CN1578043A - 一种电池欠压保护的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池欠压保护的方法，包括步骤：a.将电池电压作为供电电压输入电压比较电路；b.所述电压比较电路对预定参考电压和所述输入的供电电压进行电压比较；c.如果所述输入的供电电压低于预定参考电压时，则将电池从供电回路中切断；否则重复步骤b及c，直到电池从供电回路中被切断。本发明还提供一种电池欠压保护的装置，包括：欠压保护电路、电池接入断开控制电路；通过本发明，可采用简单的分离器件，且不需要软件控制、不需要数据通讯即可完成电池的欠压保护；不产生电磁干扰；对适用环境无依赖性；同时减少了电池欠压保护过程中的出错概率，从而实现了提高电池欠压保护的可靠性、通用性，降低网络通讯设备成本的目的。

Description

一种电池欠压保护的方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，具体涉及一种电池欠压保护的方法和装置。

背景技术

在网络通讯系统中，市电停电会造成网络通讯设备的暂停使用，从而使通讯业务中断。为了使通讯业务在市电停电的时候能够正常进行，一般会为网络通讯系统中的设备配置电池，利用电池在市电停电的时候继续对网络通讯设备供电，以解决市电停电状况下的电能供给，从而保证通讯业务能够正常进行。

电池容量的合理配置可以使通讯业务具有不间断能力，保证一段时间的通讯业务的正常进行。但是如果市电停电的时间相对过长，使电池单独供电的时间过长，往往会造成电池放亏，进而损坏电池。

对于电网环境恶劣的地区，电池的过多放电带来的损失是很大的，往往是让人难以接受的；所以在电池电压过低的情况下宁可中断通信，转而保护电池，以免造成严重的经济损失。

为此，一般对网络通讯设备配置的电池，都需要对电池进行监控以达到保护电池，减少经济损失的目的。

由于电池与市电供电并联，在市电停电时，完全由电池对负载进行供电，通过监控对负载的供电电压即可获得电池的电压状态。

现有技术中实现电池欠压保护的方法为：

获取供电电压，将供电电压经过模/数转换，转换为电压的数字信号。将电池的欠压保护点以数值的形式存贮在存储器中，通过比较经过模/数转换后的供电电压和存储器中存储的数值，确定是否将电池从供电中断开。

现有技术电池欠压保护的方法通常由电压专用监控模块来实现。电压专用监控模块监控电池的原理如附图1所示。

在图1中，电压专用监控模块、整流模块与电池都挂在直流背板/母线上，电压专用监控模块实时检测直流背板电压，当整流模块由于市电断电而停止工作时，电压专用监控模块和负载都由电池供电。

电池的欠压保护点一般可由软件写入电压专用监控模块中的预定存储器内，当电压专用监控模块检测到直流背板电压下降到欠压保护点时，电压专用监控模块控制接触器或者其他开关器件断开，切断电池与所有负载供电通路，以避免电池放亏，保护电池。

电压专用监控模块的逻辑框图如附图2所示。

在图2中，电压专用监控模块实时采集直流电压；A/D转换子模块用于将直流背板的模拟电压转换数字电压，并将转换后的数字电压传输至单片机；存储器中存放一些设置的相关信息，如电池的欠压保护点等；存储器中的信息由后台网管通过通信口设置；单片机根据A/D转换子模块传输来的数字电压和存储器中存放的欠压保护点信息控制电池开关的状态，从而使电池接入到供电即直流母排中，或从供电即直流母排中断开。通信口用于与后台网管或者与整流模块等进行数据通信。

现有的电压专用监控模块一般都包含A/D转换子模块、单片机、通信口、存储器等器件，如果电压专用监控模块需要兼顾其他功能，则电压专用监控模块的设计原理会更加复杂。

现有技术的电压专用监控模块由于需要多种器件如A/D转换器件、单片机、存储器等，使电压专用监控模块的成本偏高。一般的电压专用监控模块的售价都在千元以上。

由于电压专用监控模块会占用通讯设备业务板的位置，减少了通讯设备主业务的容量，在一定程度上使网络通讯设备的成本上升。

同时，由于电压专用监控模块需要和整流模块以及背板进行数据通讯，配合完成相关的功能，这就要求电压专用监控模块、整流模块和背板必须兼容，某种电压专用监控模块的使用范围受到限制。

电压专用监控模块控制电池欠压保护实际上经过了一级A/D转换，往往还需要软件，控制器件多，电路复杂，控制方法过于复杂。有高压48V，也有低压小信号，模块中的布局布线讲究，实现难度大，开发周期长；而且单点故障机会增加，如A/D转换器、单片机、存储器等任何一个出现故障，或者甚至软件出错时，都将可能导致不能对电池进行欠压保护；模块中的器件与网管后台的通信都是高速信号，一般采用9.6k、19.2k比特等频率，高频信号的通过通信口、公共地线等途径干扰周围环境，从而会影响EMC(电磁兼容性)的设计。

发明内容

本发明提供一种电池欠压保护的方法和装置，以克服现有技术由于采用专用的电压监控模块而使其成本太高的缺点。

为解决上述问题，本发明提供如下的技术方案：

一种电池欠压保护的方法，以在外界电源停止供电时间过长时，对供电电池进行有效的保护，其包括如下步骤：

a、将电池电压作为供电电压输入电压比较电路；

b、电压比较电路对预定参考电压和所述输入的供电电压进行比较；

c、如果所述输入的供电电压不高于预定参考电压时，则将电池从供电回路中切断；否则重复步骤b及c，直到电池从供电回路中被切断。

所述的步骤a包括：

a1、获取所述供电电压的取样电压；

a2、将取样电压直接输入电压比较电路。

所述的步骤a1还包括：

根据电池预定的上电点、欠压保护点和预定参考电压设置供电电压取样电路；

所述的供电电压取样电路在电池处于接入供电状态且供电电压高于欠压保护点时，其取样电压应高于预定参考电压；

所述的供电电压取样电路在电池处于接入供电状态且供电电压不高于欠压保护点时，其取样电压应不高于预定参考电压。

所述的方法还包括：

当所述的供电电压取样电路在电池处于断开供电状态且供电电压不低于上电点时，其取样电压应高于预定参考电压，同时电压比较电路控制电池处于接入供电状态；

当所述的供电电压取样电路在电池处于断开供电状态且供电电压低于上电点时，其取样电压应不高于预定参考电压，同时电压比较电路控制电池处于断开供电状态。

所述的方法还包括：将所述电池强制处于接入供电状态。

本发明提供的基于实现上述方法的电池欠压保护的装置，包括：

欠压保护电路：用于提供预定参考电压，并对供电电压进行取样，同时比较预定参考电压和取样电压，将比较结果对应的信号输出至电池接入切断控制电路；

电池接入断开控制电路：用于根据所述欠压保护电路传输来的信号将电池接入供电或将电池从供电中切断。

所述的欠压保护电路包括：

电压比较电路：用于提供预定参考电压，并对预定参考电压和供电电压取样电路传输来的电压进行比较，同时输出比较结果对应的电平信号；

供电电压取样电路：用于对供电电压进行取样，并将取样电压输入至电压比较电路。

所述的电压比较电路包括：

比较器：用于比较取样电压和预定参考电压，并将输出的高电平或低电平经过稳压二极管及电阻输入至第一三极管的基极；

参考电压源：用于提供预定参考电压，并将预定参考电压输入至比较器。

所述的供电电压取样电路包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、二极管；

当电池处于接入供电状态时，第一电阻与串联的第三电阻、第四电阻和二极管并联，并与第二电阻串联组成供电电压取样电路，并将取样电压输入至比较器；

当电池处于断开供电状态时，第一电压和第二电压串联组成供电电压取样电路，并将取样电压输入至比较器。

所述的电池接入切断控制电路包括：

第一三极管：将集电极的输出经过电阻输入至第二三极管的基极；

第二三极管：将集电极的输出输入至接触器和电池强制自举启动电路；

接触器：与电池串联，根据与其并联的稳压二极管调整后的电压确定其状态为吸合或断开。

所述的装置还包括：

降压稳压电路：将供电电压稳压后输入至比较器。

所述的装置还可以包括：

开关：与电池、接触器的线圈串联，当开关为闭和状态时，将电池强制接入供电。

利用本发明，采用简单的分离器件即可完成电池欠压保护；由于本发明提供的电池欠压保护实现方法简单、控制器件少，使电路简单，成本低，同时减少了电池欠压保护过程中的出错概率；由于本发明不需要软件控制、不需要数据通讯，所以不会产生电磁干扰；而且因为不需要与整流模块及背板配合使用，所以对适用环境无依赖性；从而实现了提高电池欠压保护的可靠性、通用性，降低网络通讯设备成本的目的。

附图说明

图1是现有技术的利用电压专用监控模块进行电池欠压保护的原理图；

图2是现有技术的电压专用监控模块的逻辑框图；

图3是本发明的电池欠压保护装置的原理框图；

图4是本发明的电池欠压保护的电路图。

具体实施方式

本发明为避免电池放亏而造成的电池损坏，完全利用由分离器件搭建的电路实现电池的欠压保护。其实现原理为：将电池接入供电回路，电池欠压保护电路对供电电压进行监控，当监控到供电电压不高于电池的预定欠压保护点时，将电池从供电中断开，当监控到供电电压不低于电池的预定上电点时，将电池接入供电。

其实现的具体方法为：

利用电压比较电路对供电电压的模拟量进行监控，通过对供电电压实时取样，将取样电压以模拟量输入电压比较电路，电压比较电路对预定参考电压和输入的取样电压进行比较，根据比较结果输出低电平或高电平。利用输出的低/高电平对电池进行控制，使其处于接入供电状态或断开供电状态。

对供电电压取样由供电电压取样电路来完成。

供电电压取样电路应根据电池预定的上电点、欠压保护点和预定参考电压设置。

供电电压取样电路在电池处于接入供电状态且供电电压高于欠压保护点时，或供电电压取样电路在电池处于断开供电状态且供电电压不低于上电点时，其取样电压应高于预定参考电压。

供电电压取样电路在电池处于接入供电状态且供电电压不高于欠压保护点时，或供电电压取样电路在电池处于断开供电状态且供电电压低于上电点时，其取样电压应不高于预定参考电压。

当电池处于断开供电状态而且市电未恢复至预定上电点时，如果希望通讯设备继续运行、通讯业务继续进行，则需要更换新电池或将现有电池强制接入供电，但此时，由于供电电压取样电路的取样电压不高于预定参考电压，通过电压比较电路不能够将电池接入供电，我们可以通过电压比较电路控制电池供电状态之外的方法强制将电池处于接入供电状态。

下面针对上面的描述举一个具体的例子：

设定当取样电压高于预定参考电压时，电压比较电路的输出为低电平；当电压比较电路的输出为低电平时，电池处于接入供电状态。

设定当取样电压不高于预定参考电压时，电压比较电路的输出为高电平；当电压比较电路的输出为高电平时，电池处于断开供电状态。

设定正常的供电电压为48V，电池的上电点为43V，电池的欠压保护点为42V，预定参考电压设定为1.25V。

根据上述条件，供电电压取样电路的设置应为：当电池处于接入供电状态且供电电压高于42V时，供电电压取样电路的取样电压应高于1.25V；当电池处于接入供电状态且供电电压为不高于42V电压时，供电电压取样电路的取样电压应不高于1.25V；当电池处于断开供电状态且供电电压为低于43V电压时，供电电压取样电路的取样电压应不高于1.25V；当电池处于断开供电状态且供电电压为不低于43V时，供电电压取样电路的取样电压应高于1.25V。

通过上述设置电压比较电路可以实现：当电池处于接入供电状态且供电电压高于欠压保护点时，输出低电平，控制电池处于接入供电状态；当电池长时间放电使供电电压不高于欠压保护点时，输出高电平，控制电池处于断开供电状态；当电池处于断开供电状态且市电未恢复或未恢复至上电点，使供电电压低于上电点时，输出高电平，控制电池处于断开供电状态；当电池处于断开供电状态，市电恢复正常或恢复至上电点，使供电电压不低于上电点时，输出低电平，控制电池处于接入供电状态。

当电池处于断开供电状态而且市电未恢复至43V时，如果更换新电池或需要将现有电池接入供电，可以在供电电压取样电路的取样电压不高于1.25V时，通过电压比较电路控制电池供电状态之外的方法，如增加开关电路等将电池强制接入供电。

下面结合附图对本发明提供的实现电池欠压保护的装置作进一步详细说明。

电池欠压保护装置的实现原理框图如附图3所示。

在图3中，基准单元用于提供模拟量的电池欠压保护点和上电点。开关单元用于可靠断开或接入电池。

当开关单元闭合，电池接入供电；开关单元闭合，电池断开供电。

当AC/DC电源断电，电池给负载供电；电池两端电压随时间逐渐下降，将电池两端电压的模拟量实时与基准单元的模拟量的欠压保护点比较，当电池两端电压下降到电池的欠压保护点时，开关单元动作将电池从供电中断开，以保护电池。电池在断开供电状态下其漏电流为零。在电池为断开供电状态时，将AC/DC电源两端电压的模拟量实时与基准单元的模拟量的上电点比较，当AC/DC电源两端电压的模拟量达到基准单元的模拟量的上电点时，开关单元动作将电池接入供电回路。

电池欠压保护的具体实现电路如附图4所示。

在图4中，RTN为RETURN即电源回流端，接电池正极。

NEG为NEGATIVE即电源负极，当接触器吸合时，接电池负极。

BAT+/BAT-为电池正/负级。

COMP实现比较器的功能；Vref实现参考电压源的功能；COMP、Vref一起实现电压比较电路的功能，COMP、Vref组成的电压比较电路是一个精密度很高的电压比较电路；当COMP5脚的电压低于Vref提供的预定参考电压时，COMP7脚输出高电平，当COMP5脚电压不低于Vref提供的预定参考电压时，COMP7脚输出低电平。

降压稳压电路将供电电压稳压后输入至COMP，用于保护比较电路，同时降低COMP的电应力，减小电路本身损耗。

图4中的R3实现第一电阻的功能；R4实现第二电阻的功能；D2与R7、R9串联后与R3并联，并与R4串联，在电池处于接入供电状态时，组成供电电压取样电路，并将取样电压以模拟量输入至COMP；R7实现第三电阻的功能；R9实现第四电阻的功能；S1与K1并联后和电池串联，实现开关的功能，用于当S1为闭和状态时，将电池强制接入供电；Z2为稳压二极管，将COMP7脚的输出进行稳压后经过电阻R6输入至Q2的基极；Q2实现第一三极管的功能，将集电极的输出输入至R7、R9并经过电阻R8输入至Q3；Q3实现第二三极管的功能用于将集电极的输出输入至K1。

R3、R4、D2、R9和R7构成供电电压取样电路。

Z2、R6、Q2、R8、Q3和K1构成电池接入切断控制电路。

COMP、Vref、R3、R4、D2、R9和R7构成欠压保护电路。

图4中的电路可以实现当市电停电，电池电压下降到欠压保护点时，将电池由接入状态->断开状态，其过程为：

在市电正常时，R3与R7/R9/D2并联，与R4一起组成供电电压取样电路，由于市电正常，供电电压高于欠压保护点，供电电压取样电路的取样电压应高于Vref提供的预定参考电压，COMP的5脚高于6脚，COMP的7脚应输出低电平，使Q2截止，Q3导通，接触器K1处于吸合状态；接触器K1吸合将电池处于接入供电状态。

当市电停电，电池电压随时间下降，供电电压取样电路的取样电压不高于Vref提供的预定参考电压时，COMP的5脚不高于6脚，COMP的7脚应输出高电平，使Q2导通，Q3截止，接触器K1为断开状态；接触器K1断开将电池处于断开供电状态。

图4中的电路可以实现当市电恢复正常或恢复至电池的上电点时，将电池由断开状态->接入状态，其过程为：

由于市电未恢复，电池处于断开供电状态，COMP的7脚输出高电平，使Q2导通，Q3截止，接触器K1为断开状态；从而供电电压取样电路变为R3、R4分压。

当市电恢复正常或恢复至电池的上电点时，供电电压取样电路的取样电压不低于Vref提供的预定参考电压，COMP的5脚高于6脚，COMP的7脚应输出低电平，使Q2截止，Q3导通，接触器K1处于吸合状态；接触器K1吸合将电池处于接入供电状态。

设置供电电压取样电路应参照预定参考电压和电池预定上电点和欠压保护点；而预定参考电压的设置和供电电压取样电路密切相关，预定参考电压即COMP的翻转临界点计算公式在电池处于接入供电状态时为：

Vref＝V_BAT×(R4/(R3//(R7+R9+R_D2)+R4))；

COMP的翻转临界点计算公式在电池处于断开供电状态时为

Vref＝V_BAT×(R4/(R3+R4))；

其中V_BAT指电池两端电压；R_D2指二极管等效电阻；“//”表示并联。

S1的状态一般设置于断开状态，当市电未恢复或未恢复至电池的上电点时，K1处于断开状态，使电池处于断开供电状态。如果更换新的电池，或需要将现有的电池接入供电，由于电压取样电路的取样电压始终不高于预定参考电压，电压比较电路无法将电池接入供电。如果将S1处于闭和状态，由于K1和S1并联后与电池串联，当S1处于闭和状态时，电池被接入供电。从而实现了强制将电池接入供电。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化。

Claims (12)

1.一种电池欠压保护的方法，其特征在于包括：

a、将电池电压作为供电电压输入电压比较电路；

b、所述电压比较电路对预定参考电压和所述输入的供电电压进行电压比较；

c、如果所述输入的供电电压不高于预定参考电压时，则将电池从供电回路中切断；否则重复步骤b及c，直到电池从供电回路中被切断。

2.如权利要求1所述的一种电池欠压保护的方法，其特征在于所述的步骤a包括：

a1、获取所述供电电压的取样电压；

a2、将取样电压直接输入电压比较电路。

3.如权利要求2所述的一种电池欠压保护的方法，其特征在于所述的步骤a1还包括：

根据电池预定的上电点、欠压保护点和预定参考电压设置供电电压取样电路；

所述的供电电压取样电路在电池处于接入供电状态且供电电压高于欠压保护点时，其取样电压应高于预定参考电压；

所述的供电电压取样电路在电池处于接入供电状态且供电电压不高于欠压保护点时，其取样电压应不高于预定参考电压。

4.如权利要求3所述的一种电池欠压保护的方法，其特征在于所述的方法还包括：

当所述的供电电压取样电路在电池处于断开供电状态且供电电压不低于上电点时，其取样电压应高于预定参考电压，同时电压比较电路控制电池处于接入供电状态；

当所述的供电电压取样电路在电池处于断开供电状态且供电电压低于上电点时，其取样电压应不高于预定参考电压，同时电压比较电路控制电池处于断开供电状态。

5.如权利要求1所述的一种电池欠压保护的方法，其特征在于所述的方法还包括：

将所述电池强制处于接入供电状态。

6.一种电池欠压保护的装置，其特征在于包括：

欠压保护电路：用于提供预定参考电压，并对供电电压进行取样，同时比较预定参考电压和取样电压，将比较结果对应的信号输出至电池接入切断控制电路；

电池接入断开控制电路：用于根据所述欠压保护电路传输来的信号将电池接入供电或将电池从供电中切断。

7.如权利要求6所述的一种电池欠压保护的装置，其特征在于所述的欠压保护电路包括：

供电电压取样电路：用于对供电电压进行取样，并将取样电压输入至电压比较电路；

电压比较电路：用于提供预定参考电压，并对预定参考电压和供电电压取样电路传输来的电压进行比较，同时输出比较结果对应的电平信号。

8.如权利要求7所述的一种电池欠压保护的装置，其特征在于所述的电压比较电路包括：

比较器：用于比较取样电压和预定参考电压，并将输出的高电平或低电平经过稳压二极管及电阻输入至第一三极管的基极；

参考电压源：用于提供预定参考电压，并将预定参考电压输入至比较器。

9.如权利要求8所述的一种电池欠压保护的装置，其特征在于所述的供电电压取样电路包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、二极管；

当电池处于接入供电状态时，第一电阻与串联的第三电阻、第四电阻和二极管并联，并与第二电阻串联组成供电电压取样电路，并将取样电压输入至比较器；

当电池处于断开供电状态时，第一电压和第二电压串联组成供电电压取样电路，并将取样电压输入至比较器。

10.如权利要求9所述的一种电池欠压保护的装置，其特征在于所述的电池接入切断控制电路包括：

第一三极管：将集电极的输出经过电阻输入至第二三极管的基极；

第二三极管：将集电极的输出输入至接触器和电池强制自举启动电路；

接触器：与电池串联，根据与其并联的稳压二极管调整后的电压确定其状态为吸合或断开。

11.如权利要求6所述的一种电池欠压保护的装置，其特征在于所述的装置还包括：

降压稳压电路：将供电电压稳压后输入至比较器。

12.如权利要求6所述的一种电池欠压保护的装置，其特征在于所述的装置还包括：

开关：与电池、接触器的线圈串联，当开关为闭和状态时，将电池强制接入供电。

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