一种能保持电池活性并检测电池电压的电路

技术领域

本发明属于仪表智能控制技术领域，涉及一种能保持电池活性并检测电池电压的电路。

背景技术

近年来随着半导体技术的发展及数字控制的普及,促进了仪器仪表行业的高速发展。仪表种类繁多，需要大量的人力、物力去抄取仪表数据，因此组网并且无线远传成为新的一种趋势。燃气表因安装环境差异大，安全性要求气电分离，且不需要时时监测等特性，使用电池作为供电电源成为主流。

市面上的量产电池主要分为三类。第一类是碱性电池，生活中比较常见，其特点是价格便宜，但重量偏大、能量有限、不可再充电，生活中使用该类电池的设备或玩具需要经常更换电池。第二类是锂离子电池，如手机电池，其特点是轻便、容量相对碱性电池出色不少，可重复充电，价格略高。这些特点使其主宰了移动数码设备市场，但不可长时间的静置，静置一年后就没什么电了。第三类为锂一次性电池，其中的锂亚硫酰氯电池是当前量产的电池系列中体积能量比、重量能量比都第一的电池类型。锂亚硫酰氯电池的自然放电极少，即便放置10年，依然可以正常使用。电池内部化学反应中，氯离子与锂离子结合形成固态物质氯化锂，氯化锂沉淀后会在金属锂表面形成一层薄而致密的钝化膜，这层钝化膜会阻止反应的进行，减缓反应速度，渐渐起到隔离金属锂与亚硫酰氢的作用。这层表面钝化膜在保证电池低自放电、延长贮存周期的同时，也导致电池在放电开始时电池电压急剧下降，严重时甚至不能承受用电器的用电负荷。锂亚硫酰氯电池电压滞后现象是电池长贮存寿命所带来的双面剑，附图1示出了正常电池与滞后电池放电的特性及消除滞后的过程。

发明内容

基于上述背景，本发明提供了一种能保持电池活性并检测电池电压的电路，尤其适用于前述锂亚硫酰氯电池。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种能保持电池活性并检测电池电压的电路，包括耦接于电池放电电极与电源地之间的开关放电单元和电压检测单元，以及耦接所述开关放电单元和电压检测单元的微控制单元；其中，所述微控制单元用于周期性地向开关放电单元发送开关电平信号，所述开关放电单元基于所述开关电平信号周期性开启电池放电电极与电源地之间的通路，所述电压检测单元用于在该通路导通时采集电压信号并发送到微控制单元。

进一步的，所述开关放电单元为三极管级联开关电路。

进一步的，所述三极管级联开关电路包括三极管Q1、Q2，电阻R2-R4和二极管D2；其中，三极管Q1的基极经电阻R2耦接微控制单元的开关电平信号输出脚，集电极经二极管D2耦接电池放电电极，并经电阻R4耦接三极管Q2的基极，发射极接地，电阻R3耦接于三极管Q1的基极和发射极之间；三极管Q2的发射极耦接电池放电电极，集电极经所述电压检测单元耦接电源地。

进一步的，所述电压检测单元包括电阻R5、R6和电容C7，其中R5的一端耦接三极管Q2的集电极，另一端耦接电阻R6的一端，并作为电压信号输出端；电阻R6的另一端耦接电源地，电容C7作为滤波电容并联耦接于电阻R6两端。

进一步的，所述微控制单元至少包括一单片机，所述单片机的型号为R7F0C003MDFB芯片。

进一步的，所述微控制单元还包括耦接所述单片机的晶振电路和复位电路。

进一步的，该电路还包括耦接电池放电电极并为微控制单元供电的电源单元，所述电源单元包括稳压二极管D1、稳压芯片U1和滤波电容C1、C2，其中，稳压二极管D1的正极耦接电池放电电极，负极耦接稳压芯片U1的Vin脚，并经滤波电容C1接地，稳压芯片U1的Vout脚经滤波电容C2接地，用于提供微控制单元电源VCC，稳压芯片U1的CND脚接地。

进一步的，所述微控制单元以T时间为周期向开关放电单元发送持续时间为t的开关电平信号，其中，T的取值范围为1秒～10秒，t的范围为0.5～1ms。

进一步的，所述电池为锂亚硫酰氯电池。

本发明的有益效果如下：

本发明的能保持电池活性并检测电池电压的电路，电路简单，成本低，既能给电池定期大电流放电，自动激活电池活性，最大限度提升电池使用率，又基本不影响电池的使用年限，同时还能检测电池电压，监控电池使用状态。尤其适用于采用锂亚硫酰氯电池作为供电电源的电路中，具有良好的实用性。

附图说明

图1为正常电池与滞后电池放电的特性及消除滞后的过程示意图。

图2为本发明的能保持电池活性并检测电池电压的电路的单元模块组成示意图。

图3为本发明中开关放电单元和电压检测单元实施例的电路原理图。

图4为本发明中微控制单元实施例的电路原理图。

图5为本发明中电源单元实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

仪器仪表使用电池供电，为了能延长电池的使用时间，一般功耗很小，特别是民用燃气表，大部分时间都是保持静态功耗，只有几个微安，但当工作的时候或要传输数据的时候又需要电池能提供大的电流。如前面背景技术部分所述，锂亚硫酰氯电池内部化学反应中，氯离子与锂离子结合形成固态物质氯化锂，氯化锂沉淀后会在金属锂表面形成一层薄而致密的钝化膜，这层钝化膜会阻止反应的进行，减缓反应速度，渐渐起到隔离金属锂与亚硫酰氢的作用。这层表面膜在保证电池低自放电、延长贮存周期的同时，也导致电池在大电流放电时电池电压急剧下降，严重时甚至不能承受燃气表的用电负荷(参考附图1)。为了解决这个问题，保持电池的活性，就不能让电池形成这层膜。要想使电池不形成这层膜，就要让电池定期大电流放电一次，使电池行成不了钝化膜。

基于上述背景，本发明提供了一种能保持电池活性并检测电池电压的电路，既能给电池定期大电流放电，又基本不影响电池的使用年限，同时还能检测电池电压。

如图2所示，本发明的能保持电池活性并检测电池电压的电路，包括耦接于电池放电电极与电源地之间的开关放电单元和电压检测单元，以及耦接开关放电单元和电压检测单元的微控制单元；其中，微控制单元用于周期性地向开关放电单元发送开关电平信号，开关放电单元基于该开关电平信号周期性开启电池放电电极与电源地之间的通路，而电压检测单元用于在该通路导通时采集电压信号并发送到微控制单元。

如图3所示，在一示出实施方案中，上述的开关放电单元为三极管级联开关电路，包括三极管Q1、Q2，电阻R2-R4和二极管D2；其中，三极管Q1的基极经电阻R2耦接微控制单元的开关电平信号输出脚，集电极经二极管D2耦接电池放电电极，并经电阻R4耦接三极管Q2的基极，发射极接地，电阻R3耦接于三极管Q1的基极和发射极之间；三极管Q2的发射极耦接电池放电电极，集电极经所述电压检测单元耦接电源地。

本示出实施方案中，电压检测单元包括电阻R5、R6和电容C7，其中R5的一端耦接三极管Q2的集电极，另一端耦接电阻R6的一端，并作为电压信号输出端；电阻R6的另一端耦接电源地，电容C7作为滤波电容并联耦接于电阻R6两端。

作为优选实施方案，本实施例中，电阻R5的阻值为200欧，电阻R6的阻值为100欧。

如图4所示，在一示出实施方案中，微控制单元为单片机，该单片机的型号为R7F0C003MDFB芯片。其周边还设有晶振电路和复位电路。其中，单片机第20脚用于输出开关电平信号，77脚用于接收电压检测单元采集的电压。复位电路包括串联的电阻R1和电容C3，电阻R1的一端耦接电源VCC，另一端耦接单片机10脚和电容C3一端，电容C3的另一端接地。晶振电路包括耦接于单片机11脚和12脚之间的晶振Y1，其两端分别通过电容C5和C6接地。上述电路都是典型电路，原理不再叙述。

如图5所示，在一示出实施方案中，本发明的电路还包括耦接电池放电电极并为微控制单元供电的电源单元，其包括稳压二极管D1、稳压芯片U1和滤波电容C1、C2，其中，稳压二极管D1的正极耦接电池放电电极，负极耦接稳压芯片U1的Vin脚，并经滤波电容C1接地，稳压芯片U1的Vout脚经滤波电容C2接地，用于提供单片机电源VCC，稳压芯片U1的CND脚接地。

下面进一步结合附图说明本发明的能保持电池活性并检测电池电压的电路的工作原理：

单片机U2通过第20引脚，输出高电平，电阻R2产生电流，使三极管Q1打开，把电阻R4电压拉低，三极管Q2被打开，电池放电电极VIN1通过电阻R5和R6到地，LVDIN1采集到电阻R5和R6的分压并输出到单片机77脚，单片机经过计算，得出电池电压。因为单片机的采样时间极短，不超过1ms，即使电阻R5和R6加起来只有300欧，耗电量也不大，但是能瞬间产生3.6V/300Ω＝0.012A的电流，每3秒放一次电，这样锂亚硫酰氯电池的使用电流一直发生着巨大的变化，形成不了钝化膜，从而保持了电池的活性。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。