CN203707835U - 一种更换电池不掉电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种更换电池不掉电装置，该装置设置在电子设备上分别与电子设备电池组及设备供电接口连接；该装置包括储能元件；其主要由充电电路、放电电路、分压控制电路组成。本实用新型所述更换电池不掉电装置为储能装置设计了升压电路，将电池电压提升至稳定电压，保证储能元件在低电池电压情况下可进行充电且电压保持不变。解决了电池在放电过程中电压下降导致储能元件电能释放问题，同时能够让低电压电池也可对储能元件充电。

Description

一种更换电池不掉电装置

技术领域

本实用新型涉及电子产品技术，特别是一种更换电池不掉电装置。

背景技术

通常情况下，可拆卸电池供电的设备当电池耗尽时，必须关机更换另一备用电池，在更换电池期间，然而关机更换电池会导致设备停止工作，这样影响了设备工作的连续性，在某些应用场合是人们难以接受的，例如，一些需要连续测量的医疗设备，因电池更换，导致测量中断，影响医务人员对病人的及时诊断。其次，当设备电池安装完毕，设备开机需要进行初始化等一系列开机启动工作，需要消耗大量的电能。针对上述问题，发明一种可以在电池更换过程中不掉电的装置具有重要的意义。

要解决在电池更换过程中不间断供电的问题，需要使用储能元件（大容量电容、电池等）用于存储电能，在电池更换期间储能元件可以释放电能，维持设备持续工作，当电池再次安装完成后，设备自动切换至电池供电。

传统的方法是在设备的输入端并联储能元件，当设备连接供电网络时，储能元件便开始充电，当供电网络突然停止供电时，储能元件便释放已充入的电能为设备供电，保证设备可以持续一段时间工作，如此设计只适用于采用恒定电压供电的设备。采用电池供电的设备，若储能元件与设备输入端并联，电池在放电的过程中，电池内阻逐渐变大，电压缓慢下降，当电池电压下降至最低设备供电电压时，电压亦跟随电池电压下降到最低设备供电电压，若在此时将电池取出，储能元件亦无法对设备进行供电，设备无法实现在电池更换过程中不间断工作。针对于电池供电设备，若要实现电池更换时不间断工作，存在以下问题：第一、电池在放电过程中电压下降导致储能元件电能释放问题；第二、低电池电压也可对储能元件充电。

发明内容

为克服上述缺陷，本实用新型的目的即在于提供一种低电池电压情况下也可对储能元件充电的更换电池不掉电装置。

一种更换电池不掉电装置，该装置设置在电子设备上分别与电子设备电池组及设备供电接口连接；该装置包括储能元件；包括用于将电池电压升至稳定电压值的升压电路和分压控制电路，所述电池组、升压电路、储能元件顺序连接；所述储能元件与设备供电接口连接；所述分压控制电路包括对电池组进行分压的分压电阻、设置在电池组与升压电路之间的第一开关、设置在升压电路与储能元件之间的第三开关、设置在储能元件与设备供电接口之间的第四开关、根据分压电阻的分压信号对第一开关、第三开关和第四开关进行控制的控制电路。

进一步，所述升压电路为直流升压电路，包括隔离直流升压电路和非隔离直流升压电路。

再进一步，所述升压电路采用分立式升压电路或集成式升压电路。

再者，所述升压电路与储能元件之间还设有限流电阻。

作为一种改进，所述储能元件为充电电池或大容量电容。

进一步，所述开关为电子开关或机械开关。

进一步的，所述分压控制电路分别与电池组和储能元件连接，用于为分压控制电路供电。

更进一步的，所述升压电路与储能元件之间、储能元件与设备供电接口之间、储能元件与控制电路之间设有二极管。

本实用新型所述电池更换电池不掉电装置为储能装置设计了升压电路，将电池电压提升至某一稳定电压，保证储能元件在低电池电压情况下可进行充电且电压保持不变。解决了电池在放电过程中电压下降导致储能元件电能释放问题同时能够让低电压电池也可对储能元件充电。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作详细描述。

图1为本实用新型一种更换电池不掉电装置电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种更换电池不掉电装置，该装置设置在电子设备上分别与电子设备电池组及设备供电接口连接；该装置包括储能元件。该更换电池不掉电装置主要由充电电路、放电电路、分压控制电路组成。

所述充电电路，包括由所述电池组、升压电路、储能元件顺序连接构成充电电路；所述升压电路与储能元件之间还设有限流电阻。

所述放电电路，由所述储能元件与所述设备供电接口连接。

所述分压控制电路，包括对电池组进行分压的分压电阻、设置在电池组与升压电路之间的第一开关、设置在升压电路与储能元件之间的第三开关、设置在储能元件与设备供电接口之间的第四开关、根据分压电阻的分压信号对第一开关、第三开关和第四开关进行控制的控制电路。

如图1所示，电池组供电电路，所述电池组供电电路包括电池组及与电池组连接的设备供电接口。

电池组201，即为系统供电的电池组，此处所述系统即为电子设备和电池更换电池不掉电装置的统称，下文相同。

电池组201通过开关第一开关S1（本文所述开关S1-S4均为示意开关，可以是电子开关，例如MOS管类器件；也可以是机械开关，例如继电器类器件、拨码开关）、第二开关S2为设备供电接口203提供电源。

开关机电路202，第二开关S2由开关机电路202控制，在设备开机状态下该开关闭合，在设备关机状态下该开关断开。用于控制设备的开机和关机，通过控制第二开关S2的闭合和断开来实现设备的开机和关机操作。

该电路设计可以使用触发器类器件与设备控制端（MCU输出的控制信号）配合使用；也可以是机械开关，通过拨动开关的操纵柄以实现电路的通断从而起到改变第二开关S2状态的功能。

设备供电接口203，即为设备的电源输入端口，是设备供电的唯一途径。

如图1所示；充电电路，包括由所述电池组、升压电路、储能元件顺序连接构成充电电路；所述升压电路与储能元件之间还设有限流电阻。

升压电路204，即将电池电压升至一定电压值为储能元件206充电。所述升压电路类型为直流升压电路，包括隔离升压电路和非隔离升压电路，属于DC-DC电路的一种，也可称该种电路为DC-DC升压电路。

升压电路可以采用分立方案设计也可以采用集成方案设计，前者稳定性、一致性较差，且布板面积较大，故优先考虑使用后者集成升压电路。各半导体生产商均有各式各样的集成方案的升压电路，这类集成芯片，仅需使用较少的外围器件即可完成电路设计，例如非隔离的DC-DC升压芯片有TI公司的TPS6102X、TPS6122X，凌特公司的LTC3429等；隔离芯片的DC-DC升压芯片有TI公司的TPS55010、美信公司的MAX17498、MAX17596等。

根据升压电路的工作原理可知，在输入电压范围较宽的情况，输出电压可以稳定至固定值。如此设计解决了电池在放电过程中电压下降导致储能元件电能释放的问题，实现了低电池电压也可对储能元件充电。

升压电路204通过第三开关S3、二极管D1、限流电阻R3为储能元件206充电。二极管D1用于实现单向电流控制，电流流向只能为升压电路204流入储能元件206，防止储能元件206电流倒灌流入升压电路204，造成升压电路204损坏；限流电阻R3用于限流，防止储能元件206在电量很低的情况充电电流过大，导致升压电路204输出过载，造成升压电路204损坏。

储能元件206，用于存储电能，储能元件可以是充电电池，例如锂离子电池，锂聚合物电池等；也可以是大容量电容，例如超级电容。

储能元件206通过二极管D2、第四开关S4为设备供电接口203供电。二极管D2用于实现单向电流控制，防止第四开关S4在出现不可控的情况下，导致电流从电池组201经第一开关S1、第二开关S2流入储能元件206；第四开关S4在储能元件206放电时闭合，使储能元件206电源连接设备供电接口203，实现电池更换时不掉电。

所示用户经过开机操作之后，开关机电路202控制第二开关S2闭合，电池组通过第一开关S1、第二开关S2给设备供电接口203、升压电路204供电，实现了设备启动、升压电路工作，升压电路为储能元件206充电。

如图1所示，分压控制电路，包括对电池组进行分压的分压电阻、设置在电池组与升压电路之间的第一开关、设置在升压电路与储能元件之间的第三开关、设置在储能元件与设备供电接口之间的第四开关、根据分压电阻的分压信号对第一开关、第三开关和第四开关进行控制的控制电路。

控制电路205,控制电路205包含了电压检测和控制第一开关S1、第三开关S3、第四开关S4开关，完成电池更换不掉电的所有控制。第一开关S1由控制电路205控制，只在电池更换期间断开，设备在关机状态或设备对储能元件充电状态该开关均闭合；第三开关S3由控制电路205控制，在充电状态时该开关闭合，在放电状态时该开关断开；第三开关S3、升压电路204的位置关系可以对调，即第三开关S3位于升压电路204之前，这样可以在储能元件206放电状态时，由于第三开关S3的断开，升压电路204完全停止工作，以降低升压电路204的静态功耗；

R1、R2为分压电阻，用于对电池电压进行分压，分压值用V表示，是判断电池电量和电池是否被取出的依据。当设备关机时，第二开关S2断开，V保持不变，可以判断电池未被取出；当设备在工作时，电池突然取出，V将发生骤降，当降低到一定值时，控制电路205判断为电池取出，并断开第一开关S1、第三开关S3，闭合第四开关S4，设备由储能元件206供电，由于第一开关S1的断开，V电压将变为0电平。在储能元件放电期间，若有电池安装，V将达到一定的电平，若该电平若处于设定的阈值范围内，控制电路205将判断输入符合要求，闭合第一开关S1、第三开关S3，断开第四开关S4，切换至电池供电。

控制电路实现可有两种方法：1）使用比较器用于对电压进行阈值判断，使用数字电路实现对第一开关S1、第三开关S3、第四开关S4的控制；2）使用微控制器对电压进行检测以及阈值判定，由微控制器控制引脚实现对第一开关S1、第三开关S3、第四开关S4的控制。

控制电路205自身供电有两条路径：1）升压电路204通过二极管D4向控制电路进行供电；2）储能元件206通过二极管D3向控制电路进行供电。当储能元件处于充电或放电状态时，控制电路205由1）供电，避免了储能元件电量过低控制电路205无法工作；设备出于未开机状态时，控制电路205仍可以由2）供电，并维持设备关机时的输出状态。

当电池组取出时，储能元件进入供电阶段。电池取出瞬间，因没有电能来源，V电压骤降，其降到设定的阈值（该阈值比低电量判断阈值小）时，控制电路便启动了储能元件供电。此阶段，第一开关S1断开，防止储能元件电流流入分压电阻R1、R2，导致设备误检测为电池已安装；第二开关S2保持闭合，维持设备开启时的状态，以便电池安装之后，该开关不必操作；第三开关S3断开，切断储能元件206充电路径，使充电停止；第四开关S4闭合，启动储能元件为设备供电接口203供电，这便实现了设备不掉电。

储能元件206释放电能为设备供电阶段，若在规定时间内没有检测到电池安装，则开关机电路202控制S2断开，切断了设备供电接口203的电源，设备关机。

当电池完成安装之后，检测到V电压上升，控制电路205通过电压V判断电池已安装。此时，控制电路控制第一开关S1闭合，恢复电池组与设备供电接口203的连接，实现了电池组供电；第二开关S2维持不变，持续开机状态；第三开关S3闭合，电池组通过升压电路为储能元件206进行充电；第四开关S4断开，结束储能元件放电路径。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围的内。

Claims (8)

1.一种更换电池不掉电装置，该装置设置在电子设备上分别与电子设备电池组及设备供电接口连接；该装置包括储能元件，其特征在于，还包括用于将电池电压升至稳定电压值的升压电路和分压控制电路，所述电池组、升压电路、储能元件顺序连接；所述储能元件与设备供电接口连接；所述分压控制电路包括对电池组进行分压的分压电阻、设置在电池组与升压电路之间的第一开关、设置在升压电路与储能元件之间的第三开关、设置在储能元件与设备供电接口之间的第四开关、根据分压电阻的分压信号对第一开关、第三开关和第四开关进行开关控制的控制电路。

2.如权利要求1所述的更换电池不掉电装置，其特征在于，所述升压电路为直流升压电路，包括隔离直流升压电路和非隔离直流升压电路。

3.如权利要求1所述的更换电池不掉电装置，其特征在于，所述升压电路采用分立式升压电路或集成式升压电路。

4.如权利要求1所述的更换电池不掉电装置，其特征在于，所述升压电路与储能元件之间还设有限流电阻。

5.如权利要求1所述的更换电池不掉电装置，其特征在于，所述储能元件为充电电池或大容量电容。

6.如权利要求5所述的更换电池不掉电装置，其特征在于，所述开关为电子开关或机械开关。

7.如权利要求6所述的更换电池不掉电装置，其特征在于，所述分压控制电路分别与电池组和储能元件连接，用于为分压控制电路供电。

8.如权利要求7所述的更换电池不掉电装置，其特征在于，所述升压电路与储能元件之间设有二极管、所述储能元件与设备供电接口之间设有二极管、所述储能元件与控制电路之间设有二极管。