CN101739041A - 保持恒温的携带式电池电源加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种加热装置的恒温保持装置新设计，其提供了一种保持恒温的携带式电池电源加热方法，将电池电源连接至一控制器，再将控制器利用导线连接至加热装置上，通过预设值来输出电流量，该控制器是预设有软件程序，以控制当电池电压高于或低于标准工作电压值时，以预设值依所侦测到电压的不同，而改变电压输出占空比的开关频率：当电池电压高于标准工作电压时，减少开的比率并增加关的比率，而能减少电池输出的电流量，来减少发热以维持原设计温度；而当电池电压低于标准工作电压时，则增加开的比率并减少关的比率，以增加电池输出的电流量，来升高发热量以维持原设计温度。能达到加热装置温度不随电池电量变化，保持恒温的目的。

Description

保持恒温的携带式电池电源加热方法

技术领域

本发明是有关于以电池作为电源的加热装置，特别是一种通过侦测电池电压的不同而可随机改变开关频率以保持恒温的电池电源加热装置及其加热控制方法。

背景技术

利用电池做为电源，构成可携带式小型的加热装置，如图1所示，该电池11的正负极是连接于一控制片12的电阻片121，然后再连通于一晶体管122，最后再结合于加热模块13，而该电阻片121是可为一片或数片，只要另利用开关切换即可，其是利用所选择电阻片121的阻抗，来改变晶体管122的开或关的频率，直接供给电流至加热模块13，并利用电阻原理而产生热量，因关闭电源而不产生热量，也就是当”开”的时间愈长，产生的温度就愈高，反过来说”关”的时间愈长，则温度就愈低，藉以达到温控的目的。此种装置是以硬件设置为温控方法，非常简易，但只能分设成很少段的温度控制，其加热使用期间，因电池电压必定呈下降趋势，因此，该加热装置的原设计温度就随电池电压的衰减而递减，也就是加热装置的温度是无法避免在不断之下降。

另一种温控装置，请参阅图2所示，该电池21是连接于一温度控制器22，再结合于加热模块23，而该温度控制器22内是设有一IC装置221，利用DutyCycle(占空比)的原理，因而能预先设置多组不同的”开”或”关”频率，去达成数段控制温度的目的，且同样当”开”的时间愈长，温度即会随着较高，当”关”的时间愈长，则温度亦会随着较低。其虽可分为较多段的频率来达到较多段数的不同温度控制，但与前述装置一样，使用上具有如下的缺失：

(一)电池因使用时的放电关系，电压会一路往下降低，因而造成电流的改变，而致使原设定的开关频率虽然相同，原依固定的工作电压而设计的温度值，即会因电压下降，使得输出电流也因而随着下降，所以在加热模块的电阻值不变的情况下，温度就会与原来以工作电压所设定的温度值而随之下降，变成较低温度，而无法维持原设计温度的功能。

(二)电池充电完成后的电压，永远比所谓的工作电压大(如锂电池在习知的工作电压为3.7V，其充满电时的电压为4.2V，但经使用后则会逐渐降低，甚至放电至3V或更低)，因此，如加热装置温度设计时，若以工作电压3.7V为基准，依加热装置的电阻大小及预定电流流量的大小，而设计该加热装置的反应的温度应为50℃时，当该电池在充满电状态而初使用来加热时，其电压接近4.2V，必定大于3.7V，因加热装置的电阻值不变，电池输出的电流亦自动变大，因此温度会比设计值高(约55℃甚至更高)。然后，随着使用时间该电池继续放电，则电池的电压也必定会逐渐下降，在加热装置电阻不变的情形下，电池输出的电流亦会愈来愈小，温度当然愈来愈低(约45℃甚至更低)。

发明人是专门从事于加热产品的研究开发工作，针对利用电池做为携带式电源，而欲达到加热装置可恒温或稳定温度的目的，传统的方式根本无法达成，而无法满足所需，于是乃萌发改革的决心，并凭借本身的专业及多年来的工作经验，终于在历经数次的试验、修正与改进后，首创出一种可随机改变保持恒温的携带式电池电源加热方法。

发明内容

本发明目的在于解决现有以电池作为电源的加热装置，其加热温度随电池电压下降而无法保持稳定的问题。

为此，本发明提出了一种保持恒温的携带式电池电源加热方法，将电池电源连接至一控制器，再将控制器利用导线连接至加热装置上，通过预设值来输出电流量，其特征在于：

该控制器是预设有软件程序，以控制当电池电压高于或低于标准工作电压值时，以预设值依所侦测到电压的不同，而改变电压输出占空比的开关频率：当电池电压高于标准工作电压时，减少开的比率并增加关的比率，而能减少电池输出的电流量，来减少发热以维持原设计温度；而当电池电压低于标准工作电压时，则增加开的比率并减少关的比率，以增加电池输出的电流量，来升高发热量以维持原设计温度。

本发明通过控制器侦测到电池电压的改变时，随机依电池电压高于或低于所设计的工作电压不同，立即改变输出占空比的开关频率，从而能达到使加热装置保持温度稳定恒温的有益效果。

附图说明

图1所示是习知利用电阻片的温控装置示意图；

图2所示是习知利用温度控制器的示意图；

图3所示是本发明的构造部分示意图；

图4所示是本发明控制器的线路图；

图5所示是电池放电时的曲线示意图；

图6所示是本发明输出占空比的开关动作示意图。

附图标记说明：

现有技术：11、21-电池；12-控制片；121-电阻片；122-晶体管；13、23-加热模块；22-温度控制器；221-IC装置；

本实用新型：3-控制器；31-电池；32-导线；33-加热装置；34-IC；341-电阻；342-脉冲IC；343-LED灯；3431-LED1灯；3432-LED2灯；3433-LED3灯；3434-LED4灯。

具体实施方式

首先，所有的恒温装置，若使用AC电源或者是电压稳定的DC电源，其任一时间输出的电流，因电压相同则电流亦会相同，因此同样的加热装置所产生的温度亦会相同，所以即能控制设定的温度，保持在恒温状态。而当使用可携式的小型电池(如锂电池)做为电源供应时，因电池的电压会随着使用时间逐渐下降，所以所输出的电流亦愈来愈小，则同样的加热装置会随着所得到的电流不同而改变温度，根本无法达到恒温的目的。

其次，本实用新型即是针对利用可携带式的小型电池(如锂电池)做为电源的恒温控制的方法。其主要是将可携式电池电源连接于一控制器，再将控制器连接于加热装置上。当进行加热时，该控制器内所建的预设程序会通过侦测到电池的电压的改变，立即随机自动改变输出占空比(Duty Cycle)的开关频率，而能输出不同电流，达到控制恒温的目的。

请参阅图3所示，是本发明结构部份的示意图，该电池31是连接于一控制器3，并于控制器3内设有IC控制，再通过导线32连接于加热装置33上。至于该控制器3内的IC控制，是预设有软件程序，主要能事先侦测电压变化，而能控制一输出占空比(Duty Cycle)的开关频率。所以当启动电源时，可随机依需要设定温度，然后利用控制器3事先侦测电池31电压的不同，而随时改变输出占空比(Duty Cycle)开关频率的百分比，使输出的电流量自动依侦测电压的变化而调整，藉以达到加热装置保持温度稳定恒温的目的。

至于有关该控制器3的IC控制，请接着参阅图4所示，是本发明的一可行实施例的线路图，该控制器3主要设有一IC(集成电路)34，利用其第7脚进行电源低压检测，当电池31的正电流通过电阻341(R12)时，不管电池31的电压是处于刚充满电时的8.4V或较低，都会将电压值调整在2.8V～2.3V之间，即IC34所允许的工作范围，否则IC34会自动断电停止运作。且当电池31的电压小于5.6V时，亦无法利用电阻341调整达到2.3V以上，而无法作动。当第一阶段的侦测完成后，即会利用IC34的第4脚执行开关控制，经过脉冲IC342调节放电(加热时)的开关频率，即晶体管3421的开关动作。有关该开关频率的百分比是通过LED灯343显示，并随着设定的温度，自动侦测电池的电压，再运用侦测的电压于设计温度所需的电流量，由IC34的第7脚命令脉冲IC342的晶体管3421执行控制开关百分比，使其达到所需温度的电流量，完全符合恒温的需求。

而该实施例的LED灯343是设计有四段，即低温时显示LED1灯3431，其原设定的电流量为25％。中温时显示LED2灯3432，电流量为50％。高温时显示LED3灯3433，电流量为75％。最高温时显示LED4灯3434，电流量为100％。若设定选择在高温时，即会点亮LED3灯3433，此时的输出占空比由第16脚连结在LED3灯3433的开关上，而能控制开的动作75％，关的动作25％，因此当电池31的电压稳定时，该电流输出量即为，开75％关25％。但当IC34的第7脚侦测到电压改变高或低时则会随机改变输出占空比的开关频率，而能增减电流的输出量，藉以维持不同电压时，仍能达到恒温的目的。

另外，该携带式电池(锂电池)在用来加热的放电过程中，其电压是随着放电使用时间而递减，如图5所示，是将传统两颗电池(锂电池)串联在一起的放电曲线示意图。图中显示电池充饱电时的电压实际可达到或接近8.4V，而随着放电使用时间电压即逐渐下降，并在7.2V至7.6V之间持平一段较长时间，而后再呈现较大幅度之下降至5.6V左右时电压再快速结束放电而趋近于零。因此由图面上可以看出，电池在充饱电时电压最大，而随着放电使用，该电压亦逐渐递减，并在7.2V～7.6V时电压下降速度最慢，而能在此区间维持一段较长时间，最后再因电压继续下降，使电流快速衰减至低电压而停止，此乃一般电池放电时，随着使用时间使电压逐渐递减，直到低电压时停止工作。因此电池电压是随着使用过程不断在改变的，也就是利用电阻原理产生温度的加热装置，其温度也自始不间断的降低，无法从头到尾都保持原设计温度。

而有关输出占空比(Duty Cycle)的温度控制原理，请继续参阅图6所示，该输出占空比主要是通过”开”及”关”的动作来控制电流输出的量，其是先行设定有多段控制，如本实施例是为四段控制，当设定第一段时开的动作为25％，则关的动作即为75％。第二段时开的动作为50％，则关的动作即为50％。第三段时开的动作为75％，则关的动作为25％。第四段时开的动作为100％，则关的动作为0％。因此不管设计的温度为何，该电池31(如图3)通过控制器3内预设的软件程序，可以事先侦测电压的变化，当电池电压高于工作电压时，减少开(ON)的比率并增加关(OFF)的比率，而能减少电池输出的电流量，藉以降低并维持原设计温度。而当侦测到电池电压低于工作电压时，则要增加开(ON)的比率，减少关(OFF)的比率，而能增加电池输出电流量，来增加并维持原设计温度。因此，本实用新型主要即是通过控制器3侦测到电池电压的改变，能随机依照电池电压高于或低于设计的工作电压，立即改变输出占空比的开关频率，来达到加热装置保持温度稳定，亦即利用”开”、”关”动作比率来调整输出的电流量，确实能达到恒温的目的。

换句话说就是当电池31刚充饱电时，电压处于最高，此时电流亦最大，所以同样的加热装置33所产生的温度最高，当使用至低电压时，所产生的温度最低，因此该输出占空比即会依照所侦测电池高于或低于工作电压(所谓工作电压是指为达到预定设计温度所需的标准工作电压)，相应改变开关频率，来调节控制输出电流量的百分比，即电压高电流较大时，调整开的动作百分比较低，而关的动作百分比较高；反之，当电池31使用一段时间后，电压逐渐下降，电流亦愈来愈小时，输出占空比会自动调节改变开的动作百分比较高，而关的动作百分比较低，使输入于加热装置33的电流量，会随着电池31的电压不同改变，而能达到设定温度的要求，且从电池31最初的高电压，至后来的低电压，皆能将加热装置33保持所设定的温度，真正达到恒温的功效。

至于该输出占空比是可随机调整开关频率，来制定输入控制器3的电流量以控制温度，其是以预设值依侦测到的电压的不同，当电压高于工作电压时，减少开的比率而增加关的比率，以减少电池输出电流量，达到降低并维持原设计温度。但当电压低于工作电压时，则反过来增加开的比率减少关的比率，藉以增加电池输出电流量来增加并维持原设计温度。因此温度是会随着电压及功率上升或下降的同时，在加热装置负载电阻不变的情形下温度即随着上升或下降。兹举例说明本发明可随机改变保持恒温的携带式电池电源加热方法使用中的电压、电流及功率的变化情形：

假设：(一)加热装置负载电流为0.45A(0.45安培)

(二)电池容量2200mAh(毫安培小时)

(三)电池(锂电池两只串联)工作电压7.4V

(四)加热装置电阻R＝16.44Ω，电阻值随温度的变化忽略不计

(五)设计温度为50℃

公式：P＝I*V    I＝V/R

P为功率  I为电流  V为电压  R为加热器电阻

参下表：

V	P	I	R
				8.4(电池充饱电时)	4.4W	0.525A	16.44Ω
8.3	4.3W	0.519A	16.44Ω

V	P	I	R
				...7.5	...3.42W	...0.456A	...16.44Ω
7.4(设计工作电压)	3.3W	0.45A	16.44Ω
				7.3	3.2W	0.444A	16.44Ω
...5.6低压保护(停止工作)	...1.9W	...0.34A	...16.44Ω

上表是有关电池使用的电流、电压及功率的变化图，而有关输出占空比的开关频率设定情形则如下表说明，若设定输出占空比周期为1000次/秒则侦测到电池电压高于或低于设计的工作电压7.4V时，会立即改变开关频率，以本实施例的高温时为例，原设定在设计工作电压7.4V时，开的动作为75％，关的动作为25％，即输出占空比的周期为开750/1000次，关250/1000次，但当侦测到电压变化时，则随机调节输出占空比的开关频率如下表：

电压	开	关
			8.4V电池充饱电时	400/1000	600/1000
8.3V	435/1000	565/1000
			...7.5V	...715/1000	...285/1000
7.4V设计工作电压	750/1000	250/1000
			7.3V	785/1000	215/1000
...5.7V	...960/1000	...40/1000
			5.6V低压保护(停止工作)	995/1000	5/1000

综上所述，本发明将利用电池做为电源的加热装置，通过一控制器而能事先侦测电压的变化，并通过输出占空比调节开及关的频率，而能调节输出不同的电流量至加热装置上，使其能依照所设定的温度，从头到尾皆保持在容许的误差范围内，确实达到恒温的目的，且申请前并未发现有相同的产品核准专利在先，亦未见于刊物，理已符合专利法的规定，依法提出专利申请。

Claims (1)

1.一种保持恒温的携带式电池电源加热方法，将电池电源连接至一控制器，再将控制器利用导线连接至加热装置上，通过预设值来输出电流量，其特征在于：

该控制器是预设有软件程序，以控制当电池电压高于或低于标准工作电压值时，以预设值依所侦测到电压的不同，而改变电压输出占空比的开关频率：当电池电压高于标准工作电压时，减少开的比率并增加关的比率，而能减少电池输出的电流量，来减少发热以维持原设计温度；而当电池电压低于标准工作电压时，则增加开的比率并减少关的比率，以增加电池输出的电流量，来升高发热量以维持原设计温度。

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