一種煤礦設(shè)備用電池組低功耗高精度溫度保護方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種煤礦設(shè)備用電池組低功耗高精度溫度保護方法，屬于電子電路領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：對于以24節(jié)構(gòu)成的電池組，所述電池組由12只測溫電阻、12個溫度保護模塊及2只P溝道場效應(yīng)PMOS管組成；2只PMOS管和溫度保護模塊采集電池組某個點的溫度值，輸出保護信號，12個保護模塊的輸出信號并接在儀器后共同控制PMOS管的開通與關(guān)斷，從而控制電池組電源輸出通斷；本發(fā)明專利技術(shù)采用電壓基準、三極管、運算放大器、比較器等器件構(gòu)成功能電路，電路功耗低、安全可靠；具有超溫保護功能，保護動作閾值溫度精準；具有故障自恢復(fù)功能，恢復(fù)閾值溫度控制精準。控制精準。控制精準。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種煤礦設(shè)備用電池組低功耗高精度溫度保護方法


[0001]本專利技術(shù)屬于電子電路領(lǐng)域，涉及一種煤礦設(shè)備用電池組低功耗高精度溫度保護方法。

技術(shù)介紹

[0002]煤礦電氣設(shè)備如礦用電源、巡檢機器人、救援機器人等大量采用電池作為后備電源或直接供電電源，電池種類包括磷酸鐵鋰電池、鎳氫電池等。鎳氫電池以其能量密度大、無記憶效應(yīng)和循環(huán)壽命長、無污染等優(yōu)點在煤礦產(chǎn)品中應(yīng)用越來越廣泛。
[0003]煤礦井下設(shè)備的設(shè)計及制造需遵守GB3836標準，根據(jù)其安全要求，煤礦井下設(shè)備用電池組需具有溫度保護功能。
[0004]煤礦設(shè)備用鎳氫電池組由鎳氫單體電池串聯(lián)組成，單電池一般為圓柱體。電池組溫度保護大多采用在電池組輸出主回路中串聯(lián)溫度開關(guān)的方式：每2節(jié)單體電池之間布置一個溫度開關(guān)，再將所有溫度開關(guān)串聯(lián)在電池組主輸出回路中。溫度開關(guān)檢測到某一節(jié)單體電池溫度超溫后動作，切斷電池組的電源輸出；溫度降低到一定值后，溫度開關(guān)復(fù)位，接通電池組的電源輸出。
[0005]溫度開關(guān)布置方式及原理如圖1～圖3所示，為24節(jié)電池組，共12只溫度開關(guān)。
[0006]采用溫度開關(guān)的電池組溫度保護方法制作簡單、成本低，但具有如下缺點：
[0007]1)自身功耗大：以BWE55溫度開關(guān)為例，其內(nèi)阻約為50mΩ，24節(jié)電池組主回路中串接12只溫度開關(guān)，其總內(nèi)阻達到0.6Ω，電流越大功耗越大。例如，電池組在平均5A電流輸出時，溫度開關(guān)的功耗最高可達12W，大大消弱了鎳氫電池組的續(xù)航能力。減少溫控開關(guān)串聯(lián)數(shù)量可減小回路功耗，但會導(dǎo)致無法監(jiān)測每一節(jié)電池溫度，存在安全隱患；
[0008]2)保護及恢復(fù)誤差大：以BWE55溫度開關(guān)為例，其動作溫度為55
±
5℃，復(fù)位溫度42
±
6℃，溫度開關(guān)動作及恢復(fù)時的閾值誤差較大，不利于對電池組進行精準溫度保護。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0009]有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種煤礦設(shè)備用電池組低功耗高精度溫度保護方法，改善采用多只溫度開關(guān)方式功耗大、保護精度不高的缺點。
[0010]為達到上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
[0011]一種煤礦設(shè)備用電池組低功耗高精度溫度保護方法，該方法包括以下步驟：
[0012]對于以24節(jié)構(gòu)成的電池組，所述電池組由12只測溫電阻、12個溫度保護模塊及2只P溝道場效應(yīng)PMOS管組成；2只PMOS管和溫度保護模塊采集電池組某個點的溫度值，輸出保護信號，12個保護模塊的輸出信號并接在儀器后共同控制PMOS管的開通與關(guān)斷，從而控制電池組電源輸出通斷；
[0013]所述溫度保護模塊由NTC測溫電阻、溫度檢測放大電路、遲滯比較電路和與非門構(gòu)成；NTC測溫電阻放置于電池組的每2節(jié)單電池中間，緊貼電池外表面，以便感測電池溫度變化；電壓基準、溫度檢測及信號放大電路組成測溫電路，將NTC測溫電阻的阻值變化轉(zhuǎn)變?yōu)?br/>變化的電壓信號；電壓基準產(chǎn)生電路及分壓電路產(chǎn)生兩路電壓參考信號，作為溫度閾值比較電路的參考電壓；雙路電壓比較器及遲滯比較電路將溫度電壓信號與參考信號進行比較，輸出高低電平信號，兩路比較器的輸出信號通過與非門后輸出控制信號，控制串聯(lián)在電源正極回路中的2只PMOS管的開通與關(guān)斷，從而控制電池組電源的輸出。
[0014]可選的，所述溫度保護模塊為：Q1及Q2選用低導(dǎo)通電阻的P溝道增強型場效應(yīng)管，選用的Q1、Q2典型導(dǎo)通電阻RDS在VGS＝
?
10V時為3.1mΩ，在電池5A電流下單只PMOS管的自身功耗約為0.08W，2只PMOS管總功耗約0.16W；
[0015]D2、D3為2.5V電壓基準TL431；D2外圍電阻產(chǎn)生兩路電壓參考信號Vref1及Vref2，且Vref1>Vref2；D3與NTC、運算放大器U1C及外圍電阻電容構(gòu)成溫度測量及同相比例放大電路，U1C輸出的電壓信號的大小表示溫度的高低，溫度越低，電壓越小；U2A、U2B為電壓比較器，其與外圍電阻構(gòu)成遲滯比較電路，輸出高低電平信號表示溫度超過或低于設(shè)置的閾值；U3A為與非門，對輸入的信號進行邏輯處理；
[0016]當電池溫度升高時，NTC電阻值下降，U1C的輸出的電壓信號減小，當U1C的輸出的電壓信號小于Vref1時，U2A輸出高電平信號；溫度繼續(xù)升高，U1C的輸出的電壓信號繼續(xù)減小，當U1C的輸出的電壓信號小于Vref2時，U2B輸出高電平信號；兩個高電平信號通過與非門邏輯處理后變?yōu)榈碗娖剑琎3關(guān)斷，輸出高電平故障信號；經(jīng)過兩級超溫后輸出故障保護信號，避免溫度干擾引起錯誤輸出；
[0017]當電池溫度降低時，U1C輸出的電壓信號增大，當大于U2A或U2B的遲滯比較電壓后，U2A或U2B輸出低電平信號，通過與非門邏輯處理后變?yōu)榈碗娖剑琎3導(dǎo)通，輸出低電平正常信號；
[0018]輸出保護信號是采用三極管集電極開路輸出。
[0019]可選的，所述NTC測溫電阻為PT100或PT1000。
[0020]可選的，所述測溫電路采用電橋式測溫電路。
[0021]本專利技術(shù)的有益效果在于：
[0022]1)采用電壓基準、三極管、運算放大器、比較器等器件構(gòu)成功能電路，電路功耗低、安全可靠；
[0023]2)具有超溫保護功能，保護動作閾值溫度精準；
[0024]3)具有故障自恢復(fù)功能，恢復(fù)閾值溫度控制精準。
[0025]本專利技術(shù)的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本專利技術(shù)的實踐中得到教導(dǎo)。本專利技術(shù)的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。
附圖說明
[0026]為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作優(yōu)選的詳細描述，其中：
[0027]圖1為溫度開關(guān)布置方式立體圖；
[0028]圖2為溫度開關(guān)布置方式正視圖；
[0029]圖3為溫度開關(guān)布置方式原理圖；
[0030]圖4為電池組溫度保護方法功能圖；
[0031]圖5為溫度保護模塊內(nèi)部功能圖；
[0032]圖6為溫度保護模塊內(nèi)部電路原理圖。
具體實施方式
[0033]以下通過特定的具體實例說明本專利技術(shù)的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本專利技術(shù)的其他優(yōu)點與功效。本專利技術(shù)還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本專利技術(shù)的精神下進行各種修飾或改變。需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本專利技術(shù)的基本構(gòu)想，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0034]其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實物圖，不能理解為對本專利技術(shù)的限制；為了更好地說明本專利技術(shù)的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種煤礦設(shè)備用電池組低功耗高精度溫度保護方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：對于以24節(jié)構(gòu)成的電池組，所述電池組由12只測溫電阻、12個溫度保護模塊及2只P溝道場效應(yīng)PMOS管組成；2只PMOS管和溫度保護模塊采集電池組某個點的溫度值，輸出保護信號，12個保護模塊的輸出信號并接在儀器后共同控制PMOS管的開通與關(guān)斷，從而控制電池組電源輸出通斷；所述溫度保護模塊由NTC測溫電阻、溫度檢測放大電路、遲滯比較電路和與非門構(gòu)成；NTC測溫電阻放置于電池組的每2節(jié)單電池中間，緊貼電池外表面，以便感測電池溫度變化；電壓基準、溫度檢測及信號放大電路組成測溫電路，將NTC測溫電阻的阻值變化轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷盒盘枺浑妷夯鶞十a(chǎn)生電路及分壓電路產(chǎn)生兩路電壓參考信號，作為溫度閾值比較電路的參考電壓；雙路電壓比較器及遲滯比較電路將溫度電壓信號與參考信號進行比較，輸出高低電平信號，兩路比較器的輸出信號通過與非門后輸出控制信號，控制串聯(lián)在電源正極回路中的2只PMOS管的開通與關(guān)斷，從而控制電池組電源的輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦設(shè)備用電池組低功耗高精度溫度保護方法，其特征在于：所述溫度保護模塊為：Q1及Q2選用低導(dǎo)通電阻的P溝道增強型場效應(yīng)管，選用的Q1、Q2典型導(dǎo)通電阻RDS在VGS＝
?
10V時為3.1mΩ，在電池5A電流下單只PMOS管的自身功耗約為0.08W，2只PMOS管總功耗約0.16W；D2、D3為2....

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李一文，秦偉，佘影，羅明華，方崇全，黃春，朱興林，向兆軍，陳雨，張海峰，張先鋒，孫柳軍，周斌，游磊，劉宴馳，饒俊宏，
申請(專利權(quán))人：中煤科工集團重慶研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：