CN100502190C - 电池欠压保护方法及相应的欠压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池欠压保护方法及相应的欠压保护电路，为解决现有电池欠压保护电路不能准确判断应于何时断开负载的问题，本发明中，由控制单元按预定间隔向电子开关发出第一控制信号，使电子开关瞬时断开后再恢复为闭合状态，在此期间由储能电路为负载提供临时电能，使负载不会关机等待下一次通电时重新开机启动；同时，由电压检测电路检测瞬时断开期间的电池电压；然后由控制单元判断瞬时断开期间的电池电压是否小于预定值；如果是则由控制单元发出第二控制信号将所述电子开关永久关断，否则继续由控制单元按预定间隔发出第一控制信号。可见，本发明中，电压检测电路检测所得的是断开负载时的电压，据此可以更准确地判断应于何时断开负载最合适。

Description

电池欠压保护方法及相应的欠压保护电路

技术领域

本发明涉及电池保护电路，更具体地说，涉及一种可在电池电压低于预定值时断开负载的及电池欠压保护方法及相应的欠压保护电路。

背景技术

在中高档汽车中，通常都装有音响、空调等用电设备，有的还装有车载冰箱(通常是采用半导体制冷的小型冰箱)。当汽车处于发动状态时，这些用电设备不需要汽车蓄电池为其提供电源，不会对蓄电池造成什么影响。然而当汽车处于未发动状态时则需要由蓄电池供电，如果持续使用这些设备，则可能会将蓄电池耗尽，其后果是当需要开动汽车时，由于电池电量不足，将无法发动汽车发动机。可见，需要设置相应的保护电路，以在电池电压降到适当程度时自动关断这些用电设备，从而保证电池电量不被耗尽。

为实现这一目的，现有技术中通常是由一个电压检测电路来检测电池电压，当电池电压低于预定值时，则断开连接于电池与负载之间的电子开关。然而这种方法中检测到的是负载处于工作状态时的负载端电压，而不是真实的电池电压，此时有：

U_电池＝I*(R+r1+r2)，

U_负载＝I*R，

其中，U_电池为电池的开路电压，U_负载为负载工作时的端电压、即检测所得的电路，I为工作时的电流，R为负载电阻，r1为电池内阻，r2为连接导线电阻与接触电阻之和。

针对汽车来说，实际检测所得的电压U_负载可能比真实的电池开路电压U_电池低0.5V甚至更多，而且会受连接导线长度、不良接触产生的接触电阻等影响，从而导致不能准确地检测电池电压，也就无法准确判断应于何时断开负载最合适。对于其他需由电池供电的用电设备，也存在这一问题。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决现有电池欠压保护电路不能准确判断应于何时断开负载最合适的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电池欠压保护方法，其中包括以下步骤：

第一步、由控制单元按预定间隔向连接于电池与负载之间的电子开关发出第一控制信号，使所述电子开关瞬时断开后再恢复为闭合状态；

第二步、由电压检测电路检测瞬时断开期间的电池电压；

第三步、由所述控制单元判断所述瞬时断开期间的电池电压是否小于预定值；

第四步、如果所述瞬时断开期间的电池电压不小于所述预定值，回到所述第一步；如果所述瞬时断开期间的电池电压小于所述预定值，则由所述控制单元发出第二控制信号，将所述电子开关永久关断。

本发明所述的方法中，在所述电子开关瞬时断开期间，可由一个与所述负载连接的储能电路为负载提供临时电能。

本发明所述的方法中，在将所述电子开关永久关断后，还包括：

第五步、由所述电压检测电路检测电池电压；

第六步、由所述控制单元判断检测所得的电池电压是否小于预定值；

第七步如果检测所得的电池电压小于所述预定值，回到所述第五步；如果检测所得的电池电压不小于所述预定值，则停止发出所述第二控制信号，使所述电子开关恢复为闭合状态，并回到所述第一步。

另一方面，本发明还提供一种电池欠压保护电路，包括用于检测电池电压的电压检测电路，以及用于控制电池与负载之间的通断的电子开关；还包括一个用于产生时钟信号的时钟电路，以及一个与所述电压检测电路、电子开关及时钟电路连接的控制单元；其中，所述控制单元用于按预定间隔向所述电子开关发出第一控制信号，使所述电子开关瞬时断开后再恢复为闭合状态，所述电压检测电路用于检测瞬时断开期间的电池电压，如果所述瞬时断开期间的电池电压小于预定值，则所述控制单元用于发出第二控制信号将所述电子开关永久关断。

在本发明的电池欠压保护电路中，最好增设一个用于在电子开关断开期间为所述负载提供临时电能的储能电路。

在本发明的电池欠压保护电路中，可由与所述负载并联的储能电容(C5)和/或与所述负载串联的储能电感(L2)构成所述储能电路；所述电子开关连接于所述储能电路与电池之间，可同时闭合/断开所述负载及储能电路与所述电池之间的连接。

由上述方案可以看出，本发明具有以下优点：

(1)通过第一控制信号使电子开关瞬时断开再恢复闭合，从而使电压检测电路检测所得的是断开负载时的电压，也就是电池的开路电压，据此可以更准确地判断应于何时断开负载最合适。

(2)在电子开关瞬时断开期间，可由储能电路为负载提供临时电能，使之保持在非断电状态，而不会关机等待下一次通电时重新开机启动。

(3)当检测所得的电池电压低于预定值时，可通过第二控制信号断开电子开关，也就是断开负载；当电压恢复正常时，又可自动闭合电子开关，也就是接通负载。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一个优选实施例中的电池欠压保护电路的原理图；

图2是本发明一个优选实施例中电池欠压保护方法的流程图；

图3是本发明一个优选实施例中的电池欠压保护电路的电路图；

图4、图5、图6是本发明一个优选实施例中电池电压、控制信号、以及负载电压的波形示意图。

具体实施方式

括：连接于电池100两端、用于检测电池电压的电压检测电路102，连接于电池100与负载112之间、用于控制电池与负载之间的通断的电子开关110，用于产生时钟信号的时钟电路106，与电压检测电路、电子开关及时钟电路连接的控制单元104，以及用于在电子开关断开期间为负载提供临时电能的储能电路110。

图1所示的电池欠压保护电路可按图2所示的流程工作。其中，在步骤201，控制单元104会按预定间隔向电子开关发出第一控制信号，使电子开关108瞬时断开后再恢复为闭合状态。在电子开关瞬时断开期间，储能电路110可为负载提供临时电能，使之保持在非断电状态，也就是说可由储能电路提供的临时电能继续工作，而不会关机等待下一次通电时重新开机启动。

在步骤202，电压检测电路102会检测瞬时断开期间的电池电压U_电池。

在步骤203，控制单元104会判断该瞬时断开期间的电池电压U_电池是否小于预电压U_预定，如果不小于则再回到步骤201。

如果U_电池<U_预定，则在步骤204，控制单元会发出第二控制信号，将电子开关永久关断。

在步骤205，当电子开关永久断开后，电压检测电路102会继续检测电池电压U_电池。

在步骤206，控制单元104会判断该电池电压U_电池是否小于预电压U_预定，如果U_电池<U_预定，则再回到步骤205。

如果U_电池不再小于U_预定，其原因可能是因为更换了电池、对电池完成了充电使其电压恢复正常，则停止发出第二控制信号，使电子开关108恢复为闭合状态，然后回到步骤201，循环前述步骤。

如图3所示为本发明一个优选实施例中电池欠压保护电路的电路图。该电路适用于12V电压的电池。其中，由两个分压电阻R1、R2，一个微处理芯片U1，一个晶体振荡器X1，以及相应的外围元件构成图1中所示的电压检测电路、控制单元和时钟电路。本实施例中，由稳压芯片U2为微处理芯片U1提供5V稳压电源。电池电压经电阻R1、R2分压后输入到微处理芯片U1的第8脚，由微处理芯片U1在内部完成与预定电压的对比，并根据对比结果输出相应的控制信号。

从图3中可以看出，其中由三极管Q2、Q1和MOS管Q3及相应的电阻R5、R6、R7组成电子开关。当微处理芯片U1的第18脚输出高电平时，Q2导通，Q1截止，从而使Q3导通，负载MD1可经Q3与电池形成完整回路，相当于电子开关处理闭合状态。当微处理芯片U1的第18脚输出低电平时，Q2截止，Q1导通，从而使Q3截止，负载MD1不能与电池形成完整回路，相当于电子开关处理断开状态。

从图3中可以看出，其中由储能电容C5、储能电感L2、以及二极管D2构成储能电路。电池供电时，电流经电池正极、负载、电感L2、MOS管Q3向电池负极流动，电感L2和电容C5存储能量。当电子开关断开时，电容C5向负载放电，同时电感L2经二极管D2向负载续流，两者同时将其存储的能量传送给负载。，具体实施时，应根据实际的负载及储能电路来选择发出第一控制信号的间隔及信号本身的宽度，本实施中，发出第一控制信号的间隔为4秒，瞬时断开时间的25毫秒。

所述电子开关连接于所述储能电路与电池之间，可同时闭合/断开所述负载及储能电路与所述电池之间的连接。

从图3中可以看出，其中还设有与负载并联的LED指示灯L1，它用于指示负载是否处于通电工作状态。

本发明一个优选实施例中，电压检测电路所测得的电池电压、控制单元所发出的控制信号、以及负载上的电压的波形分别如图4、图5、图6所示。

图4中模拟了电池电压逐渐降低的情况，其中的虚线为预先设定的门限值。

从图5可以看出，控制单元的正常信号为高电平，当电池电压不小于预定电压时，控制单元会按预定间隔发出低电平脉冲，即第一控制信号；当电池电压小于预定电压时，控制单元会由高电平转为低电平，即第二控制信号。

从图6可以看出，在控制单元发出低电平脉冲将电子开关断开期间，由于储能电路的作用，负载上的电压不会直接降为零，而会维持在一个可供其继续工作的电压；当电子开关恢复为闭合状态时，负载的电压会恢复正常。

本发明的电池欠压保护电路可用于对汽车蓄电池进行保护，也可用于其他采用电池供电的设备。为了不干扰连接于同一电池上的其他用电设备的正常工作，最好将该电池欠压保护电路分别内置于空调器、音响设备、或车载冰箱，从而使得电子开关只断开其所在的用电设备，而不会将与电池连接的所有用电设备(例如汽车上的防盗监控设备)全部断开。

Claims (7)

1、一种电池欠压保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、由控制单元按预定间隔向连接于电池与负载之间的电子开关发出第一控制信号，使所述电子开关瞬时断开后再恢复为闭合状态；

第二步、由电压检测电路检测瞬时断开期间的电池电压；

第三步、由所述控制单元判断所述瞬时断开期间的电池电压是否小于预定值；

第四步、如果所述瞬时断开期间的电池电压不小于所述预定值，回到所述第一步；如果所述瞬时断开期间的电池电压小于所述预定值，则由所述控制单元发出第二控制信号，将所述电子开关永久关断。

2、根据权利要求1所述的电池欠压保护方法，其特征在于，在所述电子开关瞬时断开期间，还包括由一个与所述负载连接的储能电路为负载提供临时电能的步骤。

3、根据权利要求1或2所述的电池欠压保护方法，其特征在于，在将所述电子开关永久关断后，还包括：

第五步、由所述电压检测电路检测电池电压；

第六步、由所述控制单元判断检测所得的电池电压是否小于预定值；

第七步、如果检测所得的电池电压小于所述预定值，回到所述第五步；如果检测所得的电池电压不小于所述预定值，则停止发出所述第二控制信号，使所述电子开关恢复为闭合状态，并回到所述第一步。

4、一种电池欠压保护电路，包括用于检测电池电压的电压检测电路，以及用于控制电池与负载之间的通断的电子开关；其特征在于，

还包括一个用于产生时钟信号的时钟电路，以及一个与所述电压检测电路、电子开关及时钟电路连接的控制单元；

其中，所述控制单元用于按预定间隔向所述电子开关发出第一控制信号，使所述电子开关瞬时断开后再恢复为闭合状态，所述电压检测电路用于检测瞬时断开期间的电池电压，如果所述瞬时断开期间的电池电压小于预定值，则所述控制单元用于发出第二控制信号将所述电子开关永久关断。

5、根据权利要求4所述的电池欠压保护电路，其特征在于，还包括一个用于在电子开关断开期间为所述负载提供临时电能的储能电路。

6、根据权利要求5所述的电池欠压保护电路，其特征在于，

由与所述负载并联的储能电容(C5)和/或与所述负载串联的储能电感(L2)构成所述储能电路；

所述电子开关连接于所述储能电路与电池之间，用于同时闭合/断开所述负载及储能电路与所述电池之间的连接。

7、根据权利要求6所述的电池欠压保护电路，其特征在于，还包括与所述负载并联的LED指示灯。

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