電池單元低電壓應急供電電路和應急供電方法技術

一種電池單元低電壓應急供電電路，包括負載、電池單元、輔助儲能裝置、變換器、主開關、輔開關及控制電路，其特征在于，控制電路第一輸入端連接主開關的輸入，采樣電池單元的輸出電壓，第二輸入端連接輔開關的輸入，采樣輔助儲能裝置的輸出電壓；控制電路第一輸出端連接主開關，控制主開關的接通和斷開；控制電路第二輸出端連接輔開關，控制輔開關的接通和斷開；電池單元既通過主開關給負載供電，也通過變換器給輔助儲能裝置充電；輔助儲能裝置通過輔開關給負載供電。本發明專利技術提供的電池單元低電壓應急供電電路和應急供電方法，當負載電路因為電池單元電壓過低已經斷電，本發明專利技術的電路和方法能利用電池單元剩下的微弱電量，為設備應急供電。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電池單元供電的手持設備、便攜式儀器儀表、手機、平板電腦、筆記本電腦等電子設備供電的
和汽車、電動汽車、電動自行車等使用蓄電池供電的移動式機電設備，尤其涉及這些設備因電池電壓過低導致負載斷電后的應急供電方法和應急供電電路。
技術介紹
在電池單元供電的電子設備中，電池單元可以單體使用，也可以多個單體串聯使用，電池單元中單體電池串聯數量是N倍，電池單元的電壓就是單體電壓的N倍。電池單體可以是可充電的蓄電池，也可以是不能充電的一次性電池。電池單體是可充電的蓄電池時，電池單體有最高電壓即第三電壓U3，可充電電池單元充電時，當電壓達到第三電壓U3時，表明電池充滿，充電結束。電池單元有最低工作電壓第二電壓U2，當電池單元低于第二電壓U2時，負載將會斷電；同時電池電壓低于第二電壓U2時，設備也不能啟動。也就是電池單元正常供電時，其電池單元電壓在第三電壓U3到第二電壓U2之間。采用蓄電池的電池單元還存在另一個最低電壓第一電壓U1，第一電壓U1小于第二電壓U2，第一電壓U1是蓄電池單體不損壞的低壓極限值。電池單元電壓低于U1，會造成電池單元不能再工作；所以要避免電池電壓低于第一電壓U1。以手機上使用鋰電池為例，該電池單元采用三個鋰電池單體串聯。鋰電池單體電壓充到4.2V時，充電結束；當鋰電池電壓低于3V，手機電池管理電路將負載斷電，在這一電壓下手機也不能再啟動；當手機鋰電池電壓低于2.25V時，鋰電池內部活性物質會降解衰減產生副產物，造成電池容量不可逆的衰減。對于電池單元來說，第三電壓U3=3X4.2V=12.6V，第二電壓U2=3X3V=9V，第一電壓U1=3X2.25V=6.75V。表1是幾種蓄電池單體的第三電壓U3、第二電壓U2、第一電壓U1值。電池單元有N個蓄電池單體串聯，蓄電池單體的這些電壓值乘以串聯數目N就可以得到電池單元的第三電壓U3、第二電壓U2、第一電壓U1值。表1幾種常用電池單體的第三電壓U3、第二電壓U2和第一電壓U1電池單體是不可充電的一次性電池時，電池單元有最高電壓即第三電壓U3，是電池出廠的額定電壓；電池單元有最低工作電壓，即第二電壓U2，當蓄電池單體電壓低于第二電壓U2時，負載將會斷電，電池電壓低于第二電壓U2時，設備也不能啟動。也就是電池單元正常供電時，其電池單元電壓在第三電壓U3到第二電壓U2之間。采用一次性電池的電池單元還存在另一個最低電壓第一電壓U1，第一電壓U1小于第二電壓U2。電池單元電壓低于U1，會造成電池單元不能再工作。現有技術的應用中，當電池單元電壓低于第二電壓U2時，就會斷電。但就電池單元本身而言電壓低于第二電壓U2高于第一電壓U1時可以繼續放電，直到電池單元電壓為第一電壓U1。電池單元電壓在低于第二電壓U2高于第一電壓U1時，放電電流比較小，可能不能提供負載所需要的能量，設備就不能正常工作。因此電池單元電壓在低于第二電壓U2高于第一電壓U1時，電池單元能繼續放電，但是此時直接連接負載由于放電電流小，電子設備將不能工作。無論電池單體采用蓄電池或是可充電蓄電池，當電池單元電壓高于第二電壓U2低于第三電壓U3時，屬于正常供電方式；當電池單元電壓高于第一電壓U1低于第二電壓U2時，屬于應急供電方式。
技術實現思路
本專利技術的目的是，為了解決現有技術中，當電池單元電壓低于第一電壓U1時，電池單元電電流很小，電池單元內阻大，電池單元直接供電將不能提供設備所需要的電能，所以此時設備停止工作，本專利技術要解決的技術問題是：在電池單元的這種情況下，使電池單元也能提供設備所需要的電能。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，包括負載、電池單元、輔助儲能裝置、變換器、主開關、輔開關及控制電路，電池單元，是蓄電池單體或由蓄電池單體串聯而成的蓄電池組；輔助儲能裝置，是蓄電池單體或由蓄電池單體串聯、并聯而成，或者是超級電容或由超級電容串聯、并聯而成；變換器，是輸入電流穩流型變換器，變換器輸出電壓相對于其輸入電壓，既能升壓也能降壓，控制電路控制變換器的啟動和停止；主開關、輔開關，是繼電器或MOS電子開關，主開關、輔開關均由控制電路控制通斷；控制電路第一輸入端連接主開關的輸入，采樣電池單元的輸出電壓，第二輸入端連接輔開關的輸入，采樣輔助儲能裝置的輸出電壓；控制電路第一輸出端連接主開關，控制主開關的接通和斷開；控制電路第二輸出端連接輔開關，控制輔開關的接通和斷開；電池單元，既通過主開關給負載供電，也通過變換器給輔助儲能裝置充電；輔助儲能裝置通過輔開關給負載供電。如上所述的電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，變換器采用boost變換器和buck變換器級聯，或者采用單端反激變換器，或者采用變壓器隔離的電流型橋式變換器。如上所述的電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，主開關和輔開關可以同時斷開或者有一個接通，但是主開關和輔開關不會同時接通。如上所述的電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，輔助儲能裝置所使用的蓄電池電池容量是電池單元容量的容量二十分之一到四分之一。如上所述的電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，輔助儲能裝置可以是和電池單元一起在設備內部，也就是內置；也可以在設備外部，由接口接入，也就是外置。本專利技術還提供一種電池單元低電壓應急供電方法，采用如上所述的電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，該方法的特征是，電池單元外再增加一個輔助儲能裝置，當電池單元的電壓在第一電壓U1至第二電壓U2之間時，電池單元已經不能向負載供電，此時斷開負載；然后電池單元以小電流放電，通過電壓變換器給輔助儲能裝置充電，直到電池單元電壓低到第一電壓U1或者輔助儲能裝置電壓達到第三電壓U3時停止充電；接著，輔助儲能裝置響應應急供電指令給負載供電，直到輔助儲能裝置的電壓小于第二電壓U2。如上所述的電池單元低電壓應急供電方法，其特征在于，控制電路的控制步驟如下：S001：延時1mS—1000mS，隨后進入S002；S002：采樣主開關的輸入電壓然后進入S003，當連接電池單元時，主開關的輸入電壓就是電池單元的電壓；S003：判斷主開關的輸入電壓是否大于等于第二電壓U2，若是進入S004，若否進入S005；S004：接通主開關，隨后進入S006；S005：斷開主開關，隨后進入S007；S006：采樣輔開關的輸入電壓，然后進入S008；S007：判斷主開關的輸入電壓是否大于等于第一電壓U1，若是進入S009，若否進入S010；S008：判斷輔開關的輸入電壓是否大于等于第三電壓U3，若是進入S014，若否進入S012；S009：啟動變換器，隨后進入S011；S010：停止變換器，隨后進入S011；S011：采樣輔開關的輸入電壓，隨后進入S014；S012：啟動變換器，隨后進入S001；S013：斷開變換器，隨后進入S001；S014：判本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，包括負載（1）、電池單元（2）、輔助儲能裝置（3）、變換器（4）、主開關（5）、輔開關（6）及控制電路（7），電池單元（2），是蓄電池單體或由蓄電池單體串聯而成的蓄電池組；輔助儲能裝置（3），是蓄電池單體或由蓄電池單體串聯、并聯而成，或者是超級電容或由超級電容串聯、并聯而成；變換器（4），是輸入電流穩流型變換器，變換器（4）輸出電壓相對于其輸入電壓，既能升壓也能降壓，控制電路（7）控制變換器（4）的啟動和停止；主開關（5）、輔開關（6），是繼電器或MOS電子開關，主開關（5）、輔開關（6）均由控制電路（7）控制通斷；控制電路（7）第一輸入端連接主開關（5）的輸入，采樣電池單元（2）的輸出電壓，第二輸入端連接輔開關（6）的輸入，采樣輔助儲能裝置（3）的輸出電壓；控制電路（7）第一輸出端連接主開關（5），控制主開關（5）的接通和斷開；控制電路（7）第二輸出端連接輔開關（6），控制輔開關（6）的接通和斷開；電池單元（2），既通過主開關（5）給負載（1）供電，也通過變換器（4）給輔助儲能裝置（3）充電；輔助儲能裝置（3）通過輔開關（6）給負載（1）供電。...

【技術特征摘要】
1.一種電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，包括負載（1）、電池單元（2）、輔助儲能裝置（3）、變換器（4）、主開關（5）、輔開關（6）及控制電路（7），
電池單元（2），是蓄電池單體或由蓄電池單體串聯而成的蓄電池組；
輔助儲能裝置（3），是蓄電池單體或由蓄電池單體串聯、并聯而成，或者是超級電容或由超級電容串聯、并聯而成；
變換器（4），是輸入電流穩流型變換器，變換器（4）輸出電壓相對于其輸入電壓，既能升壓也能降壓，控制電路（7）控制變換器（4）的啟動和停止；
主開關（5）、輔開關（6），是繼電器或MOS電子開關，主開關（5）、輔開關（6）均由控制電路（7）控制通斷；
控制電路（7）第一輸入端連接主開關（5）的輸入，采樣電池單元（2）的輸出電壓，第二輸入端連接輔開關（6）的輸入，采樣輔助儲能裝置（3）的輸出電壓；控制電路（7）第一輸出端連接主開關（5），控制主開關（5）的接通和斷開；控制電路（7）第二輸出端連接輔開關（6），控制輔開關（6）的接通和斷開；
電池單元（2），既通過主開關（5）給負載（1）供電，也通過變換器（4）給輔助儲能裝置（3）充電；輔助儲能裝置（3）通過輔開關（6）給負載（1）供電。
2.根據權利要求1所述的電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，變換器（4）采用boost變換器和buck變換器級聯，或者采用單端反激變換器，或者采用變壓器隔離的電流型橋式變換器。
3.根據權利要求1或2所述的電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，主開關（5）和輔開關（6）可以同時斷開或者有一個接通，但是主開關（5）和輔開關（6）不會同時接通。
4.根據權利要求1或2所述的電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，輔助儲能裝置（3）所使用的蓄電池電池容量是電池單元（2）容量的容量二十分之一到四分之一。
5.根據權利要求1或2所述的電池單元低電壓應急供電電路，其特征在于，輔助儲能裝置（3）可以是和電池單元（2）一起在設備內部，也就是內置；也可以在設備外部，由接口接入，也就是外置。
6.一種電池單元低電壓應急供電方法，采用如權利要求1-5任意一項所述的電池單元低電壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：危立輝，
申請(專利權)人：中南民族大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42