电量计芯片及电子设备、在线仿真系统的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电量计芯片及电子设备、在线仿真系统。


背景技术：

2.在电池管理系统中，通常采用电量计芯片进行电池的电量检测计量，电量计芯片通过监控电池的运行数据(如电压、温度、电流等信息)，然后结合内部算法和电池模型参数计算出用户所需要的信息，如百分比电量(电池荷电状态soc)、剩余容量、满充容量、老化状况等。
3.为了保证电量计芯片的计算输出数据的准确性，通常需要验证电量计芯片的电池模型参数是否能够满足性能要求，目前主要采用的方式是控制电池反复的充放电或者让电池工作在特定的场景，电量计芯片采集电池的运行数据，通过判断电量计芯片的计算输出数据是否符合预期实现电池模型参数的验证，这种方式由于需要电池反复的充放电过程，因此耗时较长，另外，部分测试项有可能对电池造成性能衰减(如大电池充电，低温工作等)，造成调试到最优性能时的模型参数时所对应的电池状态和最初的电池状态不一致，进而会造成最终得到的模型参数对于处于初始状态的其他电池不适用，如公开号为cn109991541a的专利文献提供了一种芯片架构，当接收到时钟信号时，芯片架构中的数据处理单元利用串行总线读取运行参数，根据该参数修正剩余电量计算模型与健康状态预估模型；当接收到时钟信号，该芯片从串行总线读取运行参数，根据运行参数调用相应模型进行计算，再将计算结果返回至串行总线发送至外部。
4.因此，现有技术难以高效且精确地对电量计芯片内的电池模型参数进行优化。


技术实现要素：

5.基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供一种电量计芯片及电子设备、在线仿真系统，有利于高效且精确地对电量计芯片内的电池模型参数进行优化。
6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案提供了一种电量计芯片，所述电量计芯片包括测试数据输入端口、控制指令输入端口、电池运行信息采集端口、选择电路、模式控制电路、电量计算电路和电量信息输出端口；
7.所述选择电路具有第一输入端、第二输入端、输出端和选择控制端，所述第一输入端连接所述测试数据输入端口，所述第二输入端连接所述电池运行信息采集端口，所述输出端连接所述电量计算电路的数据输入端，所述电量计算电路的计算输出端连接所述电量信息输出端口；所述第一输入端和所述第二输入端能够择一地与所述输出端接通，以实现所述电量计芯片的在线仿真模式和正常工作模式；
8.所述模式控制电路具有检测端和控制输出端，所述检测端连接所述控制指令输入端口，所述控制输出端连接所述选择电路的选择控制端。
9.进一步地，所述电量计芯片还包括测试数据存储器，连接在所述第一输入端与所
述测试数据输入端口之间。
10.进一步地，所述测试数据输入端口和/或所述控制指令输入端口和/或所述电量信息输出端口包括通信总线接口，用于连接外部通信总线。
11.进一步地，所述测试数据输入端口、所述控制指令输入端口和所述电量信息输出端口合并为同一个通信总线接口。
12.进一步地，所述电量信息输出端口、所述控制指令输入端口合并为同一个通信总线接口；
13.所述测试数据输入端口为另一通信总线接口。
14.进一步地，所述电量计算电路和所述模式控制电路设置在所述电量计芯片内的一处理器中。
15.进一步地，所述电池运行信息采集端口包括模数转换电路。
16.为实现上述目的，本实用新型的技术方案还提供了一种电子设备，包括锂电池、控制装置，还包括上述任一种的电量计芯片；
17.其中，所述控制装置连接所述电量计芯片的控制指令输入端口，所述控制装置还连接所述电量计芯片的电量信息输出端口。
18.进一步地，所述控制装置还连接所述电量计芯片的测试数据输入端口。
19.为实现上述目的，本实用新型的技术方案还提供了一种电量计芯片在线仿真系统，其特征在于，包括上述任一种的电量计芯片以及用于控制所述电量计芯片在线仿真的上位机，所述上位机连接所述电量计芯片的测试数据输入端口、控制指令输入端口和电量信息输出端口。
20.本实用新型实施例提供的电量计芯片，可以在芯片的研发阶段中，在该芯片内部利用预先准备的测试数据进行快速的在线仿真，实现对芯片内模型参数的优化，然后在芯片后续实际的使用过程中，利用优化后的模型参数准确地计算电量信息，通过上述方式，能够高效且精确地对电量计芯片内的电池模型参数进行优化。
附图说明
21.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
22.图1是本实用新型实施例提供的第一种电量计芯片的示意图；
23.图2是本实用新型实施例提供的第二种电量计芯片的示意图；
24.图3是本实用新型实施例提供的第三种电量计芯片的示意图；
25.图4是本实用新型实施例提供的第四种电量计芯片的示意图；
26.图5是本实用新型实施例提供的第五种电量计芯片的示意图。
具体实施方式
27.以下基于实施例对本技术进行描述，但是本技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
28.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且
附图不一定是按比例绘制的。
29.除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
30.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
31.参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种电量计芯片的示意图，该电量计芯片包括测试数据输入端口1、控制指令输入端口2、电池运行信息采集端口3、选择电路4、模式控制电路5、电量计算电路6和电量信息输出端口7，该电量计芯片具有在线仿真模式和正常工作模式；
32.选择电路4具有第一输入端、第二输入端、输出端和选择控制端，其第一输入端连接测试数据输入端口1，其第二输入端连接电池运行信息采集端口3，其输出端连接电量计算电路6的数据输入端，电量计算电路6的计算输出端连接电量信息输出端口7；选择电路的第一输入端和第二输入端能够择一地与其输出端接通，以实现电量计芯片的在线仿真模式和正常工作模式；
33.模式控制电路5具有检测端和控制输出端，其检测端连接控制指令输入端口2，其控制输出端连接选择电路4的选择控制端，当模式控制电路5检测到控制指令输入端口2接收到在线仿真指令时，通过其控制输出端向选择电路4的选择控制端输出相应的控制信号，使选择电路的第一输入端与其输出端接通，电量计芯片进入在线仿真模式；当模式控制电路5检测到控制指令输入端口2接收到正常工作指令时，通过其控制输出端向选择电路4的选择控制端输出相应的控制信号，使选择电路的第二输入端与其输出端接通，电量计芯片进入正常工作模式。
34.测试数据输入端口1用于从所述电量计芯片的外部接收预先准备的用于在线仿真的测试数据，其中，该测试数据可以包含预先准备的若干行数据(每一行数据通过处理器的计算可以得到一电量信息)，每一行数据可以包含电量计芯片所需的电池电压、温度、电流、电压差值、库仑积分值和时间中的全部或者部分，例如，该测试数据可以是预先实际采集的电池的运行数据，也可以是用户预先构造的数据或者其他途径获取的数据；
35.电池运行信息采集端口3用于在锂电池运行时对所述锂电池进行信息采集，得到锂电池的运行数据，例如，该运行数据可以包括电池电压、温度、电流和时间中的全部或者部分；
36.本实施例的电量计芯片，当控制指令输入端口2接收到在线仿真指令时开始进入在线仿真模式，其中，当电量计芯片处于在线仿真模式时，选择电路4的第一输入端与输出端接通，电量计算电路6将用于在线仿真的测试数据作为自身的输入数据，并采用内置的电池模型参数进行电量信息的计算，然后将计算得到的电量信息通过电量信息输出端口7发送至第一外部装置，从而实现电量计芯片的在线仿真以便优化所述电池模型参数；
37.当控制指令输入端口2接收到正常工作指令时开始进入正常工作模式，其中，当电量计芯片处于正常工作模式时，选择电路4的所述第二输入端与输出端接通，电量计算电路6将锂电池的运行数据作为自身的输入数据，并采用内置的电池模型参数进行电量信息的
计算，然后将计算得到的电量信息通过电量信息输出端口7发送至第二外部装置，从而实现所述电量计芯片对所述锂电池的电量实时监测。
38.其中，当电量计芯片处于正常工作模式时，电池运行信息采集端口3可以每隔设定时间(如1秒)进行一次运行数据的采集，电量计算电路6对当前采集的运行数据进行计算并输出一次电量信息，实现电池的电量实时监测。
39.其中，电量计算电路6是电量计芯片的核心模块，其可以包含实现算法的状态机(或者mcu)，以及电池模型和配置参数(电池模型参数)，其中，本实用新型中的电量信息可以包括电池荷电状态、剩余容量、满充容量、开路电压中的至少一种。
40.本实用新型实施例提供的电量计芯片，可以在芯片的研发阶段中，在该芯片内部利用预先准备的测试数据进行快速的在线仿真，实现对芯片内模型参数的优化，然后在芯片后续实际的使用过程中，利用优化后的模型参数准确地计算电量信息，通过上述方式，能够高效且精确地对电量计芯片内的电池模型参数进行优化。
41.本实用新型中，测试数据是预先准备好的，因此，电量计芯片处于在线仿真模式时选择电路的第一输入端的数据输入速度可以大于该电量计芯片处于正常工作模式时选择电路的第二输入端的数据输入速度；相应的，该电量计芯片处于在线仿真模式时电量计算电路的电量信息输出速度大于电量计芯片处于正常工作模式时电量计算电路的电量信息输出速度。
42.具体地，本实用新型中，当需要对电量计芯片内的电池模型参数进行优化时，可以向当电量计芯片的控制指令输入端口2发送在线仿真指令，电量计芯片的模式控制电路5在检测到在线仿真指令时控制选择电路4的第一输入端与输出端接通，使预先准备好的测试数据可以通过选择电路的第一输入端以较快的数据输入速度提供给电量计算电路4，电量计算电路4也能够以较快的速度计算并输出用于电池模型参数优化的电量信息。
43.现有技术所采用的电池模型参数优化方式，电量计芯片通常需要每隔1秒左右才能输出一次电量信息，而本实用新型提供的电量计芯片进行在线仿真模式时，电量计芯片中处理器进行电量信息计算的间隔可以缩短到10ms以下，从而可以大大提高电量计芯片内电池模型参数的优化效率。
44.电量计芯片在在线仿真模式下输出的电量信息可以提供给第一外部装置，用户可以通过该第一外部装置对电量计芯片输出的信息进行分析并对电量计芯片内的电池模型参数进行调整优化，调整优化后的电量计芯片安装到电子设备后可以准确的对电子设备中的锂电池进行电量实时监测，具体地，当需要电量计芯片开始正常工作模式时可以向其控制指令输入端口2发送正常工作指令，电量计芯片的模式控制电路5在检测到该正常工作指令时控制选择电路4的第二输入端与输出端接通，使电池运行信息采集端口3实时采集的锂电池的运行数据提供给电量计算电路6，电量计算电路6对电池运行信息采集端口3提供的数据进行计算并将计算得到的电量信息通过电量信息输出端口7输出给第二外部装置(该第二外部装置可以是电子设备的主控制器)，使得第二外部装置能够实时的获取锂电池当前的电量信息。
45.例如，在本实用新型的一些实施例中，可以通过电量计芯片上的一管脚实现在线仿真指令和正常工作指令的检测接收，例如，该在线仿真指令可以是低电平，正常工作指令是高电平，当需要控制电量计芯片进入在线仿真模式时可以在该管脚上施加低电平信号，
电量计芯片的模式控制电路5检测到该管脚为低电平时电量计芯片进入在线仿真模式；当需要控制电量计芯片进入正常工作模式时可以在该管脚上施加高电平信号，电量计芯片的模式控制电路5检测到该管脚为高电平时电量计芯片进入正常工作模式。
46.在本实用新型的一些实施例中，电量计芯片中的电量计算电路和模式控制电路设置在电量计芯片内的一处理器中，即通过一处理器实现电量的计算和模式的控制。
47.在本实用新型的一些实施例中，电量计芯片中的测试数据输入端口和/或控制指令输入端口和/或电量信息输出端口包括通信总线接口，用于连接外部通信总线。即可以通过通信总线接口实现测试数据的输入和/或控制指令的输入和/或电量信息的输出。
48.其中，本实用新型中，选择电路的第一输入端可以直接或者间接连接测试数据输入电路。
49.其中，电量计芯片中的测试数据输入端口、控制指令输入端口和电量信息输出端口合并为同一个通信总线接口，即可以采用同一通信总线接口实现，参见图2，图2是本实用新型实施例提供的一种电量计芯片的示意图，该电量计芯片包括通信总线接口11、电池运行信息采集端口12、选择电路13和处理器14，该电量计芯片具有在线仿真模式和正常工作模式；
50.其中，处理器14中设置有电量计算电路和模式控制电路，能够实现电量的计算和模式的控制；
51.其中，该通信总线接口11用作电量计芯片的测试数据输入端口、控制指令输入端口和电量信息输出端口，该通信总线接口11可以外接到一通信总线上，实现测试数据的输入、控制指令的输入和电量的输出。其中，控制指令可以包括线仿真指令和正常工作指令，例如，该通信总线接口11的类型可以包括i2c、smbus、hdq、sdq、spi、uart中的一种，该通信总线接口11也可以采用自定义的总线协议(私有协议)；
52.电池运行信息采集端口12用于在锂电池运行时对锂电池进行信息采集，得到锂电池的运行数据，例如，该电池运行信息采集端口12可以包括模数转换电路(adc)；
53.选择电路13具有第一输入端、第二输入端和输出端，选择电路13的第一输入端连接通信总线接口11，选择电路13的第二输入端连接电池运行信息采集端口12，选择电路13的输出端连接处理器14中的电量计算电路的数据输入端；
54.例如，在电量计芯片的研发过程中，当需要对电量计芯片的电池模型参数进行优化时，用户可以通过pc电脑(第一外部装置)向该电量计芯片的通信总线接口11发送在线仿真指令，处理器14中的模式控制电路检测到该在线仿真指令时向选择电路13的选择控制端发送相应的控制信号，控制选择电路13的第一输入端和输出端接通，从而开始进入在线仿真模式，之后第一外部装置将预先准备的测试数据以较快的速度发送给通信总线接口11，通信总线接口11将接收到的测试数据输出到选择电路13的第一输入端，从而输出到处理器14中的电量计算电路的数据输入端，处理器14对接收到的测试数据进行计算，并将计算的电量信息通过通信总线接口11返回至第一外部装置，从而能够高效且精确地对电量计芯片内的电池模型参数进行优化；
55.当电量计芯片安装到电子设备后，电子设备的主控制器(第二外部装置)可以向该电量计芯片的通信总线接口11发送正常工作指令，处理器14中的模式控制电路检测到该正常工作指令时向选择电路13的选择控制端发送相应的控制信号，控制选择电路13的第二输
入端和输出端接通，从而开始进入正常工作模式，电池运行信息采集端口12实时采集的锂电池的运行数据输出到处理器14中的电量计算电路的数据输入端，处理器14对接收到的运行数据进行计算并将计算得到的电量信息通过通信总线接口11返回至电子设备的主控制器，使得电子设备的主控制器能够根据接收到的电量信息实现实时电量显示和电池管理等功能。
56.在本实用新型的另外一些实施例中，还可以在电量计芯片中内置存储器，通过内置的存储器存储预先准备的用于在线仿真的测试数据，即电量计芯片还包括连接选择电路的第一输入端的测试数据存储器，例如，参见图3，图3是本实用新型实施例提供的另一种电量计芯片的示意图，该电量计芯片包括通信总线接口21、电池运行信息采集端口22、选择电路23、处理器24和存储器25，该电量计芯片具有在线仿真模式和正常工作模式，该存储器25连接选择电路23的第一输入端，存储器25用于存储预先准备的用于在线仿真的测试数据，当所述电量计芯片处于在线仿真模式时，电量计算电路24可以从存储器25获取测试数据；
57.本实施例中，通信总线接口21通过处理器24、存储器25与选择电路23的第一输入端间接相连，即通信总线接口21与处理器24连接，处理器24与存储器25连接，存储器25与选择电路23的第一输入端连接，这样通信总线接口21从外部接收到的测试数据可以先通过处理器24存储至存储器25中，当处理器24中的模式控制电路检测到通信总线接口21接收到的指令为在线仿真指令时控制选择电路23的第一输入端和输出端接通，从而开始进入在线仿真模式，之后处理器24中的电量计算电路可以从存储器25中读取测试数据并进行计算，计算的电量信息通过通信总线接口21返回至第一外部装置，从而能够高效且精确地对电量计芯片内的电池模型参数进行优化。
58.另外，还可以对本实施例进一步变化，具体地，通信总线接口21还可以直接与选择电路23的第一输入端连接，这样，当电量计芯片处于在线仿真指令时，处理器24中的电量计算电路24既可以从内置的存储器25中读取测试数据，也可以通过通信总线接口21从电量计芯片的外部获取测试数据。
59.在本实用新型的另外一些实施例中，电量计芯片中的电量信息输出端口、控制指令输入端口合并为同一通信总线接口，即采用同一通信总线接口实现；电量计芯片中的测试数据输入端口采用另一通信总线接口实现，参见图4，该电量计芯片包括第一通信总线接口31、电池运行信息采集端口32、第二通信总线接口35、选择电路33和处理器34，该电量计芯片具有在线仿真模式和正常工作模式；
60.其中，第一通信总线接口31用于从所述电量计芯片的外部接收预先准备的用于在线仿真的测试数据，该第一通信总线接口的类型包括i2c、smbus、hdq、sdq、spi、uart中的一种，该第一通信总线接口也可以采用自定义的总线协议(私有协议)，例如，第一通信总线接口31可以连接至外置于电量计芯片的存储器，该存储器中存储有用于在线仿真的测试数据，该存储器可以包括flah、sram、eeprom等存储器；
61.所述电池运行信息采集端口32用于在电池运行时对所述电池进行信息采集，得到电池的运行数据，例如，该电池运行信息采集端口32可以包括模数转换电路(adc)；
62.第二通信总线接口35用于从所述电量计芯片的外部接收控制指令，以及将计算得到的电量信息输出，即实现电量信息输出端口和控制指令输入端口的功能，该控制指令可以包括线仿真指令和正常工作指令，其中，该第二通信总线接口的类型可以包括i2c、
smbus、hdq、sdq、spi、uart中的一种，该第二通信总线接口也可以采用自定义的总线协议(私有协议)；
63.本实施例中，用户可以通过第一外部装置可以向电量计芯片的第二通信总线接口35发送在线仿真指令，电量计算电路34中的模式控制电路检测到该在线仿真指令时控制选择电路33的第一输入端和输出端接通，从而开始进入在线仿真模式，这样，预先准备的测试数据能够以较快的速度输出到处理器34中的电量计算电路的数据输入端，处理器34对接收到的测试数据进行计算，并将计算的电量信息通过第二通信总线接口35返回至第一外部装置，从而能够高效且精确地对电量计芯片内的电池模型参数进行优化。
64.在本实用新型的一些实施例中，还可以对图4所示的电量计芯片进行变化，在电量计芯片中内置存储器，如图5所示，该电量计芯片包括第一通信总线接口41、电池运行信息采集端口42、存储器45、第二通信总线接口46、选择电路43和处理器44，该电量计芯片具有在线仿真模式和正常工作模式，该存储器44连接选择电路43的第一输入端，存储器45用于存储预先准备的用于在线仿真的测试数据，当电量计芯片处于在线仿真模式时，处理器44中的电量计算电路可以从存储器45获取测试数据；
65.本实施例中，第一通信总线接口41通过存储器45与选择电路43的第一输入端间接相连，即第一通信总线接口41与存储器45连接，存储器45与选择电路43的第一输入端连接，这样第一通信总线接口41从外部接收到的测试数据可以存储至存储器45中，当处理器44中的模式控制电路检测到第二通信总线接口46接收到的指令为在线仿真指令时控制选择电路43的第一输入端和输出端接通，从而开始进入在线仿真模式，之后处理器44中的电量计算电路43可以从存储器45中读取测试数据并进行计算，计算的电量信息通过第二通信总线接口46返回至第一外部装置，从而能够高效且精确地对电量计芯片内的电池模型参数进行优化。
66.另外，本实用新型中的电量计芯片可以集成定时器，定时器可以与电量计算电路相连，通过定时器控制电量计芯片每间隔一段时间进行电量计算。
67.在本实用新型的另一些实施例中，也可以由外部芯片(如模拟前端芯片等)实时采集电池运行信息，并实时提供给电量计芯片，实现电池的电量实时监测。
68.本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括锂电池、控制装置，还包括上述任一种的电量计芯片；
69.其中，电子设备的控制装置连接电量计芯片的控制指令输入端口，所述控制装置还连接所述电量计芯片的电量信息输出端口，通过电量计芯片的电池运行信息采集端口可以对电子设备的锂电池进行信息采集，得到锂电池的运行数据。
70.其中，控制装置可以是电子设备的主控芯片，该控制装置可以向电量计芯片发送正常工作指令，并接收电量计芯片计算得到的电量信息。
71.例如，该电子设备可以是手机、平板、手表、笔记本电脑等电池供电设备。
72.优选地，在一实施例中，电子设备的控制装置还连接电量计芯片的测试数据输入端口，即电子设备的控制装置可以与电量计芯片的测试数据输入端口通信连接，以向电量计芯片发送用于在线仿真的测试数据；电子设备的控制装置还可以用作上述的第一外部装置，以接收在线仿真计算得到的电量信息，从而可以实现对电子设备中的电量计芯片进行远程分析。
73.例如，当电量计芯片安装到电子设备后，当需要对电量计芯片进行远程分析时，可以通过远程服务端向电子设备发送用于在线仿真的测试数据，电子设备的主控制器向电量计芯片输出在线仿真指令，当电量计芯片进入在线仿真模式时，电子设备的主控制器将测试数据通过电量计芯片的测试数据输入端口提供给电量计芯片进行电量信息的计算，计算得到的电量信息返回至主控制器，再发送至远程服务端，从而实现对电量计芯片的远程分析。
74.本实用新型实施例还提供了一种电量计芯片在线仿真系统，包括上述任一种的电量计芯片以及用于控制所述电量计芯片在线仿真的上位机，该上位机连接电量计芯片的测试数据输入端口、控制指令输入端口和电量信息输出端口。
75.该上位机可以用作第一外部装置，以接收在线仿真计算得到的电量信息，例如，该上位机可以是pc电脑，该在线仿真系统可以在电量计芯片的设计研发过程中，对电量计芯片内的电池模型参数进行高效和精确的优化。
76.本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
77.应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。