專利名稱：一種電池溫度補償裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及蓄電池的充電裝置，特別涉及一種蓄電池充電時的溫度補償裝置。
背景技術：
蓄電池是通信整流器電源和不間斷電源中的重要組成部分。在長延時不間斷電源中蓄電池的成本幾乎與電源主機成本相當，而很多不間斷電源故障是蓄電池故障或因電池管理使用不當引起的。正確使用、維護和管理好蓄電池，可以延長蓄電池的使用壽命，而溫度補償是蓄電池管理中的重點。所謂溫度補償，通常是根據電池環境溫度的高低來控制充電器的充電電壓，溫度越高則充電電壓越低，溫度越低則充電電壓越高，一般廠家推薦為3mV/℃(2V單體)，電池在室溫環境時不需要補償。簡單可靠精度高的電池溫度補償裝置，對蓄電池的壽命有著很重要的意義。
在現有技術中，關于電池溫度補償裝置已有一些技術方案，如專利“具有溫度補償功能的蓄電池充電裝置”(公開號2250576)公開了一種具有溫度補償功能的充電裝置，在其輸出調節控制單元，設置有一溫度敏感元件，并與電壓給定電位器相連接，或通過放大器后與電壓給定電位器相連接。當溫度變化，給定電壓值將隨之改變，從而使充電裝置的輸出電壓值能隨溫度變化而自動調整。該專利解決了蓄電池，特別是免維護蓄電池在充電過程中，充電電壓值應隨溫度變化而改變的問題。但其存在的缺點是因為該專利是通過熱敏電阻來測電池的溫度，而熱敏電阻的精度離散性比較大，且熱敏電阻直接參與電壓環的控制，故該裝置精度較低，并且該裝置的可靠性也會受到熱敏電阻的影響。
另一個專利“電池溫度補償裝置”(公開號2458803)公開了一種通訊領域中的電池溫度補償裝置，利用現有供電系統的前臺監控來檢測電池的環境溫度，發出一個頻率恒定但脈寬隨溫度變化的PWM波給整流器，用它來調節整流器的輸出電壓，器件包括電阻、光耦、三極管、電容、穩壓管、運放和繼電器等。但是專利存在的缺點是需要外部提供PWM信號控制繼電器的通斷來決定是否讓其通過，相當于對PWM信號加一個開關，控制電路器件多而控制邏輯復雜。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有技術中電池溫度補償裝置補償精度不高及控制過程復雜，提出一種能夠克服這些問題的電池溫度補償裝置。
本發明的核心思想是通過高精度的溫度傳感器將采樣到的電池環境溫度信號轉換為電壓信號，根據此電壓信號發出相應的溫度補償PWM信號，此PWM信號通過光耦電氣隔離后進行阻容濾波，濾波之后得到的輸出電壓經運算處理后和單板給定電壓進行電壓疊加，得出的信號作為最終溫度補償疊加電壓信號來調節電池充電器的輸出電壓。本發明提出的補償裝置的輸出疊加電壓信號可作為整機系統中充電器的給定信號，通過與充電器的輸出電壓反饋信號比較后產生比較電壓VS，電壓VS送到充電器的控制電路產生相應的驅動信號來驅動充電器主功率電路功率管，得到相應的具有溫度補償的充電輸出電壓。
本發明的技術方案為一種電池溫度補償裝置，包括單板給定電路單元101，信號隔離單元102，溫度補償給定產生單元103，給定信號疊加單元104和溫度采樣轉換及PWM信號發生單元105；所述溫度采樣轉換及PWM信號發生單元105將采樣到的電池環境溫度信號轉換為電壓信號，并產生相應的溫度補償PWM信號，產生的溫度補償PWM信號經信號隔離單元102隔離后送到溫度補償給定產生單元103；所述溫度補償給定產生單元103將獲得的隔離后的PWM信號進行濾波后與內部的電壓基準按運算放大器減法運算相減后產生給定信號V2；所述單板給定電路單元101產生單板單獨調試充電器所需的給定信號V1，所述給定信號V1與常溫下溫度補償PWM信號所產生的給定信號V2相等；所述給定信號V1和所述給定信號V2經過信號疊加單元104按電壓疊加原理進行疊加后輸出溫度補償疊加信號Vg。
上述溫度采樣轉換及PWM信號發生單元105產生相應的溫度補償PWM信號的原則為電壓越高輸出占空比越小。
上述裝置在信號疊加單元104與溫度補償給定產生單元103之間還包含一個開關，當充電器進行單板調試時，斷開該開關；當整機系統運行時，閉合該開關。具體應用中，所述開關為跳線塊。
本發明提出的電池溫度補償裝置可根據電池環境溫度的變化輸出充電電壓補償信號，通過高精度溫度傳感器檢測電池的環境溫度，而整個控制過程與傳感器相互隔離，因此能夠克服現有技術中調節精度低，可靠性差的問題；同時，本發明提出的裝置僅用光耦、運放及若干電容電阻的簡單組合就可以實現高精度的溫度補償控制，控制過程簡單可靠，并且，使用本發明提出的補償裝置，能夠使得充電器在脫離整機系統時單獨進行單板調試，而在整機系統運行時又能通過跳線塊簡單將溫度補償信號接入，而在常溫下充電器輸出的充電電壓不變，特別適用于不間斷電源充電器中的電池溫度補償充電。
圖1是本發明提出的裝置應用在系統中的位置示意圖；圖2是本發明提出的裝置的結構原理圖；
圖3是本發明一個具體實施例的電路圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
圖1是是本發明提出的裝置應用在系統中的位置示意圖。全部的充電系統包括溫度補償裝置、控制驅動電路、充電器主功率電路和電池。輸入信號為電池環境溫度，Vg為溫度補償疊加信號，Vf為充電器輸出電壓反饋信號。所述電池環境溫度輸入溫度補償裝置，產生溫度補償疊加信號Vg，所述溫度補償疊加信號Vg和所述充電器輸出電壓反饋信號Vf比較后得到所述信號VS，所述信號VS通過所述控制驅動電路產生相應的功率管驅動信號，該驅動信號通過驅動所述充電器主功率電路的功率管，得到具有溫度補償的充電電壓給所述電池進行充電。當充電器穩態工作后所述溫度補償疊加信號Vg變大，則輸出的充電電壓增高，相反，所述溫度補償疊加信號Vg變小，則充電電壓降低。
圖2是本發明提出的裝置的結構原理圖。如圖2所示，本發明提出的電池溫度補償裝置，包括單板給定電路單元101，信號隔離單元102，溫度補償給定產生單元103，給定信號疊加單元104和溫度采樣轉換及PWM信號發生單元105；所述溫度采樣轉換及PWM信號發生單元105將采樣到的電池環境溫度信號轉換為電壓信號，并產生相應的溫度補償PWM信號，產生的溫度補償PWM信號經信號隔離單元102隔離后送到溫度補償給定產生單元103；所述溫度補償給定產生單元103將獲得的隔離后的PWM信號進行濾波后與內部的電壓基準按運算放大器減法運算相減后產生給定信號V2；所述單板給定電路單元101產生單板單獨調試充電器所需的給定信號V1，所述給定信號V1與常溫下溫度補償PWM信號所產生的給定信號V2相等；所述給定信號V1和所述給定信號V2經過信號疊加單元104按電壓疊加原理進行疊加后輸出溫度補償疊加信號Vg。
在本發明提出的補償裝置中，輸入信號為電池環境溫度，輸出信號為溫度補償疊加信號Vg。將電池環境溫度送到溫度采樣及信號轉換單元105，通過高精度的溫度傳感器將采樣到的溫度信號轉換為電壓信號，溫度越高電壓越高，根據電壓信號按電壓越高輸出占空比越小的原則發出相應的溫度補償PWM信號。溫度補償PWM信號經過信號隔離單元102隔離后將產生的信號送到溫度補償給定產生單元103，溫度補償給定產生單元103將獲得的隔離PWM信號濾波后和內部電壓基準按運算放大器減法運算相減后產生給定信號V2。將隔離濾波后的PWM信號和內部電壓基準疊加來產生溫度補償給定信號V2，這樣就能在常溫下方便選擇所需要的溫度補償PWM信號占空比D0。給定信號V2送到信號疊加單元104，單板給定電路單元101產生的給定信號V1，給定信號V1為單板單獨調試充電器所需的給定信號(將溫度補償給定V2斷開)，給定信號V1在整機需要溫度補償時也送至信號疊加單元104，給定信號V1和給定信號V2通過信號疊加單元104按電壓疊加原理進行疊加后產生的溫度補償疊加信號Vg，得到最終溫度補償疊加電壓信號來調節電池充電器的輸出電壓。本發明提出的溫度補償裝置能使充電裝置在單板單獨調試后的充電電壓，與常溫下整機系統將信號疊加單元104與溫度補償給定產生單元103之間的開關閉合后充電裝置的輸出的充電電壓保持一致，根據電路原理中的戴維南定理，這就要求單板給定電路單元產生的給定V1和常溫下占空比為D0時溫度補償PWM信號所產生的給定V2必須相等，即V1＝V2(常溫下占空比為預設D0時)。
圖3是本發明一個具體實施例的電路圖。如圖3所示，當充電器進行單板調試時，斷開信號疊加單元104跳線塊JP1，由單板給定電路單元104作為充電器的給定調節需要的常溫下充電裝置的單板輸出電壓，單板給定電路單元101包括電阻R1、電阻R2和電容C1，電阻R1一端接電源Vcc，電阻R1的另一端同時連接電阻R2、信號疊加單元104的電阻R3、電容C1及電壓節點V1，電阻R2和電容C1的另一端并接接地，電阻R1和R2的分壓比決定了充電裝置單板的在常溫下的充電輸出電壓，其中V1＝Vcc×R2/(R1+R2)。在實際我們的充電器應用中取電阻R1＝15k，電阻R2＝3k，電容C1＝0.1uF。
本發明提出的電池溫度補償裝置的溫度采樣及PWM信號發生單元105將電池環境溫度采樣后，通過高精度的溫度傳感器LM35DZ轉換成電壓信號，系統根據得到的電壓信號按電壓越高輸出占空比越小的原則發出相應的溫度補償PWM信號送到信號隔離單元102。在整機系統中通過信號疊加單元104將溫度補償給定電壓V2和單板給定電壓V1按電壓疊加原理疊加起來，作為整機系統充電器的最終溫度補償疊加信號Vg來控制充電器的輸出電壓，實現對電池的溫度補償功能，其中Vg=V1·R4+V2·R3R3+R4.]]>所述的信號疊加單元104包括電阻R3、跳線塊JP1和電阻R4，所述電阻R3的一端接所述跳線塊JP1的一端，另一端接單板給定電壓V1的輸入，取電阻R3與跳線塊JP1相連的一端為輸出電壓Vg；所述跳線塊JP1的另一端接所述電阻R4。信號隔離單元102包括電阻R12和光耦D2原邊發光二極管。所述電阻R12一端接溫度補償PWM信號，另一端并接所述光耦D2的1腳和2腳，所述光耦D2的3腳和4腳并接后接控制地。溫度補償產生電路單元103包括光耦D2副邊三極管、運放D1B、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11和電容C2，所述電阻R11的一端接電源Vcc，另一端接所述光耦D2的8腳，所述光耦D2的6腳和7腳并接后接所述電阻R10的一端，所述電阻R10的另一端接所述電阻R9和所述電容C2及電壓節點V4，所述電阻R9的另一端接所述運放D1B的5腳，所述電容C2的另一端并接所述光耦D2的5腳后接地，所述運放D1B的6腳接所述電阻R5和所述電阻R6，所述電阻R6的另一端接所述電阻R7和所述電阻R8及電壓節點V3，所述電阻R7的另一端接地，所述電阻R8的另一端接電源Vcc，所述電阻R5的另一端接所述運放D1B的7腳和所述疊加信號單元104電阻R4的另一端。
在PWM占空比變化范圍不變的情況下，電阻R3和R4的值決定了所調節充電器的輸出電壓的變化范圍，也就是電池的溫度補償電壓范圍，即電阻R3、R4決定了電池環境溫度每變化1℃時電池的充電電壓變化幾伏。溫度補充控制電路中電池的環境溫度以常溫為中點，一般常溫取25℃，此時系統發出的溫度補償PWM信號的占空比為D0(通常D0取50％)，PWM信號通過光耦隔離后再經RC濾波得到節點電壓V4，其中V4＝Vo×D0，Vo為PWM電壓信號的幅值，D0為常溫下PWM信號的占空比，系統發出的占空比變化范圍在D0上下波動(通常可取35％-65％)，濾波后得到的電壓V4接到運放D1B的同向端，反向端接一固定的電平V3，其中V3＝Vcc×R7/(R7+R8)，通過運放D1B輸出需要的溫度補償給定電壓信號V2，其中V2＝(V3-V4)×R6/R5。因為常溫25℃下充電器的輸出電壓不需要補償，此時要求在PWM占空比為D0時V1＝V2，從而實現常溫下充電器單板調試的輸出電壓在整機系統中只要將跳線塊JP1接上就可得到需要已調好的充電電壓。光耦的作用是使得整機控制系統和充電器之間有電氣隔離，而運放D1B的一方面起到放大的作用，同時能進行阻抗匹配，有利參數的選取。當整機系統檢測到電池的環境溫度有變化時，將根據溫度的變化控制溫度補償PWM信號的占空比D在D0上下變化。當電池環境溫度高于25℃時，系統產生的PWM信號的占空比D小于D0，使得V4變小，從而使得V2變小，最終Vg變小，這樣在充電器的控制電路調節作用下，充電器的輸出電壓下降，從而達到電池環境溫度高時充電電壓下降的溫度補償要求。反之，當電池環境溫度低于25℃時，系統產生的PWM信號的占空比D大于D0，使得V4變大，從而使得V2變大，最終Vg變大，在充電器的控制電路調節下，這樣充電器的輸出電壓上升，從而達到電池環境溫度低時充電電壓上升的溫度補償要求。在本發明的一個最佳實施例中常溫下20節12V電池充電器的浮充充電電壓為274V，取D0＝50％，當電池環境溫度由常溫25℃升高到30℃時，系統根據檢測到的環境溫度的變化，溫度補償PWM信號的占空比將由50％下降到48％，此時RC濾波后的節點電壓V4將降低，溫度補償給定信號V2相應也降低，這樣輸出的溫度補償疊加信號Vg也下降，此時Vg的下降使得充電器的輸出充電電壓下降了1.8V，即30℃時我們充電器的浮充電壓下降到272.2V，達到電池溫度補償的目的。在實際應用中取電阻R3＝10k，電阻R4＝1M，電阻R5＝10k，電阻R6＝10k，R7＝10k，電阻R8＝20k，電阻R9＝10k，R10＝10k，電阻R11＝10k，電阻R12＝1k，電容C2＝1uF，電阻R10的作用是限制流經光耦發光二極管的電流。
本發明提出的溫度補償裝置，通過1個跳線塊、1個光耦，一個運放、2個電容及若干電阻的組合就可以實現，不僅使得充電器單板可單獨進行調試，還實現了整機系統中充電器簡單跳線后就可進行電池環境溫度充電電壓補償。本發明提出的裝置控制電路簡單，溫度補償功能齊全，特別適用于UPS充電器中。
權利要求
1.一種電池溫度補償裝置，包括單板給定電路單元(101)，信號隔離單元(102)，溫度補償給定產生單元(103)，給定信號疊加單元(104)和溫度采樣轉換及PWM信號發生單元(105)；所述溫度采樣轉換及PWM信號發生單元(105)將采樣到的電池環境溫度信號轉換為電壓信號，并產生相應的溫度補償PWM信號，產生的溫度補償PWM信號經信號隔離單元(102)隔離后送到溫度補償給定產生單元(103)；所述溫度補償給定產生單元(103)將獲得的隔離后的PWM信號進行濾波后與內部的電壓基準按運算放大器減法運算相減后產生給定信號V2；所述單板給定電路單元(101)產生單板單獨調試充電器所需的給定信號V1，所述給定信號V1與常溫下溫度補償PWM信號所產生的給定信號V2相等；所述給定信號V1和所述給定信號V2經過信號疊加單元(104)按電壓疊加原理進行疊加后輸出溫度補償疊加信號Vg。
2.根據權利要求1所述的一種電池溫度補償裝置，其特征在于所述溫度采樣轉換及PWM信號發生單元(105)按電壓越高輸出占空比越小的原則產生相應的溫度補償PWM信號。
3.根據權利要求1或2所述的一種電池溫度補償裝置，其特征在于所述裝置在信號疊加單元(104)與溫度補償給定產生單元(103)之間還包含一個開關，當充電器進行單板調試時，斷開該開關；當整機系統運行時，閉合該開關。
4.根據權利要求3所述的一種電池溫度補償裝置，其特征在于所述開關為跳線塊。
全文摘要
本發明公開了一種電池溫度補償裝置，溫度采樣轉換及PWM信號發生單元將電池環境溫度信號轉換為電壓信號，并產生相應的溫度補償PWM信號，PWM信號經信號隔離單元隔離后送到溫度補償給定產生單元；溫度補償給定產生單元將獲得的PWM信號進行濾波后與內部的電壓基準按運算放大器減法運算相減后產生給定信號V2；單板給定電路單元產生單板單獨調試充電器所需的給定信號V1，V1與常溫下溫度補償PWM信號所產生的給定信號V2相等；V1和V2經過信號疊加單元按電壓疊加原理進行疊加后輸出溫度補償疊加信號。本發明控制過程簡單，補償精度高，特別適用于不間斷電源充電器中的電池溫度補償充電。
文檔編號H02J7/00GK1725595SQ20041006909
公開日2006年1月25日 申請日期2004年7月20日 優先權日2004年7月20日
發明者黎學偉 申請人:中興通訊股份有限公司