate2时，即主控mcu模块60得到第三比较结果时，主控mcu模块60控制rf模块70执行数据发送动作和数据接收动作，但不仅限于一次数据发送动作和一次数据接收动作，并控制阀驱动电路80执行关阀动作，但不仅限于一次关阀动作；当备份电源电压大于检测阈值vgate3时，即主控mcu模块60得到第四比较结果时，主控mcu模块60控制rf模块70执行寻网功能，此时寻网功能长达5分钟，但不仅限于5分钟。此外，当备份电源电压大于检测阈值vgate0时，主控mcu模块60控制阀驱动电路80执行开阀动作，在开阀过程中主控mcu模块60同时检测外部电源电压是否低于检测阈值vgate0和二极管d1的压降之和，如果外部电源电压低于检测阈值vgate0和二极管d1的压降之和，则外部电源10已停止供电，此时主控mcu模块60应控制阀驱动电路80立即停止执行开阀动作并转换为执行关阀动作，且备份电源30剩余的电能足够保证阀驱动电路80执行一次可靠的关阀动作；如果外部电源电压高于检测阈值vgate0和二极管d1的压降之和，则外部电源10持续供电，此时主控mcu模块60应控制阀驱动电路80继续执行开阀动作直至完全开阀。

进一步的，当主控mcu模块60控制rf模块70向空中执行数据发送动作时，首先确认rf模块70是否连网，如果rf模块70已连网，则主控mcu模块60检测备份电源电压是否大于检测阈值vgate2，如果备份电源电压小于检测阈值vgate2，则无限等待；如果备份电源电压大于检测阈值vgate2，则主控mcu模块60与rf模块70通过发送接口和接收接口进行数据发送动作和数据接收动作；如果rf模块70未连网，则主控mcu模块60检测备份电源电压是否大于检测阈值vgate3，如果备份电源电压小于检测阈值vgate3，则无限等待，如果备份电源电压大于检测阈值vgate3，则主控mcu模块60控制rf模块70执行寻网功能。

实施例二：

例如：备份电源选用c＝80f的锂电子超级电容时，可以瞬间充电至2.5v，且平均充电电流为i1＝50ma，水表阀的开阀电流为i2＝50ma，开阀持续时间为t＝6s，对于如图2所示的检测装置，当备份电源电压等于检测阈值vgate1时，主控mcu模块才可控制阀驱动电路执行开阀动作，因此，可以得到开阀前的备份电源电压和总的充电时间：

根据公式(1)计算备份电源电压：

其中，e1为备份电源电压，i1为平均充电电流，t为开阀持续时间，c为备份电源的电容，ε为检测误差。

根据公式(2)计算总的充电时间：

其中，t为总的充电时间，i1为平均充电电流，δv为2*(i1*t)/c。

对于如图3所示的检测装置，由于上电启动的时候不需要检查检测阈值vgate0，只需在开阀前主控mcu模块检查外部电源电压是否持续高于2.5v和二极管d1的压降之和即可，如果持续时间超过6s则可以认为备份电源电压已存储足够的能量可以保证一次关阀动作，在阀驱动电路开阀动作的过程中持续监测外部电源电压是否低于2.5v和二极管d1的压降之和，此时相当于检测阈值vgate0为2.5v，因此对于如图3所示的检测装置，总的充电时间为6s。与一般的备份电源检测装置相比，本发明实施例缩短了换电池所需的等待时间，即从分钟级等待要求降为秒级等待，从而增强了用户的使用体验。

实施例三：

图4为本发明实施例三提供的锂电池备电电路的检测方法流程图。

参照图4，该方法包括如下步骤：

步骤s101，检测外部电源，得到外部电源电压；

步骤s102，检测备份电源，得到备份电源电压；

步骤s103，在开关电路的场效应管q1导通的情况下，接收检测电路发送的外部电源电压和分压电路发送的备份电源电压；

步骤s104，当外部电源提供电能，备份电源充电时，将备份电源电压与检测阈值进行比较，得到比较结果；

步骤s105，根据比较结果控制rf模块和/或阀驱动电路执行相应动作。

本发明实施例提供了锂电池备电电路的检测装置和方法，包括：外部电源、检测电路、备份电源、分压电路、开关电路、主控mcu模块、rf模块和阀驱动电路；检测电路，用于检测外部电源，得到外部电源电压；分压电路，用于检测备份电源，得到备份电源电压；主控mcu模块，用于在开关电路中场效应管q1导通的情况下，接收分压电路发送的备份电源电压和检测电路发送的外部电源电压，当外部电源提供电能，备份电源充电时，将备份电源电压与检测阈值进行比较，得到比较结果，根据比较结果控制rf模块和/或阀驱动电路执行相应动作，降低了检测电路的功耗，减少了用户换电池所需的等待时间，提高用户体验。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的锂电池备电电路的检测方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的锂电池备电电路的检测方法的步骤。

本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。