專利名稱：一種智能電池單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能電池單元，適用于便攜式電子產(chǎn)品中。
技術(shù)背景隨著便攜式電子產(chǎn)品的不斷增加，對電池的需求量也不斷增加。市場上出現(xiàn)了不同特性不同用途的多種電池。傳統(tǒng)電池，電池剩余電量的計算一般是采用查表的算法，即在常溫下測得一組電池電壓與電池電量的對應(yīng)關(guān)系表。實際計算電量時，先測試電池的電壓，再根據(jù)電壓與電量的關(guān)系表，查表并計算出電池的電量值。這種算法，因電池的電壓與電量的關(guān)系隨著溫度的不同，關(guān)系表差別很大?？赡軐?dǎo)致計算出的電量值與實際電量值偏差很大，無法給使用電池的便攜式產(chǎn)品提供準(zhǔn)確的電量指示。另外，傳統(tǒng)電池對于電池本身的放電電流及充電電流，無法測量。沒有這些數(shù)據(jù)，要想給設(shè)備提供剩余使用時間等參數(shù)比較困難。傳統(tǒng)的電池，也沒有信息存儲體，如電池的電芯型號、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)編號等信息無法存儲，電池出現(xiàn)問題后的追溯比較困難。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種智能電池單元，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，具有電量、電流、電壓、溫度等信息檢測功能，能自動調(diào)節(jié)放電曲線、提高有效容量，同時具有身份信息，便于被識別。本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的—種智能電池單兀,包括有殼體、位于殼體內(nèi)部的電芯以及位于殼體內(nèi)部的控制電路板；其中，所述控制電路板包括有電池管理芯片電路，用以檢測電池單元的電信號及溫度參數(shù)，并通過內(nèi)部的電池放電曲線模型來估算容量值；充放電保護和控制電路，用以保護所述電池單元；信息存儲芯片電路，用以存儲電池單元的信息；充放電接口，用以提供電池單元的充放電接口 ；以及通信接口，用以作為讀取電池管理芯片電路的電信號及溫度參數(shù)的檢測值以及信息存儲芯片電路中存儲的信息的接口；電池管理芯片電路與電芯電氣連接，電池管理芯片電路的輸出連接充放電保護和控制電路，電池管理芯片電路具有接口接到通信接口 ；充放電保護和控制電路的輸出連接充放電接口 ；信息存儲芯片電路直接連接到通信接口上。所述電芯,外包有作為電芯負極的金屬殼體，在電芯的一端裝有作為電芯正極的電池蓋。所述電芯的正、負極連接到殼體內(nèi)部的控制電路板上。本實用新型的有益效果如下[0017]本實用新型的一種智能電池單元，由于控制電路板包括有電池管理芯片電路、充放電保護和控制電路、信息存儲芯片電路、充放電接口以及通信接口 ；所述充放電和控制電路，完成過壓、過流、欠壓等保護與控制，電池管理芯片負責(zé)電量、電壓、電流、溫度的采樣檢測，負責(zé)根據(jù)溫度動態(tài)調(diào)節(jié)放電曲線；信息存儲芯片用于存儲如電芯型號、電芯化學(xué)特性、電池生產(chǎn)日期、電池編號、電池生產(chǎn)廠家等信息；充放電接口和使用的設(shè)備相連，提供充電和放電的接口 ；通信接口協(xié)議采用I-WIRE總線協(xié)議，I-WIRE總線協(xié)議硬件簡單又保證了數(shù) 據(jù)的可靠傳輸。該智能電池單元使用方便，具有電量、電流、電壓、溫度等信息檢測功能，能自動調(diào)節(jié)放電曲線、提高有效容量，同時具有身份信息，便于被識別。能夠給使用電池的便攜式產(chǎn)品提供準(zhǔn)確的電量指示，同時一旦電池出現(xiàn)問題后容易追溯。

附圖I為本實用新型一種智能電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本實用新型一種智能電池單元的電路框圖。附圖3為本實用新型一種智能電池單元的實施例的電路示圖。附圖標(biāo)記說明I、殼體2、控制電路板3、電芯201、電池管理芯片電路202、充放電保護和控制電路203、信息存儲芯片電路204、充放電接口 205、通信接口
具體實施方式
請見圖I至圖2，本實用新型公開了一種智能電池單元，包括有殼體、位于殼體內(nèi)部的電芯以及位于殼體內(nèi)部的控制電路板；其中，所述控制電路板包括有電池管理芯片電路201，用以檢測電池單元的電信號及溫度參數(shù)，并通過內(nèi)部的電池放電曲線模型來估算容量值；充放電保護和控制電路202，用以保護所述電池單元；信息存儲芯片電路203，用以存儲電池單元的信息；充放電接口 204，用以提供電池單元的充放電接口 ；以及通信接口 205，用以作為讀取電池管理芯片電路201的電信號及溫度參數(shù)的檢測值以及信息存儲芯片電路203中存儲的信息的接口 ；電池管理芯片電路201與電芯3電氣連接，電池管理芯片電路201的輸出連接充放電保護和控制電路202，電池管理芯片電路201具有接口接到通信接口 205 ;充放電保護和控制電路202的輸出連接充放電接口 204 ;信息存儲芯片電路203直接連接到通信接口205 上。所述電芯,外包有作為電芯負極的金屬殼體，在電芯的一端裝有作為電芯正極的電池蓋。所述電芯的正、負極連接到殼體內(nèi)部的控制電路板上。所述控制電路板采用多層電路板。所述通信接口協(xié)議采用任一時刻總線上只有一個控制信號或數(shù)據(jù)的I-WIRE總線協(xié)議。特殊的通訊協(xié)議保證了本實用新型電池通訊的高度保密性?？偩€數(shù)據(jù)的傳輸可以分為三個操作過程，初始化、傳送控制命令和數(shù)據(jù)交換，控制命令由特定的代碼組成。本實用新型以聚合物鋰離子電池為例對做進一步闡明。如圖I所示，一種智能電池單元包括殼體I、控制電路板2、電芯3。如圖2所示，一種智能電池單元的控制電路板包括充放電保護和控制電路202、電池管理芯片電路201、信息存儲芯片電路203、充放電接口 204和通信接口 205。充放電保護和控制電路202起保護電池的作用，在電池過放、過充、欠壓等情況下，切斷電池的輸出。電池管理芯片電路201主要功能是檢測電池的電量、電壓、電流、溫度等參數(shù)，并通過內(nèi)部的電池放電曲線模型來估算容量值。信息存儲芯片電路203主要是存儲電池的信息如電芯型號、電芯化學(xué)特性、電池生產(chǎn)日期、電池編號、電池生產(chǎn)廠家等。充放電接口 204提供電池的充放電接口。通信接口 205，可以通過它讀取電池管理芯片電路201的檢測值以及信息存儲芯片電路203中存儲的信息。電池管理芯片電路201先和電芯3連接，其輸出接充放電保護和控制電路202，其接口接到通信接口 205。充放電保護和控制電路202的輸出接到充放電接口 204。信息存儲芯片電路203直接連接到通信接口 205上。如圖3所示，為一種智能電池單元實施例的控制電路板原理圖?？刂齐娐钒宓腂+端和B-端連接到電芯3的正、負極；通信接口 205由DATA和限流電阻R2組成；充放電接口由P+接口和P-接口組成；充放電保護和控制電路202包括有控制芯片Ul電阻R1、電阻R5、電容Cl、電容C2和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(M0SFET管)Ql，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql連接控制芯片Ul的CO腳；電阻Rl連接控制芯片Ul的VDD腳，電阻R5連接控制芯片Ul的VM腳；電容C2連接在控制芯片Ul的VDD腳和VSS腳之間，電容Cl連接在P+接口和P-接口之間?？刂菩酒琔l型號為R5402N149KD。在正常狀態(tài)下Ul的“CO"與“D0"腳都輸出高電壓，Ql的兩個MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進行充電和放電。充放電保護與控制芯片Ul實時檢測B+和B-間的電壓值與流經(jīng)的電流值。充電時，當(dāng)Ul檢測到電池電壓過高，Ul的“CO"腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，切斷Q1，達到過壓保護，等到電壓回歸到合理值時，重新恢復(fù)Ql的導(dǎo)通。放電時，當(dāng)電壓過低時，Ul切斷Q1，達到欠壓保護，等到電壓回歸到合理值時，重新恢復(fù)Ql的導(dǎo)通。另外，放電電流過大甚至短路時，Ul切斷Q1，達到過流保護，等到電流恢復(fù)到合理值時，重新恢復(fù)Ql的導(dǎo)通。電池管理芯片電路201和信息存儲芯片電路203包括有電池管理芯片U2、檢測電阻R6、穩(wěn)壓管SI、旁路電容C3、電容C4、電阻R3以及電阻R4，電池管理芯片U2的5腳為數(shù)據(jù)輸入輸出腳，串聯(lián)一限流電阻R2，連接到通信接口 DATA，同時連接穩(wěn)壓管SI接點；電池管理芯片U2的6腳OVD為通信接口的模式選擇端口，電池管理芯片U2的7腳SNS為檢測電阻連接端，電池管理芯片U2的2腳VSS為器件端；檢測電阻R6接在電池管理芯片U2的7腳和2腳之間，電池管理芯片U2通過檢測電阻R6實時檢測電池的電路；電池管理芯片U2的4腳VDD為芯片電源引腳；電池管理芯片U2的3腳VIN為電壓檢測腳，用于實時檢測電池電壓；電池管理芯片U2的I腳，為內(nèi)部電源，通過旁路電容C3接地。電池管理芯片U2內(nèi)置信息存儲芯片。電池管理芯片U2為一個溫度傳感器。通信接口 DATA采用I-Wire方式，電池出廠時，通過通信接口將放電曲線模型數(shù)據(jù)、電芯型號、電芯化學(xué)特性、電池生產(chǎn)日期、電池編號、電池生產(chǎn)廠家等信息寫入到U2內(nèi)置的存儲芯片中。電池使用過程中，U2實時檢測VDD的電壓值，完成電池電壓的測量；同時U2實時檢測R6兩端的電壓值來確定電流的方向、電流的大小，完成電流的測量，U2自身還是一個溫度傳感器，能實時檢測出自身的溫度值，U2根據(jù)檢測到的電流值、溫度值，并通過內(nèi)置寫入的放電曲線模型數(shù)據(jù)估算電量值，完成電流、溫度、電壓的測量。通過I-Wire接口寫入到U2中的電芯型號、電芯化學(xué)特性、電池生產(chǎn)日期、電池編號、電池生產(chǎn)廠家等信息，也可以通過I-Wire接口讀出，用于電池信息的顯示以及追溯問題時使用。上述所列具體實現(xiàn)方式為非限制性的，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不偏離本實用新型范圍內(nèi)，進行的各種改進和變化，均屬于本實用新型的保護范圍。本實施例中所使用的電子元件為普通器件，均可在市場上采購到。
權(quán)利要求1.一種智能電池單兀,包括有殼體、位于殼體內(nèi)部的電芯以及位于殼體內(nèi)部的控制電路板；其特征在于所述控制電路板包括有 電池管理芯片電路(201)，用以檢測電池單元的電信號及溫度參數(shù)，并通過內(nèi)部的電池放電曲線模型來估算容量值； 充放電保護和控制電路(202)，用以保護所述電池單元； 信息存儲芯片電路(203)，用以存儲電池單元的信息； 充放電接口(204)，用以提供電池單元的充放電接口 ； 以及通信接口(205)，用以作為讀取電池管理芯片電路(201)的電信號及溫度參數(shù)的檢測值以及信息存儲芯片電路(203)中存儲的信息的接口 ； 電池管理芯片電路(201)與電芯(3)電氣連接，電池管理芯片電路(201)的輸出連接充放電保護和控制電路(202)，電池管理芯片電路(201)具有接口接到通信接口(205);充放電保護和控制電路(202)的輸出連接充放電接口(204);信息存儲芯片電路(203)直接連接到通信接口(205)上。
2.如權(quán)利要求I所述的一種智能電池單元，其特征在于所述電芯，外包有作為電芯負極的金屬殼體，在電芯的一端裝有作為電芯正極的電池蓋。
3.如權(quán)利要求2所述的一種智能電池單元，其特征在于所述電芯的正、負極連接到殼體內(nèi)部的控制電路板上。
4.如權(quán)利要求3所述的一種智能電池單元，其特征在于所述控制電路板采用多層電路板。
5.如權(quán)利要求I所述的一種智能電池單元，其特征在于所述通信接口協(xié)議采用任一時刻總線上只有一個控制信號或數(shù)據(jù)的I-WIRE總線協(xié)議。
6.如權(quán)利要求I至5中任何一項所述的一種智能電池單元，其特征在于所述控制電路板的B+端和B-端連接到電芯(3)的正、負極；通信接口(205)由DATA和限流電阻R2組成；充放電接口由P+接口和P-接口組成；充放電保護和控制電路(202)包括有控制芯片Ul電阻R1、電阻R5、電容Cl、電容C2和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql連接控制芯片Ul的CO腳；電阻Rl連接控制芯片Ul的VDD腳，電阻R5連接控制芯片Ul的VM腳；電容C2連接在控制芯片Ul的VDD腳和VSS腳之間，電容Cl連接在P+接口和P-接口之間。
7.如權(quán)利要求6所述的一種智能電池單元，其特征在于所述控制芯片Ul型號為R5402N149KD。
8.如權(quán)利要求6所述的一種智能電池單元，其特征在于所述電池管理芯片電路(201)和信息存儲芯片電路(203)包括有電池管理芯片U2、檢測電阻R6、穩(wěn)壓管SI、旁路電容C3、電容C4、電阻R3以及電阻R4，電池管理芯片U2的5腳為數(shù)據(jù)輸入輸出腳，串聯(lián)一限流電阻R2，連接到通信接口 DATA，同時連接穩(wěn)壓管SI接點；電池管理芯片U2的6腳OVD為通信接口的模式選擇端口，電池管理芯片U2的7腳SNS為檢測電阻連接端，電池管理芯片U2的2腳VSS為器件端；檢測電阻R6接在電池管理芯片U2的7腳和2腳之間，電池管理芯片U2通過檢測電阻R6實時檢測電池的電路；電池管理芯片U2的4腳VDD為芯片電源引腳；電池管理芯片U2的3腳VIN為電壓檢測腳，用于實時檢測電池電壓；電池管理芯片U2的I腳，為內(nèi)部電源，通過旁路電容C3接地。
9.如權(quán)利要求8所述的一種智能電池單元，其特征在于所述電池管理芯片U2內(nèi)置信息存儲芯片。
10.如權(quán)利要求8所述的一種智能電池單元，其特征在于所述電池管理芯片U2為一個溫度傳感器。
專利摘要本實用新型提供一種智能電池單元，主要應(yīng)用于手持設(shè)備中。智能電池單元由電芯、充放電保護及控制電路、電池管理芯片及信息存儲芯片等組成。其中，電池管理芯片與電芯連接，且與充放電保護及控制電路連接。并且所述智能電池單元還包括通信接口，該通信接口與電池管理芯片及信息存儲芯片連接。本實用新型提供的智能電池單元不僅可以顯示并實時監(jiān)控電池的電量、電壓、電流、溫度等參數(shù)，而且可以通過通信接口寫入電池隨溫度變化的充放電曲線，根據(jù)該曲線，使得估算出的電量信息更準(zhǔn)確。另外，還可以通過通信接口將電池的生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)編號等信息寫入到信息存儲芯片中，以便追溯。
文檔編號H02J7/00GK202395113SQ201120544568
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者常青, 李保福, 田世鋒, 謝洪德 申請人:珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司