CN111211361A - 一种提升普通电池低温性能的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提升普通电池低温性能的电路，由热敏电阻NTC和第二电阻R12构成的温度检测电路，由比较器Q1、第三电阻R13和第二稳压二级管D2构成的比较控制电路，由第四电阻R14、电容C1和第五电阻R15构成的延迟电路，由比较器Q1和三极管Q2构成的开关电路，由N个大功率电阻R1到Rn构成的发热电路。本发明通过热敏电阻NTC的阻值随着温度变化而变化，进而改变输入比较器Q1的分压电压，比较器Q1比较分压电压与第三电阻R13和第二稳压二级管D2的参考电压，来控制三极管Q2的导通或关闭，三极管Q2的导通N个大功率电阻R1到Rn发热，进而实现了电池自动检测及加热，并提升了电池低温性能。

Description

一种提升普通电池低温性能的电路
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体地说，涉及一种提升普通电池低温性能的电路。
背景技术
常见的普通蓄电池一般工作温度在-20℃--60℃，当温度低于-10℃时，电池放电能力会下降，最大放电电流也会急剧下降，难以满足电子产品的工作要求，容易出现死机甚至直接关机。
为了解决这个问题，有的采用特殊的低温电池；有的采用超低温电池给主电池加热；有的通过结构进行保温。
目前使用的这些方法存在以下问题：1、特殊低温电池成本高，普及率不高；2、低温电池极限低温大概是-30℃，与最低工作环境温度还有差距，无法满足更低工作温度需求；3、采用超低温电池给主电池加热的方式，设计过于复杂；4、采用结构保温方式，也难以实现超低温度工作。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种提升普通电池低温性能的电路，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种提升普通电池低温性能的电路，所述电路包括温度检测电路、比较控制电路、延迟电路、开关电路和发热电路；其中，温度检测电路包括热敏电阻NTC和第二电阻R12；热敏电阻NTC和第二电阻R12串联以形成分压电路；比较控制电路包括比较器Q1、第三电阻R13和第二稳压二级管D2；温度检测电路的输出端连接至比较控制电路的比较器Q1的正极，以提供分压电压；第三电阻R13和第二稳压二级管D2串联的连接节点连接至比较器Q1的负极，以提供基准参考电压；所述分压电压与所述基准参考电压通过比较器Q1进行比较，当所述分压电压高于或低于所述基准参考电压时，比较器Q1输出高电平或低电平；延迟电路包括第四电阻R14、电容C1和第五电阻R15，电容C1和第五电阻R15并联后与第四电阻R14串联，比较控制电路的比较器Q1的输出端连接至延迟电路的第四电阻R14，以避免开关频繁的触发；开关电路包括三极管Q2，延迟电路的输出端连接至开关电路的三极管Q2的输入端，比较器Q1输出高电平或低电平以控制三极管Q2打开或关闭；发热电路包括N个串联的大功率电阻R1至Rn，开关电路的输出端连接至发热电路，三极管Q2打开或关闭以控制发热电路；在环境温度低于设置的门限温度值时，发热电路打开，由N个串联的大功率电阻R1至Rn组成的发热电路将电能转为热能。
通过上述技术方案，通过热敏电阻NTC的阻值随着温度变化而变化，进而改变输入比较器Q1的分压电压，比较器Q1比较分压电压与第三电阻R13和第二稳压二级管D2的基准参考电压，来控制三极管Q2的导通或关闭，三极管Q2的导通N个大功率电阻R1到Rn发热，进而实现了电池自动检测及加热，提升了电池低温性能的技术效果。
作为对本发明所述的提升普通电池低温性能的电路的进一步说明，优选地，热敏电阻NTC与第二电阻R12串联的线路上并联连接第一稳压二级管D1，热敏电阻NTC接地，第二电阻R12与第一电阻R11串联，第一电阻R11与电源电压端连接。
通过上述技术方案，保证了温度检测电路输出的分压电压稳定。
作为对本发明所述的提升普通电池低温性能的电路的进一步说明，优选地，第二稳压二级管D2接地，第三电阻R13与电源电压端连接。
作为对本发明所述的提升普通电池低温性能的电路的进一步说明，优选地，延迟电路与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与串联连接的N个大功率电阻R1至Rn连接。通过上述技术方案，实现了三极管Q2的打开或关闭控制发热电路。
作为对本发明所述的提升普通电池低温性能的电路的进一步说明，优选地，所述N个串联的大功率电阻R1至Rn可以是0.1-1W的电阻或是0.1-5W的二极管、三极管等，功率越大发热效果越好。
作为对本发明所述的提升普通电池低温性能的电路的进一步说明，优选地，N个串联的大功率电阻R1至Rn均匀分布在PCB板上，所述PCB板紧贴电芯，以调节电池周围温度。
作为对本发明所述的提升普通电池低温性能的电路的进一步说明，优选地，N至少为1。
通过上述技术方案，电阻数量N根据电路电压及电流进行调整。N的值取决于功率的设置，数量多，分布均匀发热源就较均匀。数量大影响空间布局，最少可以是1个，最多取决于电路板的尺寸以及预期达到的效果。
作为对本发明所述的提升普通电池低温性能的电路的进一步说明，优选地，热敏电阻NTC远离发热电路或悬空。
作为对本发明所述的提升普通电池低温性能的电路的进一步说明，优选地，所述门限温度值在-5℃到-20℃之间，所述门限温度值通过热敏电阻NTC和第二电阻R12进行调整。
通过上述技术方案，热敏电阻NTC为负温度系数热敏电阻，热敏电阻NTC的电阻值随着环境温度的降低而变大，由于所述分压电压V+＝VD1*NTC÷(R12+NTC)，VD1为第一稳压二级管D1的电压值，R12为第二电阻R12的电阻值，NTC为热敏电阻NTC的电阻值，因此在第二稳压二级管D2选定的情况下。而所述基准参考电压V-＝VD2，VD2为第二稳压二级管D2的电压值，如果选择的第二稳压二级管D2的电压值为2V，并将门限温度设置为-20℃，理论上在环境温度为-20℃时NTC的阻值为100kΩ，在所述分压电压等于述基准参考电压时，比较器Q1输出高电平，发热电路打开，则第二电阻R12应选择阻值是100kΩ的。
本发明的有益效果如下：本发明通过热敏电阻NTC的阻值随着温度变化而变化，进而改变输入比较器Q1的分压电压，比较器Q1比较分压电压与第三电阻R13和第二稳压二级管D2的参考电压，来控制三极管Q2的导通或关闭，三极管Q2的导通N个大功率电阻R1到Rn发热，进而实现了电池自动检测及加热，并提升了电池低温性能。
附图说明
图1为本发明的提升普通电池低温性能的电路的结构示意图。
图2为本发明的热敏电阻NTC的温度与阻值的变化特性曲线图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
实施例1：
如图1所示，一种提升普通电池低温性能的电路，所述电路包括温度检测电路1、比较控制电路2、延迟电路3、开关电路4和发热电路5。
温度检测电路1包括热敏电阻NTC和第二电阻R12，热敏电阻NTC和第二电阻R12串联以形成分压电路并提供分压电压给比较器Q1。其中，第二电阻R12的一端与第一电阻R11的一端连接，第一电阻R11的另一端与电源电压端连接，第二电阻R12的另一端与热敏电阻NTC的一端连接，热敏电阻NTC的另一端接地，热敏电阻NTC与第二电阻R12串联的线路上并联连接第一稳压二级管D1。热敏电阻NTC的电阻值变化导致温度检测电路1的分压电压产生变化，热敏电阻NTC的电阻值随着温度的升高而降低，温度检测电路1的分压电压减少，热敏电阻NTC的电阻值随着温度的降低而增大，温度检测电路1的分压电压增大，可通过热敏电阻NTC和第二电阻R12的阻值选型，调整门限温度，通过热敏电阻值变化导致分压电压产生变化，实现了电池的自动温度检测的技术效果。
比较控制电路2包括比较器Q1、第三电阻R13和第二稳压二级管D2；温度检测电路1的输出端连接至比较控制电路2的比较器Q1的正向输入端，以提供分压电压；第三电阻R13和第二稳压二级管D2串联的连接节点连接至比较器Q1的反向输入端，第三电阻R13的另一端与电源电压端连接，第二稳压二级管D2的另一端接地，以提供基准参考电压；所述分压电压与所述基准参考电压通过比较器Q1进行比较，当所述分压电压高于或低于所述基准参考电压时，比较器Q1输出高电平或低电平。
延迟电路3包括第四电阻R14、电容C1和第五电阻R15，电容C1和第五电阻R15并联后与第四电阻R14串联，电容C1接地，第五电阻R15接地，比较控制电路2的比较器Q1的输出端连接至延迟电路3的第四电阻R14，以避免开关频繁的触发。
开关电路4包括三极管Q2，延迟电路3的输出端连接至开关电路4的三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与发热电路5连接，比较器Q1输出高电平或低电平以控制三极管Q2打开或关闭。
发热电路5包括N个串联的大功率电阻R1至Rn，开关电路4的输出端连接至发热电路5，发热电路5连接至电源电压端，三极管Q2打开或关闭以控制发热电路5。N个串联的大功率电阻R1至Rn均匀分布在PCB板上，所述PCB板紧贴电芯，以调节电池周围温度。所述N个串联的大功率电阻R1至Rn可以是0.1-1W的电阻或是0.1-5W的二极管、三极管等，功率越大发热效果越好。电阻数量N根据电路电压及电流进行调整。N的值取决于功率的设置，数量多，分布均匀发热源就较均匀。数量大影响空间布局，最少可以是1个，最多取决于电路板的尺寸已经预期达到的效果。
在环境温度低于设置的门限温度值时，发热电路5打开，由N个串联的大功率电阻R1至Rn组成的发热电路5将电能转为热能。所述门限温度值在-5℃到-20℃之间，所述门限温度值通过热敏电阻NTC和第二电阻R12进行调整。
实施例2：
如图1所示，一种提升普通电池低温性能的电路，所述电路包括温度检测电路1、比较控制电路2、延迟电路3、开关电路4和发热电路5。温度检测电路1包括热敏电阻NTC和第二电阻R12，热敏电阻NTC和第二电阻R12串联以形成分压电路并提供分压电压给比较器Q1。其中，第二电阻R12的一端与第一电阻R11的一端连接，第一电阻R11的另一端与电源电压端连接，第二电阻R12的另一端与热敏电阻NTC的一端连接，热敏电阻NTC的另一端接地，热敏电阻NTC与第二电阻R12串联的线路上并联连接第一稳压二级管D1。
热敏电阻NTC的电阻值随着温度变化而变化，热敏电阻NTC的电阻值变化导致分压电压产生变化；通过选择热敏电阻NTC和R12的阻值的型号，调整门限温度值，所述门限温度值在-5℃到-20℃之间。
如图2所示，根据热敏电阻的温度与阻值变化特性曲线，热敏电阻NTC为负温度系数热敏电阻，热敏电阻NTC的电阻值随着环境温度的降低而变大，计算如下：
所述基准参考电压V-＝VD2；(公式1)
所述分压电压V+＝VD1*NTC÷(R12+NTC)；(公式2)
其中，VD1为第一稳压二级管D1的电压值，R12为第二电阻R12的电阻值，NTC为热敏电阻NTC的电阻值。
第一稳压二级管D1选择4V，第二稳压二级管D2选择2V，当V+＝V-＝2V时，比较器Q1输出高电平，发热电路打开。
如果门限温度设置为-20℃，理论上在环境温度为-20℃时NTC的阻值为100kΩ，根据公式2第二电阻R12的阻值R12为100kΩ。
所以如果选择第二电阻R12的阻值大于100kΩ，NTC的阻值也需要大于100kΩ，比较器Q1才能打开，NTC的阻值大于100kΩ，环境温度需要低于-20℃。
所以如果选择第二电阻R12的阻值小于100kΩ，NTC的阻值也需要小于100kΩ，比较器Q1才能打开，NTC的阻值小于100kΩ，环境温度需要高于-20℃。
所以如果第二电阻R12的阻值为100kΩ，门限温度设置为-20℃，则第二电阻R12的阻值变小，门限温度变高，第二电阻R12的阻值变大，门限温度变低。也可以通过选择不同特性的热敏电阻来调整门限温度。
当环境温度高于设置的门限温度时(比如－2℃)，NTC电阻值比较小，V+＜V-时三极管Q2截止，发热电路不工作；
当环境温度比较低于设置的门限温度时(比如-15℃)，NTC电阻值比较大，V+＞V-时三极管Q2导通，发热电路工作。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种提升普通电池低温性能的电路，其特征在于，所述电路包括温度检测电路(1)、比较控制电路(2)、延迟电路(3)、开关电路(4)和发热电路(5)；其中，
温度检测电路(1)包括热敏电阻NTC和第二电阻R12；热敏电阻NTC和第二电阻R12串联以形成分压电路；
比较控制电路(2)包括比较器Q1、第三电阻R13和第二稳压二级管D2；温度检测电路(1)的输出端连接至比较控制电路(2)的比较器Q1的正极，以提供分压电压；第三电阻R13和第二稳压二级管D2串联的连接节点连接至比较器Q1的负极，以提供基准参考电压；所述分压电压与所述基准参考电压通过比较器Q1进行比较，当所述分压电压高于或低于所述基准参考电压时，比较器Q1输出高电平或低电平；
延迟电路(3)包括第四电阻R14、电容C1和第五电阻R15，电容C1和第五电阻R15并联后与第四电阻R14串联，比较控制电路(2)的比较器Q1的输出端连接至延迟电路(3)的第四电阻R14，以避免开关频繁的触发；
开关电路(4)包括三极管Q2，延迟电路(3)的输出端连接至开关电路(4)的三极管Q2的输入端，比较器Q1输出高电平或低电平以控制三极管Q2打开或关闭；
发热电路(5)包括N个串联的大功率电阻R1至Rn，开关电路(4)的输出端连接至发热电路(5)，三极管Q2打开或关闭以控制发热电路(5)；
在环境温度低于设置的门限温度值时，发热电路(5)打开，由N个串联的大功率电阻R1至Rn组成的发热电路(5)将电能转为热能。
2.如权利要求1所述的提升普通电池低温性能的电路，其特征在于，热敏电阻NTC与第二电阻R12串联的线路上并联连接第一稳压二级管D1，热敏电阻NTC接地，第二电阻R12与第一电阻R11串联，第一电阻R11与电源电压端连接。
3.如权利要求1所述的提升普通电池低温性能的电路，其特征在于，第二稳压二级管D2接地，第三电阻R13与电源电压端连接。
4.如权利要求1所述的提升普通电池低温性能的电路，其特征在于，延迟电路(3)与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与串联连接的N个大功率电阻R1至Rn连接。
5.如权利要求4所述的提升普通电池低温性能的电路，其特征在于，所述N个大功率电阻R1至Rn为1W电阻，二极管或三极管为1-5W。
6.如权利要求1所述的提升普通电池低温性能的电路，其特征在于，N个串联的大功率电阻R1至Rn均匀分布在PCB板上，所述PCB板紧贴电芯，以调节电池周围温度。
7.如权利要求6所述的提升普通电池低温性能的电路，其特征在于，N至少为1。
8.如权利要求1所述的提升普通电池低温性能的电路，其特征在于，热敏电阻NTC远离发热电路(5)或悬空。
9.如权利要求1所述的提升普通电池低温性能的电路，其特征在于，所述门限温度值在-5℃到-20℃之间，所述门限温度值通过热敏电阻NTC和第二电阻R12进行调整。
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