專利名稱：輸出電壓可調(diào)的組合電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池，尤其是一種設(shè)有控制電路，能夠通過外部干預(yù)，對輸出電壓進(jìn)行連續(xù)調(diào)整的組合電池。屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，人們享有的信息量得到迅速膨脹，而現(xiàn)代辦公、生活模式的改變，使更多的移動(dòng)電子產(chǎn)品得到了人們?nèi)找鎻V泛的使用。
移動(dòng)電子產(chǎn)品所使用的能源絕大多數(shù)來自于產(chǎn)品本身所攜帶的電池。由于電池具有極其有限的電能儲量，所以使移動(dòng)電子產(chǎn)品的使用時(shí)間受到了一定的限制。為了能夠盡可能的延長電池的使用時(shí)間，生產(chǎn)企業(yè)通常在所生產(chǎn)的電子產(chǎn)品上預(yù)留外部電源接口，以便于使用者在能夠提供市電的場合，利用廠家專門為其電子產(chǎn)品所提供的電源適配器或自行購買的電源適配器為電子產(chǎn)品提供電源，以節(jié)省電池電量。這種方式無法滿足電子產(chǎn)品的移動(dòng)使用要求，況且，當(dāng)使用者攜帶有多個(gè)移動(dòng)電子產(chǎn)品(如數(shù)碼相機(jī)、隨身聽、筆記本電腦等)時(shí)，由于這些電子產(chǎn)品具有各自不同的使用電壓要求，必須同時(shí)隨身攜帶多個(gè)電源適配器，所以，即使可以找到提供市電的場合，這種方式也非常不便。
當(dāng)使用者利用隨身攜帶的一個(gè)組合電池為電子產(chǎn)品供電，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)使用，并延長了電子產(chǎn)品的使用時(shí)間，但是，同樣會無法滿足多個(gè)電子產(chǎn)品各自不同的使用電壓要求，而目前解決這一問題的辦法只能是對應(yīng)電子產(chǎn)品，攜帶多個(gè)組合電池。這個(gè)辦法顯然不便于應(yīng)用。
另外，目前使用的組合電池只是將若干單個(gè)電池進(jìn)行簡單的串、并聯(lián)組合，使用者無法對該組合電池的儲存電容量、負(fù)載的耗能狀況進(jìn)行直觀的了解，從而在一定程度上為使用帶來不便。例如，當(dāng)攜帶攝像機(jī)外出拍攝時(shí)，由于無法得知攜帶的組合電池所儲存的電量，因此無法估算該組合電池的可連續(xù)使用時(shí)間，使拍攝作業(yè)的連續(xù)性受到影響。
因此，為移動(dòng)電子產(chǎn)品提供可長時(shí)間使用，能滿足不同的使用電壓要求，并能直觀的對用電狀況進(jìn)行顯示的移動(dòng)電源，現(xiàn)已成為移動(dòng)電子產(chǎn)品使用者急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述使用者無法在脫離市電供電環(huán)境下利用一個(gè)組合電池為多個(gè)移動(dòng)電子產(chǎn)品提供多種輸出電壓的使用現(xiàn)狀提供一種輸出電壓可調(diào)的組合電池，該電池能夠通過外部干預(yù)，由使用者根據(jù)具體電子產(chǎn)品對輸入電壓的要求調(diào)整電池的輸出電壓與之相匹配，從而滿足了利用一個(gè)電池對多個(gè)電子產(chǎn)品進(jìn)行供電的需求。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于針對上述使用者無法對電池組的應(yīng)用狀況進(jìn)行直觀的了解提供一種輸出電壓可調(diào)的組合電池，該電池通過其內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)控電路，對電池的電量、負(fù)荷等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。使用者能夠通過設(shè)置的顯示裝置隨時(shí)了解電池的使用狀態(tài)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種輸出電壓可調(diào)的組合電池，它包括由單節(jié)電池相互連接所組成的電池組，它還包括直流-直流轉(zhuǎn)換器、電感線圈、開關(guān)管及電位調(diào)節(jié)裝置。
直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端與電池組的輸出端連接，其輸出端為所述組合電池的輸出端。
電感線圈跨接在直流-直流轉(zhuǎn)換器的正極輸入與正極輸出端之間。
開關(guān)管的兩個(gè)導(dǎo)通端連接在直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端的正、負(fù)極之間，其控制端與直流-直流轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接。
電位調(diào)節(jié)裝置的信號輸出端與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的控制信號輸入端連接；電位調(diào)節(jié)使所述組合電池輸出頻率連續(xù)可調(diào)的脈沖電壓。
上述設(shè)置中，通過電位調(diào)節(jié)裝置對電位的調(diào)節(jié)，能使由直流-直流轉(zhuǎn)換器、電感線圈及開關(guān)管所組成的電路輸出的脈沖電壓的頻率得以改變，由脈沖占空比的變化使輸出電壓得到調(diào)節(jié)。
在這個(gè)電路中，電感線圈跨接在直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出兩端。開關(guān)管的兩個(gè)導(dǎo)通端連接在直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端與地之間，其控制端與直流-直流轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接。直流-直流轉(zhuǎn)換器的控制信號輸入端與電位調(diào)節(jié)裝置的信號端連接。電感線圈在開關(guān)管導(dǎo)通/關(guān)斷動(dòng)作中，表現(xiàn)出儲能/放能的特性，使輸出電壓成為脈沖電壓，其脈沖頻率則取決于開關(guān)管導(dǎo)通/關(guān)斷的頻率。
使用中，通過調(diào)整電位調(diào)節(jié)裝置，改變其電位信號，使直流-直流轉(zhuǎn)換器信號輸出端的開/關(guān)的信號頻率發(fā)生改變，由此，開關(guān)管的導(dǎo)通/關(guān)斷頻率也發(fā)生改變，使直流-直流轉(zhuǎn)換器所的頻率得以改變，從而實(shí)現(xiàn)對組合電池的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。由于開關(guān)管的導(dǎo)通/關(guān)斷頻率可以任意改變，所以，組合電池的輸出電壓也能夠獲得連續(xù)調(diào)整。
上述技術(shù)方案中，電位調(diào)節(jié)裝置可以直接采用手動(dòng)電位調(diào)節(jié)器，直接實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的連續(xù)調(diào)整，也可以采用由單片機(jī)、數(shù)字電位器、按鍵所組成的調(diào)節(jié)電路實(shí)現(xiàn)電壓的連續(xù)調(diào)整。
采用單片機(jī)調(diào)節(jié)電路時(shí)，單片機(jī)的控制信號輸入端與按鍵連接，其控制信號輸出端通過數(shù)字電位器與直流轉(zhuǎn)換單元或直流-直流轉(zhuǎn)換器的控制信號輸入端連接。使用時(shí)，按動(dòng)按鍵，即可對輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。
本技術(shù)方案中，當(dāng)增加了信號采集電路、溫度傳感器以及顯示器時(shí)，并將輸出電壓、電流及電池組的工作溫度信號分別通過相應(yīng)的電路或信號線傳送至單片機(jī)的各個(gè)對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入端后，通過單片機(jī)的運(yùn)算處理，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測并顯示組合電池的電量、負(fù)荷等狀態(tài)，使用者能夠通過設(shè)置的顯示裝置隨時(shí)了解組合電池的使用狀態(tài)。
由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過將電池組的直流輸出電壓轉(zhuǎn)換為脈沖電壓輸出，并通過改變脈沖電壓的頻率達(dá)到調(diào)整電壓的目的，并且能夠?qū)崿F(xiàn)從單級電池電壓至最大輸出電壓之間的無級調(diào)整，可以適應(yīng)任何輸入電壓數(shù)值位于調(diào)整范圍之內(nèi)的移動(dòng)電子產(chǎn)品。
通過引入單片機(jī)、信號采集電路、顯示器及溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)對組合電池的輸出電壓、電容量、工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、控制，為使用者提供豐富的組合電池的使用狀態(tài)信息及控制通道。


圖1所示為本發(fā)明所提供的一個(gè)具體實(shí)施例電路原理圖。
圖2所示為本發(fā)明所提供的一個(gè)較佳實(shí)施例電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下，通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
實(shí)施例一圖1所示為本發(fā)明所提供的一個(gè)具體實(shí)施例的電路原理圖。該實(shí)施例包括電池組B、DC-DC轉(zhuǎn)換器、手動(dòng)電位調(diào)節(jié)器R、電感線圈L及開關(guān)管T。
電池組B是由4節(jié)單節(jié)電池串、并聯(lián)后組成，其輸出端與DC-DC轉(zhuǎn)換器的電壓輸入端連接。
電感線圈L跨接在DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出端，輸出端V0與地之間連接開關(guān)管T的兩個(gè)導(dǎo)通端。
開關(guān)管T的控制端連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器的信號輸出端t。
在實(shí)際使用中，手動(dòng)電位調(diào)節(jié)器R的操作部分安裝在組合電池的外部，并將輸出電壓數(shù)值與該操作部分的運(yùn)動(dòng)位置相對應(yīng)，使用者可以根據(jù)不同的電子產(chǎn)品對輸入電壓的要求，調(diào)整手動(dòng)電位調(diào)節(jié)器R，通過DC-DC轉(zhuǎn)換器調(diào)整信號輸出端t的開/關(guān)頻率信號，使電感線圈L的儲能/放能頻率改變，達(dá)到調(diào)整輸出端V0輸出電壓數(shù)值的目的。
實(shí)施例二圖2所示為本發(fā)明所提供的一個(gè)較佳實(shí)施例的電路原理圖。該實(shí)施例中，三個(gè)由2節(jié)單節(jié)電池并聯(lián)組成的電池單元串聯(lián)構(gòu)成電池組B。該電池組B的輸出端連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器MAX1771的輸入端，與實(shí)施例一相同，該轉(zhuǎn)換器MAX1771上也并聯(lián)有儲能電感線圈L，輸出端V0與地之間連接的開關(guān)管為一個(gè)MOS管Q。
本實(shí)施例中增設(shè)了單片機(jī)MSP430F133、液晶顯示屏以及由電流信號采集放大電路Y1、電壓信號采集放大電路Y2組成的信號采集電路。
電流信號采集放大電路Y1通過設(shè)置在MAX1771負(fù)電位輸出端的毫歐級電阻Ra采集微小的電流信號，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后，該電流信號被輸入單片機(jī)MSP430F133的電流信號輸入端AD0。
電壓信號采集放大電路Y2直接與組合電池的輸出端連接，由于單片機(jī)MSP430F133的允許輸入電壓為2.5V，所以，通過調(diào)整電阻R1的數(shù)值，調(diào)整運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)，使?jié)M足輸入要求的電壓信號輸入電壓信號端AD1。
電壓信號采集放大電路Y2所采集的電壓信號一方面可以用于精確跟隨組合電池輸出電壓的變動(dòng)，另一方面與電流信號采集放大電路Y1所采集的電流信號一起通過單片機(jī)MSP430F133進(jìn)行計(jì)算而獲得電池容量。
在本實(shí)施例中，單片機(jī)MSP430F133的控制信號輸入端P2.0以及P2.1分別與組合按鍵的按鍵S1、按鍵S2連接，通過該組合按鍵，使用者可以進(jìn)行加/減電壓數(shù)值的操作。
單片機(jī)MSP430F133的控制信號輸出端P1.1與一個(gè)數(shù)字電位器連接，該數(shù)字電位器的輸出端與DC-DC轉(zhuǎn)換器MAX1771的控制端連接。
當(dāng)使用者通過按鍵S1或按鍵S2進(jìn)行輸出電壓調(diào)整操作時(shí)，數(shù)字電位器在單片機(jī)MSP430F133的控制下，向DC-DC轉(zhuǎn)換器MAX1771輸出數(shù)字電位信號，該數(shù)字電位信號改變DC-DC轉(zhuǎn)換器MAX1771向MOS管輸出的開關(guān)信號的頻率，進(jìn)而達(dá)到改變組合電池輸出電壓的目的。
單片機(jī)MSP430F133的數(shù)據(jù)輸出端、顯示驅(qū)動(dòng)端與液晶顯示器連接。該液晶顯示器用于顯示輸出電壓的數(shù)值、組合電池的容量等。
電池組B中還設(shè)有與單片機(jī)MSP430F133的溫度信號輸入端AD10連接的溫度傳感器Pt，該溫度傳感器Pt將組合電池的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，通過液晶顯示器顯示，并且，在溫度發(fā)生異常時(shí)，可以及時(shí)發(fā)出警告，以保護(hù)電子產(chǎn)品及組合電池本身。
本實(shí)施例不僅結(jié)構(gòu)簡單，功能完善，而且測量、控制準(zhǔn)確，使用方便，為便于黑暗中使用，還具有背光功能。另外，顯示器也可以采用發(fā)光二極管陣列的方式制造，利用發(fā)光圖形對輸出電壓、電容量、溫度參數(shù)進(jìn)行顯示。
最后所應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種輸出電壓可調(diào)的組合電池，它包括由單節(jié)電池相互連接所組成的電池組，其特征在于它還包括直流-直流轉(zhuǎn)換器、電感線圈、開關(guān)管及電位調(diào)節(jié)裝置；所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端與電池組的輸出端連接，其輸出端為所述組合電池的輸出端；所述電感線圈跨接在直流-直流轉(zhuǎn)換器的正極輸入與正極輸出端之間；所述開關(guān)管的兩個(gè)導(dǎo)通端連接在直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端的正、負(fù)極之間，其控制端與直流-直流轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接。所述電位調(diào)節(jié)裝置的信號輸出端與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的控制信號輸入端連接；電位調(diào)節(jié)使所述組合電池輸出頻率連續(xù)可調(diào)的脈沖電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸出電壓可調(diào)的組合電池，其特征在于所述的電位調(diào)節(jié)裝置為手動(dòng)電位調(diào)節(jié)器或至少是由單片機(jī)、數(shù)字電位器、按鍵所組成的調(diào)節(jié)電路；所述手動(dòng)電位調(diào)節(jié)器的電壓輸入端連接電池組的正極，其電壓輸出端連接所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的控制信號輸入端連接；所述單片機(jī)的控制信號輸入端與按鍵連接，其控制信號輸出端通過數(shù)字電位器與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的控制信號輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸出電壓可調(diào)的組合電池，其特征在于所述的單片機(jī)的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端還通過運(yùn)算放大電路與所述直流轉(zhuǎn)換單元或直流-直流轉(zhuǎn)換器的電壓輸出端連接，用于采集輸出電壓信號；另一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端還通過另一個(gè)運(yùn)算放大電路與所述直流轉(zhuǎn)換單元或直流-直流轉(zhuǎn)換器的電流信號采集端連接，用于采集輸出電流信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸出電壓可調(diào)的組合電池，其特征在于所述的單片機(jī)的再一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端連接有溫度傳感器，該溫度傳感器被設(shè)置在所述電池組中，用以測量電池組的溫度，并將溫度信號傳送至單片機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的輸出電壓可調(diào)的組合電池，其特征在于所述的單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端及顯示驅(qū)動(dòng)端還連接有用以顯示所述組合電池的工作狀態(tài)參數(shù)的顯示器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸出電壓可調(diào)的組合電池，其特征在于所述的顯示器為液晶顯示屏或LED顯示管或發(fā)光二極管陣列。
全文摘要
一種輸出電壓可調(diào)的組合電池，它包括由單節(jié)電池相互連接所組成的電池組，還包括直流－直流轉(zhuǎn)換器、電感線圈、開關(guān)管及電位調(diào)節(jié)裝置；直流－直流轉(zhuǎn)換器的輸入端與電池組的輸出端連接；電感線圈跨接在直流－直流轉(zhuǎn)換器的正極輸入與正極輸出端之間；開關(guān)管的兩個(gè)導(dǎo)通端連接在直流－直流轉(zhuǎn)換器的輸出端的正、負(fù)極之間，其控制端與直流－直流轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接；電位調(diào)節(jié)裝置的信號輸出端與所述直流－直流轉(zhuǎn)換器的控制信號輸入端連接。本發(fā)明通過將電池組的直流輸出電壓轉(zhuǎn)換為脈沖電壓輸出，并通過改變脈沖頻率對電壓進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)從單級電池電壓至最大輸出電壓之間的無級調(diào)整，適應(yīng)任何輸入電壓數(shù)值位于調(diào)整范圍之內(nèi)的移動(dòng)電子產(chǎn)品。
文檔編號H02M3/00GK1592023SQ0315618
公開日2005年3月9日 申請日期2003年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月4日
發(fā)明者諸學(xué)農(nóng), 安杰, 邱新平, 張春玉 申請人:北京市世紀(jì)博納能源技術(shù)有限責(zé)任公司