CN101764395B - 一种铅酸电池欠压保护方法及电源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于蓄电池领域，提供了一种铅酸电池欠压保护方法及电源管理系统；所述方法包括步骤：A1：判断市电是否连接；A2：当市电连接，铅酸电池也连接时，根据供电优先级，选择市电给取电设备供电，所述市电给所述铅酸电池充电，欠压保护电路解锁；当市电不连接，铅酸电池连接时，判断铅酸电池电压是否低于设置的阈值电压；A3：当铅酸电池电压低于设置的阈值电压时，铅酸电池被欠压保护，供电被切断，欠压保护电路上锁。在本发明提供的铅酸电池欠压保护方法中，当市电不连接，铅酸电池连接，且当铅酸电池电压低于设置的阈值电压时，铅酸电池被欠压保护，供电被切断，欠压保护电路上锁；防止了铅酸电池欠压放电，延长了铅酸电池的使用寿命。

Description

一种铅酸电池欠压保护方法及电源管理系统

技术领域

本发明属于蓄电池领域，尤其涉及一种铅酸电池欠压保护方法及电源管理系统。

背景技术

现有的铅酸蓄电池产品通常在1至3年内就容易产生充电困难、容量降低等现象，过早失效报废，无法使用。在设计上，铅酸蓄电池电极板的使用寿命一般为10年，而实际中铅酸蓄电池的使用寿命只有1至3年。铅蓄电池劣化的主要原因是电极板上覆盖的硫酸铅沉积物堆积造成电路阻塞而必需更换。

对于一个放干电的蓄电池，正、负极板上产生了硫酸铅，而硫酸铅导电性较差，若没有及时充电，尤其在遇到温度下降时，就会再结晶成粗大晶粒的硫酸铅，而这种粗大晶粒的硫酸铅很难溶解电离，充电时很难还原，即硫化。如不及时发现并进行更换，当需要蓄电池向外供电时，由于内阻大，对外输出功率小，不能使用电设备投入正常的工作，将会造成重大的事故。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种铅酸电池欠压保护方法，旨在解决铅酸电池欠压工作导致铅酸电池的使用寿命短的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种电源管理系统，包括：

电池充电电路，其输入端连接至市电的输出端；

铅酸电池，其输入端连接至所述电池充电电路的输出端；

市电检测电路，其输入端连接至所述市电的输出端；

欠压保护电路，其输入端连接至所述铅酸电池的输出端；

开关控制电路，其第一输入端连接至所述市电检测电路的输出端，所述开关控制电路的第二输入端连接至所述欠压保护电路的输出端；以及

可控开关，其控制端连接至所述开关控制电路的输出端，所述可控开关的第一输入端连接至所述市电的输出端，所述可控开关的第二输入端连接至所述铅酸电池的输出端，所述可控开关的输出端连接取电设备；

所述欠压保护电路包括：

第一分压电阻、第二分压电阻、稳压单元、比较单元、可控硅、电阻R6、上拉电阻R31、电阻R44、第一MOS管以及第二MOS管；

所述第一分压电阻和所述第二分压电阻依次串联连接在所述铅酸电池电压输出端与地之间；

所述比较单元的第一输入端连接至所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的串联连接端，所述比较单元的第二输入端连接至所述稳压单元的基准电压输出端，所述比较单元的第二输入端还通过所述电阻R6连接至所述铅酸电池电压输出端，所述比较单元将采集的铅酸电池电压与所述稳压单元输出的基准电压进行比较，根据比较结果输出控制信号；

所述上拉电阻R31连接在所述铅酸电池电压输出端与所述比较单元的输出端之间；

所述可控硅的控制端连接至所述比较单元的输出端，所述可控硅的第一端连接至所述第一MOS管的漏极，所述可控硅的第二端连接至所述第二MOS管的栅极，所述可控硅的第二端还通过所述电阻R44接地，可控硅的控制端控制其第一端与第二端之间导通；

所述第一MOS管的源极连接至所述铅酸电池电压输出端，所述第一MOS管的栅极连接电平控制信号；

所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的漏极输出欠压保护控制信号；

当市电连接，铅酸电池也连接时，根据供电优先级，所述开关控制电路控制所述可控开关选择市电给取电设备供电，所述市电给所述铅酸电池充电；

当市电不连接，铅酸电池连接时，通过所述欠压保护电路判断铅酸电池电压是否低于设置的阈值电压；当铅酸电池电压低于设置的阈值电压时，所述铅酸电池被欠压保护，所述开关控制电路控制所述可控开关切断所述铅酸电池供电，欠压保护电路上锁。

更进一步地，所述欠压保护电路还包括：钳位二极管以及电阻R43；所述钳位二极管的阴极通过所述电阻R43连接至所述比较单元的输出端，所述钳位二极管的阳极连接至所述可控硅的控制端。

更进一步地，所述欠压保护电路还包括：电阻R27、电阻R1以及电容C12；所述电阻R27连接在所述可控硅的第一端与所述第一MOS管的漏极之间；所述电阻R1连接在所述第一MOS管的栅极与所述电平控制信号之间；所述电容C12连接在所述比较单元的输出端与地之间。

在本发明实施例提供的铅酸电池欠压保护方法中，当市电连接，铅酸电池也连接时，根据供电优先级，选择市电给取电设备供电，市电同时给铅酸电池充电，欠压保护电路解锁；当市电不连接，铅酸电池连接，且当铅酸电池电压低于设置的阈值电压时，铅酸电池被欠压保护，供电被切断，欠压保护电路上锁；防止了铅酸电池欠压放电，延长了铅酸电池的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的铅酸电池欠压保护方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的电源管理系统的模块结构示意图；

图3是本发明实施例提供的铅酸电池欠压保护电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例提供的铅酸电池欠压保护方法中，当市电连接，铅酸电池也连接时，根据供电优先级，选择市电给取电设备供电，市电同时给铅酸电池充电，欠压保护电路解锁；当市电不连接，铅酸电池连接，且当铅酸电池电压低于设置的阈值电压时，铅酸电池被欠压保护，供电被切断，欠压保护电路上锁；防止了铅酸电池欠压放电，延长了铅酸电池的使用寿命。

图1示出了本发明实施例提供的铅酸电池欠压保护方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

一种铅酸电池欠压保护方法包括下述步骤：

在步骤S11中，判断市电是否连接；若是，则执行步骤S12，若否，则执行步骤S15；具体地，当电平控制信号VBAT_IN的幅度在13.8V+/-5％时，则认为市电已连接上。

在步骤S12中，判断铅酸电池是否连接；若是，则执行步骤S13，若否，则执行步骤S14；具体地，当铅酸电池电压输出端Vb有电时，则认为铅酸电池已连接上。

在步骤S13中，根据供电优先级，选择市电给取电设备供电，市电给铅酸电池充电，欠压保护电路解锁；

在步骤S14中，市电给取电设备供电；

在步骤S15中，判断铅酸电池是否连接；若是，则执行步骤S16，若否，则执行步骤S19；

在步骤S16中，判断铅酸电池电压是否低于设置的阈值电压；若是，则执行步骤S18，若否，则执行步骤S17；

在步骤S17中，铅酸电池给取电设备供电；

在步骤S18中，铅酸电池被欠压保护，供电被切断，欠压保护电路上锁。

在步骤S19中，取电设备无供电。

铅酸电池具有放电特性：铅酸电池在放电过程中，随着放电深度的增加端电压会慢慢下降；停止放电后端电压又会慢慢上升。因此，当铅酸电池电压低于某一阈值电压时，铅酸电池会处于欠压工作状态，将导致电池的使用寿命降低。而在本发明实施例中，当市电、铅酸电池都连上时，市电供电优先级高，给取电设备供电，同时给电池充电，并解锁(使欠压保护电路有效的信号)；当市电连接，铅酸电池无连接时，则市电仅给取电设备供电；当市电无连接，铅酸电池连接时，且当铅酸电池电压高于放电设置的阈值电压(即上述阈值电压)时，由铅酸电池给取电设备供电；当铅酸电池电压低于放电设置的阈值电压时，铅酸电池的供电被欠压保护电路切断，取电设备无供电，同时上锁(使欠压保护电路失效的信号)；当市电无连接，且铅酸电池也无连接时，取电设备无供电。本发明实施例提供的铅酸电池欠压保护方法对铅酸电池进行了供电管理，防止铅酸电池欠压放电，延长了铅酸电池使用寿命。

图2示出了本发明实施例提供的电源管理系统的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

电源管理系统2连接在市电与取电设备3之间，其中电源管理系统2包括：电池充电电路21、铅酸电池22、市电检测电路23、开关控制电路24、可控开关25以及欠压保护电路26；其中电池充电电路21的输入端连接至市电1的输出端；铅酸电池22的输入端连接至电池充电电路21的输出端；市电检测电路23的输入端连接至市电1的输出端；欠压保护电路26的输入端连接至铅酸电池22的输出端；开关控制电路24的第一输入端连接至市电检测电路23的输出端，开关控制电路24的第二输入端连接至欠压保护电路26的输出端；可控开关25的控制端连接至开关控制电路24的输出端，可控开关25的第一输入端连接至市电1的输出端，可控开关25的第二输入端连接至铅酸电池22的输出端，可控开关25的输出端连接取电设备3；当市电1连接，铅酸电池22也连接时，根据供电优先级，开关控制电路24控制可控开关25选择市电1给取电设备3供电，市电1给铅酸电池22充电；当市电1不连接，铅酸电池22连接时，通过欠压保护电路26判断铅酸电池22的电压是否低于设置的阈值电压；当铅酸电池22的电压低于设置的阈值电压时，铅酸电池22被欠压保护，开关控制电路24控制可控开关25切断铅酸电池22供电，欠压保护电路26上锁；当铅酸电池22的电压不低于设置的阈值电压时，可控开关25选择铅酸电池22给取电设备3供电。

在本发明实施例中，开关控制电路24可以采用继电器等具有开关控制功能的元器件实现。

图3示出了本发明实施例提供的铅酸电池欠压保护电路26的具体电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

铅酸电池欠压保护电路包括：第一分压电阻R20、第二分压电阻R47、稳压单元U6、比较单元U4、可控硅D4、电阻R6、上拉电阻R31、电阻R44、第一MOS管Q7以及第二MOS管Q5；其中第一分压电阻R20和第二分压电阻R47依次串联连接在铅酸电池电压输出端Vb与地之间；比较单元U4的第一输入端IN1-连接至第一分压电阻R20和第二分压电阻R47的串联连接端S1，比较单元U4的第二输入端IN1+连接至稳压单元U6的基准电压输出端VREF，比较单元U4的第二输入端IN1+还通过电阻R6连接至铅酸电池电压输出端Vb，比较单元U4将采集的铅酸电池电压与稳压单元U6输出的基准电压进行比较，根据比较结果输出控制信号；上拉电阻R31连接在铅酸电池电压输出端Vb与比较单元U4的输出端OUT1之间；可控硅D4的控制端连接至比较单元U4的输出端OUT1，可控硅D4的第一端Pin3连接至第一MOS管Q7的漏极，可控硅D4的第二端Pin1连接至第二MOS管Q5的栅极，可控硅D4的第二端Pin1还通过电阻R44接地，可控硅D4的控制端Pin2控制其第一端与第二端之间的导通；第一MOS管Q7的源极连接至铅酸电池电压输出端Vb，第一MOS管Q7的栅极连接电平控制信号；第二MOS管Q5的源极接地，第二MOS管Q5的漏极输出欠压保护控制信号。

在本发明实施例中，欠压保护电路还包括：钳位二极管D8以及电阻R43；其中钳位二极管D8的阴极通过电阻R43连接至比较单元U4的输出端OUT1，钳位二极管D8的阳极连接至可控硅D4的控制端Pin2。

作为本发明的一个实施例，欠压保护电路还包括：电阻R27、电阻R1以及电容C12；电阻R27连接在可控硅的第一端Pin3与第一MOS管Q7的漏极之间；电阻R1连接在第一MOS管Q7的栅极与电平控制信号VBAT_IN之间；电容C12连接在比较单元U4的输出端OUT1与地之间。

在本发明实施例中，可控硅D4可以采用型号为MCR100-6G的可控硅；可控硅D4具有如下特性：当可控硅D4的第一端pin3与第二端pin1之间压差大于0.7V且控制端pin2有高于0.8V的电压输入时，可控硅D4将导通；导通后可控硅D4的第二端pin1将失去作用，无论如何变化，可控硅D4都将不受其影响，直到可控硅D4的第一端pin3与第二端pin1之间的电流或电压减小到0后，可控硅D4就会恢复到初始状态。

在本发明实施例中，上锁是指欠压保护电路状态被锁定为低电平，无论可控硅D4的pin2如何变化都不会影响欠压保护电路的状态；解锁是指欠压保护电路输出状态恢复为起始状态(无动作信号)，当可控硅D4的pin2接收到高电平时，又可以重新被上锁。

为了更进一步地说明本发明实施例提供的铅酸电池欠压保护电路，现结合图3详述其工作原理如下；为了便于说明，稳压单元U6采用型号为ZR431的2.5V稳压芯片，比较单元U4采用型号为LM339的比较器芯片；钳位二极管D8可以采用型号为SS24的钳位二极管；第一MOS管Q7可以采用型号为APM2301的P沟道MOS管；第二MOS管Q5可以采用型号为APM2300的N沟道MOS管。

铅酸电池上电，且电平控制信号VBAT_IN为低电平，此时第一MOS管Q7导通，可控硅D4的第一端pin3与第二端pin1之间有压差，当铅酸电池电压高于阈值电压时，比较单元U4的输出端OUT1输出低电平，可控硅D4的控制端pin2为低电平；此时第二MOS管Q5的栅极端为低电平，第二MOS管Q5的漏极不动作，铅酸电池给取电设备供电。

当铅酸电池电压小于阈值电压时，比较单元U4的输出端OUT1输出高电平，可控硅D4的控制端pin2为高电平，可控硅D4导通，第二MOS管Q5的栅极端电压约等于1/2电池电压，此时第二MOS管Q5的漏、源极导通，第二MOS管Q5的漏极动作(被拉为低电平为0V)，取电设备的供电被切断。

当铅酸电池不供电后，铅酸电池电压开始回升，当其回升到高于上述阈值电压时，比较单元U4的输出端OUT1输出低电平；由于钳位二极管D8将电压已经钳位在高电平，即使钳位二极管D8的阳极电压变低，钳位二极管D8的阴极仍为高电平，且此时可控硅D4的控制端pin2已触发可控硅D4的第一端pin3与第二端pin1之间的导通，可控硅D4的控制端pin2将不再起作用，欠压保护电路被上锁。

当电平控制信号VBAT_IN为高电平，第一MOS管Q7截止，可控硅D4的第一端pin3点电压为0，可控硅D4还原，当电平控制信号VBAT_IN再次变为低电平后，可控硅D4又将可以通过其控制端pin2触发导通，欠压保护电路解锁。等待下次铅酸电池电压低于上述阈值时，铅酸电池被保护，欠压保护电路上锁，再解锁，如此循环。

本发明实施例提供的铅酸电池欠压保护电路采用比较单元U4将采集的铅酸电池电压与基准电压进行比较，根据比较结果输出控制信号并控制可控硅D4的导通，从而控制第二MOS管Q5输出欠压保护控制信号，实现了铅酸电池的欠压保护，成本低。

本发明实施例提供的电源管理系统通过欠压保护电路对铅酸电池进行欠压保护，防止了铅酸电池欠压放电，延长了铅酸电池的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电源管理系统，其特征在于，包括：

电池充电电路，其输入端连接至市电的输出端；

铅酸电池，其输入端连接至所述电池充电电路的输出端；

市电检测电路，其输入端连接至所述市电的输出端；

欠压保护电路，其输入端连接至所述铅酸电池的输出端；

开关控制电路，其第一输入端连接至所述市电检测电路的输出端，所述开关控制电路的第二输入端连接至所述欠压保护电路的输出端；以及

可控开关，其控制端连接至所述开关控制电路的输出端，所述可控开关的第一输入端连接至所述市电的输出端，所述可控开关的第二输入端连接至所述铅酸电池的输出端，所述可控开关的输出端连接取电设备；

所述欠压保护电路包括：

第一分压电阻、第二分压电阻、稳压单元、比较单元、可控硅、电阻R6、上拉电阻R31、电阻R44、第一MOS管以及第二MOS管；

所述第一分压电阻和所述第二分压电阻依次串联连接在所述铅酸电池电压输出端与地之间；

所述比较单元的第一输入端连接至所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的串联连接端，所述比较单元的第二输入端连接至所述稳压单元的基准电压输出端，所述比较单元的第二输入端还通过所述电阻R6连接至所述铅酸电池电压输出端，所述比较单元将采集的铅酸电池电压与所述稳压单元输出的基准电压进行比较，根据比较结果输出控制信号；

所述上拉电阻R31连接在所述铅酸电池电压输出端与所述比较单元的输出端之间；

所述可控硅的控制端连接至所述比较单元的输出端，所述可控硅的第一端连接至所述第一MOS管的漏极，所述可控硅的第二端连接至所述第二MOS管的栅极，所述可控硅的第二端还通过所述电阻R44接地，可控硅的控制端控制其第一端与第二端之间导通；

所述第一MOS管的源极连接至所述铅酸电池电压输出端，所述第一MOS管的栅极连接电平控制信号；

所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的漏极输出欠压保护控制信号；

当市电连接，铅酸电池也连接时，根据供电优先级，所述开关控制电路控制所述可控开关选择市电给取电设备供电，所述市电给所述铅酸电池充电；

当市电不连接，铅酸电池连接时，通过所述欠压保护电路判断铅酸电池电压是否低于设置的阈值电压；当铅酸电池电压低于设置的阈值电压时，所述铅酸电池被欠压保护，所述开关控制电路控制所述可控开关切断所述铅酸电池供电，欠压保护电路上锁。

2.如权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述欠压保护电路还包括：

钳位二极管以及电阻R43；

所述钳位二极管的阴极通过所述电阻R43连接至所述比较单元的输出端，所述钳位二极管的阳极连接至所述可控硅的控制端。

3.如权利要求2所述的电源管理系统，其特征在于，所述欠压保护电路还包括：

电阻R27、电阻R1以及电容C12；

所述电阻R27连接在所述可控硅的第一端与所述第一MOS管的漏极之间；

所述电阻R1连接在所述第一MOS管的栅极与所述电平控制信号之间；

所述电容C12连接在所述比较单元的输出端与地之间。

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