CN113991811A - 一种备份电池单元智能充电管理***及方法 - Google Patents

一种备份电池单元智能充电管理***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能充电管理领域，特别涉及一种备份电池单元智能充电管理***及方法。包括：电流调整模块、控制模块、温度检测模块、电流检测模块和过温保护模块；在充电过程中，进行温度检测和电流检测；判断温度是否在安全范围内；若温度在安全范围内，则进一步判断充电电流是否为当前温度下的理想充电电流；若充电电流为当前温度下的理想充电电流，则保持当前充电状态。根据电芯规格书中对应电芯温度下的建议充电电流，及时调整充电电流的大小，提高备份电池单元的充电效率。

Description

一种备份电池单元智能充电管理***及方法
技术领域
本发明涉及智能充电管理领域，特别涉及一种备份电池单元智能充电管理***及方法。
背景技术
在互联网技术普及，大数据技术广泛应用的今天，要求服务器和存储阵列在工作时，电源供应具有高稳定性，即便在市电掉电的情况下，也要保证服务器和存储设备能够正常上电工作。因此，备份电池单元（Backup Battery Unit, 简称BBU）作为维持***供电的重要部件，被广泛应用于供电稳定性要求高的场合，在市电掉电的情况下，为服务器和存储设备上电，保证其正常工作。
一方面，BBU要在市电掉电的情况下为设备提供应急电力；另一方面，其自身储能需要由电源供应单元（Power Supply Unit, 简称PSU）通过充电电路对其充电，获得补充。这样才能保有足够的电能，在应急情况下保证对设备进行供电。
使用PSU通过充电电路对BBU电池充电的过程包括：涓流充电、恒流充电、恒压充电三个阶段。其中，恒流充电是快速提高电池储能的充电阶段，决定了充电效率的大小。恒定的充电电流大小影响这个阶段的充电效率，通常对恒定电流的大小不要求十分精确，一般采用电池规格书中的推荐充电电流对其充电。当恒流充电使BBU的电压达到预设值，则转入恒压充电。然而，电流具有热效应，电流流过电芯时产生的热量使电池温度逐渐升高，之前恒定大小的电流值已非该电池温度状态下，充电效率最高的电流值。现有的充电电路，在BBU充电的过程中，没有充分考虑电池温度对充电效率的影响，无法优化电池在恒流充电阶段的充电效率。同时，缺少对电池温度的监控还存在电池高温安全隐患和电池寿命缩短、性能降低等潜在问题。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种备份电池单元智能充电管理***及方法，以克服现有技术中使用PSU对BBU进行充电的过程中，在恒流充电阶段充电效率低的问题，同时，降低BBU电池的高温安全隐患问题，改善BBU电池因温度因素导致寿命缩短、性能降低的潜在问题。
为了解决上述的一个或多个技术问题，本发明采用的技术方案如下：第一方面，提供一种BBU智能充电管理***，在使用PSU为BBU电池充电时，调整充电电流大小，包括：电流调整模块、控制模块、温度检测模块、电流检测模块和过温保护模块；
上述电流调整模块分别与上述控制模块、上述BBU电池和上述PSU电性连接；上述温度检测模块与上述控制模块电性连接；上述电流检测模块分别与上述BBU电池和上述控制模块电性连接；上述过温保护模块与上述控制模块电性连接；
上述电流调整模块，用于接收上述控制模块的调制信号，输出充电电流，为上述BBU电池充电；
上述温度检测模块，用于检测上述BBU电池的电芯温度，并反馈至上述控制模块；
上述电流检测模块，用于检测充电电流的大小，并反馈至上述控制模块；
上述过温保护模块，用于在上述BBU电池的电芯温度超过充电过程的最高温度时，向上述控制模块发送用于切断电流调整模块的信号；
控制模块，预存有上述BBU电池的电芯在各温度下对应的理想充电电流数值，用于根据上述温度检测模块和上述电流检测模块的反馈，调制上述电流调整模块，输出理想充电电流。
进一步地，上述电流调整模块包括：DC-DC转换器、运算放大电路、转换电阻、负载电阻；
上述DC-DC转换器的输出端一端依次与上述转换电阻和上述负载电阻串联后接地；
上述DC-DC转换器的输出端另一端接地；
上述运算放大电路的负输入端和正输入端与上述负载电阻并联，上述运算放大电路的正输入端接地。
进一步地，上述运算放大电路包括：第一运算放大器、第一反馈电阻和接地电阻；
上述第一运算放大器的负输入端作为上述运算放大电路的负输入端；
上述第一运算放大器的正输入端作为上述运算放大电路的正输入端；
上述第一运算放大器的输出端作为电流调整模块输出端的阴极；
上述电流调整模块输出端的阳极通过上述第一反馈电阻与上述第一运算放大器的负输入端串联；
上述电流调整模块输出端的阳极还通过串联上述接地电阻接地；
上述电流调整模块输出端的阳极和上述电流调整模块输出端的阴极之间接入待充电的上述BBU电池进行充电。
进一步地，上述DC-DC转换器至少包括：作为开关器件的MOSFET；
上述MOSFET的栅极与上述控制模块电性连接，用于接收上述控制模块发送的上述调制信号，控制上述MOSFET的导通和关断；
上述MOSFET的漏极与上述PSU阳极电性连接。
进一步地，上述温度检测模块包括：温度测量芯片；
用于确定上述BBU电池的电芯当前温度，并反馈至控制模块；
上述温度测量芯片的测温范围包含了上述BBU电池的电芯在充放电过程中的温度范围；
上述温度测量芯片包括：Vdd端口、Vss端口、SDA端口、SCL端口；
上述Vdd端口与总线串联，并与电容串联后接地；
上述Vss端口接地；
上述SDA端口与总线串联，传输SDA信号；
上述SCL端口与总线串联，传输SCL信号。
进一步地，上述电流检测模块包括：采样电阻、差分电路、第二运算放大器、第二反馈电阻；
上述差分电路采用单路输入双路输出形式；
上述采样电阻并联于上述差分电路的输入端；
与上述差分电路输入端对应的输出端串联电阻后与上述第二运算放大器的负输入端电性连接；
上述差分电路另一输出端串联电阻后与上述第二运算放大器的正输入端电性连接；
上述第二运算放大器的输出端串联上述第二反馈电阻后与上述第二运算放大器的负输入端电性连接；
上述第二运算放大器的负输入端串联电容后接地。
进一步地，上述过温保护模块包括：热敏电阻、比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、上拉电阻；
用于上述BBU电池的电芯温度超过最高温度时，向上述控制模块输出低电平信号；
上述第一电阻一端串联上述热敏电阻后接地；
上述第一电阻与上述热敏电阻的串联点与上述比较器的负输入端电性连接；
上述第二电阻一端与所述第三电阻串联，所述第二电阻的另一端接地；
上述第二电阻与上述第三电阻的串联点与上述比较器的正输入端电性连接；
上述比较器的输出端串联电容后接地，上述较器的输出端与上述上拉电阻的一端电性连接；
上述第一电阻的另一端与上述第三电阻的另一端和上述上拉电阻的另一端电性连接后连接于直流电压。
第二方面，提供一种BBU智能充电管理方法，应用于BBU智能充电管理***，包括：
进行温度检测和电流检测；
判断温度是否在安全范围内；
若温度在安全范围内，则进一步判断充电电流是否为当前温度下的理想充电电流；
若充电电流为当前温度下的理想充电电流，则保持当前充电状态。
进一步地，若上述判断充电电流是否为当前温度下的理想充电电流的结果为否，则调整充电电流至上述理想充电电流。
进一步地，若上述判断温度是否在安全范围内的结果为否，则过温保护功能启动；
上述过温保护功能启动后，立刻切断电流调整模块，启动冷却***，初始化BBU智能充电管理***。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1. 在PSU通过电流调整模块对BBU电池进行恒流充电的过程中，对BBU电池的电芯温度和充电电流进行实时检测采样，以电芯规格书中对应电芯温度下的建议充电电流作为依据，及时调整充电电流的大小，提高BBU的充电效率；
2. 在BBU在充电过程中，过温保护电路检测到当前BBU电池的电芯温度高于充电最高温度时，切断充电电路，进行散热冷却，以保护BBU电池，避免高温安全隐患，和长时间处于高温状态下电池寿命缩短、性能降低的潜在问题；
3. 当温度检测模块检测到当前电池温度正常后继续对BBU进行充电，以保证充电电路的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种BBU智能充电管理***的模块结构示意图
图2是本发明实施例提供的一种BUCK结构DC-DC转换器的拓扑结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种作为电流源输出的BUCK结构DC-DC转换器的拓扑结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种电流调整模块电路示意图；
图5是本发明实施例提供的一种PWM调制模型示意图；
图6是本发明实施例提供的一种温度检测模块的电路示意图；
图7是本发明实施例提供的一种电流检测模块的电路示意图；
图8是本发明实施例提供的一种过温保护模块的电路示意图；
图9是本发明提供的一种BBU智能充电管理方法的充电管理业务逻辑图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。说明书附图中的编号，仅表示对各个功能部件或模块的区分，不表示部件或模块之间的逻辑关系。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面，将参照附图详细描述根据本公开的各个实施例。需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。
由于现有技术中使用PSU对BBU电池进行充电的过程中，缺少对BBU电池的电芯温度进行检测、管理，会导致恒流充电阶段充电效率低，及电池高温安全隐患、电池寿命缩短、性能降低的潜在问题。本发明实施例公开一种BBU智能充电管理***，具体地技术方案如下：
提供一种BBU智能充电管理***，在使用PSU为BBU电池进行充电时，能够调整充电电流大小。包括：电流调整模块、控制模块、温度检测模块、电流检测模块和过温保护模块，如图1所示。
其中，上述电流调整模块分别与上述控制模块、上述BBU和上述PSU电性连接；上述温度检测模块与上述控制模块电性连接；上述电流检测模块分别与上述BBU和上述控制模块连接；上述过温保护模块与上述控制模块电性连接；
上述电流调整模块，用于接收上述控制模块的调制信号，输出充电电流，为上述BBU电池充电；
上述温度检测模块，用于检测上述BBU电池的电芯温度，并反馈至上述控制模块；
上述电流检测模块，用于检测充电电流的大小，并反馈至上述控制模块；
上述过温保护模块，用于在上述BBU电池的电芯温度超过充电过程允许的最高温度时，向上述控制模块发送用于切断电流调整模块的信号；
控制模块，预存有上述BBU电池的电芯在各温度下对应的理想充电电流数值，用于根据上述温度检测模块和上述电流检测模块的反馈，调制上述电流调整模块，输出理想充电电流。
在一个实施例中，上述电流调整模块包括：DC-DC转换器、运算放大电路、转换电阻、负载电阻。
上述DC-DC转换器为直流-直流电压转换器，是将某一电压等级的直流电源变换其他电压等级直流电源的装置。常用的DC-DC转换器有BUCK（降压）、BOOST（升压）、BUCK-BOOST（升、降压）、CUK斩波电路等。根据直流电源电压和输出电压的不同可以进行DC-DC转换器拓扑结构的灵活选择，例如：当直流电源电压低于负载额定电压时，可选择BOOST结构；直流电源电压高于负载额定电压时，可以选择BUCK结构。
在一个实施例中，选用BUCK结构的DC-DC转换器，其电路拓扑结构如图2所示。
在BUCK结构的基础上，电路输出端一端依次与转换电阻R1和负载电阻RL串联后接地；另一输出端直接接地。其中，上述转换电阻RL为高阻值电阻。优选地，选择10kΩ的定值电阻作为转换电阻RL。其作用是将作为电压源的BUCK电路输出端转换为电流源，如图3所示。
完整的电流调整模块电路示意图如图4所示，其中还包括并联于负载电阻RL两端的运算放大电路。该运算放大电路包括：第一运算放大器OP1、第一反馈电阻RF1和接地电阻R2。
其中，第一运算放大器OP1的输入端并联于负载电阻RL两端，同时第一运算放大器OP1的正输入端接地。第一运算放大器OP1的输出端在为BBU电池充电时作为充电电路的阴极，充电电路的阳极串联第一反馈电阻RF1后，与第一运算放大器OP1的负输入端电性连接，同时充电电路的阳极通过接地电阻R2接地。Icharge表示充电电流的方向。即，当BBU电池接入该电流调整电路，就以该充电电流方向为BBU电池进行充电。
充电电流Icharge的大小可以由公式计算得到：
Figure 113186DEST_PATH_IMAGE001
图2-4中的MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管）作为DC-DC转换器的开关器件。优选地，选择功率MOSFET作为DC-DC的开关器件。
MOSFET的栅极与控制模块电性连接，控制模块向MOSFET的栅极发送调制信号，用于控制该MOSFET的导通和关断。
上述调制信号，为矩形脉冲信号。对于开关电路中MOSFET的调制方法可以分为：PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）和PFM（Pulse Frequency Modulation，脉冲频率调制）。通常PFM适于在轻负载的情况下使用。
在一个实施例中，采用PWM方式对DC-DC进行调制，图5示出了PWM调制波形，其中，VH表示脉冲的高电平，T为一个矩形脉冲的周期，D为占空比，表示在一个矩形脉冲周期内，高电位时间相对于脉冲周期所占的比例。则在PWM调制下的BUCK结构DC-DC的输出电压与输入电压的关系可以由公式表示：
Figure 499168DEST_PATH_IMAGE002
经转换成电流源，输出电流可以由公式表示：
Figure 115789DEST_PATH_IMAGE003
经第一运算放大器，将DC-DC充电电流最终由下式表示：
Figure 245419DEST_PATH_IMAGE004
在上述控制模块的内部存储单元中预存BBU电池的电芯在各温度下对应的理想充电电流的数值。根据温度检测模块和电流检测模块采集到的数值对比理想电流的大小，控制模块向电流调整模块的MOSFET发送调制信号，直至充电电流达到对应BBU电池的电芯温度下的理想充电电流。
在一个实施例中，控制模块选用型号为MCS-51的MCU作为微控制单元，MCU的输入端包括两个AD输入引脚，用于接收检测到的温度、电流信号；输出端包括一个脉冲调制信号输出引脚，用于控制电流调整模块中的MOSFET器件的导通和关断，进而调整充电电流。
在一个实施例中，温度检测模块用于确定BBU电池的电芯当前温度，包括：温度传感器和用来传输各端口信号的总线。
在一个实施例中，采用MLX90615作为温度传感器。MLX90615包括四个引脚，每个引脚对应一个端口，分别是：Vdd端口，Vss端口，SDA端口和SCL端口。
如图6所示，Vdd端口分别与总线和电容的一端串联，该电容的另一端接地。
优选地，该电容的容值选用0.1µF。
Vss端口接地，SDA端口与总线对应的SDA端口电性连接，SCL端口与总线对应的SCL端口电性连接。该芯片的测量范围可以达到-20~115℃（摄氏度），包含了电芯的充放电温度范围。
MLX90615的测量精度可以达到0.1℃，并且具备体积小，感应精准，反应迅速的特点，适用于电池电芯温度的测量。
在一个实施例中，电流检测模块包括：采样电阻R5、差分电路、第二运算放大器OP2、第二反馈电阻RF2。
图7所示，为电流检测模块的电路图。其中采样电阻位于电路输入端，用于采集充电电流信号。
优选地，采用高精度锰铜丝电阻作为采样电阻可以满足对电流采样的精度要求。锰铜丝电阻经过特殊处理，具有较高的过载能力，其精度可达1%，适用于充电电路中电流信号采样。
优选地，采用电阻值为10kΩ锰铜丝电阻作为采样电阻。
电流检测模块中的差分电路采用单端输入，双端输出的方式，实现电压信号放大的同时， 有效地抑制了电路中的共模干扰信号。差分电路与运算放大电路组合后构成了多级放大电路，同时多级放大电路通过电压负反馈稳定了输出电压。电流检测模块将电流信号，采集转化为电压信号，经采样得到的电压信号通过放大器放大后输入MCU，进行进一步处理。
MCU根据预存的电芯温度对应的理想充电电流与检测到的实际充电电流进行比较。若实际充电电流与理想充电电流大小一样则保持当前充电状态；若实际充电电流大小与理想充电电流大小不一致，则将实际充电电流大小调整至理想充电电流。
在一个实施例中，在充电电路的前端含有过温保护模块，该过温保护模块包括：热敏电阻R11、比较器、第一电阻R12、第二电阻R13、第三电阻R14、上拉电阻R15和电容C3。如图8所示。
该过温保护模块用于在BBU电池的电芯温度超过充电过程中设置的最高温度时，向控制模块输出低电平信号。进一步地，再由控制模块发出控制信号，切断电流调整模块的电路，并进行散热保护，当温度正常后继续进行充电。
优选地，热敏电阻采用NTC（Negative Temperature Coefficient，NTC，负温度系数）热敏电阻。该热敏电阻的特性是，电阻值的大小随温度的升高而降低。在如图8所示的过温保护模块电路图中，比较器的正输入端连接在第二电阻R13与第三电阻R14之间，第二电阻R13的另一端连接地，第三电阻R14的另一端接直流电源。比较器正输入端设置的电压Vref为基准电压，设置为：当BBU电池的电芯温度达到最高温度时，NTC热敏电阻R11对于其所在支路的分压。由此结构可知，比较器正输入端的基准电压可由公式计算得到：
Figure 528633DEST_PATH_IMAGE005
比较器的负输入端连接在NTC热敏电阻R11与第一电阻R12之间，NTC热敏电阻R11的另一端接地，第一电阻R12的另一端连接直流电压。同理可知，比较器负输入端的电压为热敏电阻与第一电阻对直流电压的分压。在电池温度未超过最高温度的情况下，比较器输出高电平。随着充电过程的持续，电池温度升高，NTC热敏电阻R11的阻值降低，在NTC热敏电阻R11两端的分压随着NTC热敏电阻R11的阻值降低而降低，比较器负输入端的电压值随之降低。当比较器负输入端的电压值低于正输入端的基准电压时，比较器输出端Uo输出低电平。比较器的输出端通过串联电容接地，同时输出端与上拉电阻的一端电性连接，上拉电阻的另一端与直流电压电性连接，选择合适阻值的上拉电阻，能够确保在比较器负输入端电压低于正输入端的基准电压时，输出端电压翻转。
在一个实施例中，采用如图9所示的算法逻辑：
当连接PSU的智能充电管理***输出端接入待充电的BBU电池时，***进行初始化，控制模块中的MCU，以预设占空比的矩形脉冲信号控制电流调整模块中的MOSFET器件，使DC-DC转换器开始工作，输出充电电流。同时，温度检测模块和电流检测模块同时开始工作，检测BBU电池的电芯温度和充电电流的大小。通过MCU的AD接口将采集到的信号转换为实时的电流、温度数据。数据处理程序将采样所得数据与预设好的电池规格书中数据作对比，具体包括温度数据处理与电流数据对照处理。温度数据处理程序用来判断当前电池温度是否高于规定的电池最高温度。高于规定的电池最高温度时，切断充电过程，进行散热冷却，一段时间后重新开始充电；低于规定的电池最高温度时，继续充电过程；同时跟据预存于控制模块内部存储器中的电芯在不同温度下的建议充电电流数据。判断电流值是否达到建议电流。若当前充电电流值等于建议电流时，则保持该充电状态，并继续对温度和电流检测采样；若当前充电电流高于或低于建议充电电流，控制模块中的MCU对DC-DC中的MOSFET进行调制，直至充电电流值达到建议充电电流。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
本实施例提供一种BBU智能充电管理***，在使用PSU为BBU电池进行充电时，能够调整充电电流大小。包括：电流调整模块、控制模块、温度检测模块、电流检测模块和过温保护模块。
其中，电流调整模块分别与控制模块、BBU和PSU电性连接；温度检测模块与控制模块电性连接；电流检测模块分别与BBU和控制模块连接；过温保护模块与控制模块电性连接；
电流调整模块，用于接收控制模块的调制信号，输出充电电流，为BBU电池充电；
温度检测模块，用于检测BBU电池的电芯温度，并反馈至控制模块；
电流检测模块，用于检测充电电流的大小，并反馈至控制模块；
过温保护模块，用于在BBU电池的电芯温度超过充电过程允许的最高温度时，向控制模块发送用于切断电流调整模块的信号；
控制模块，预存有BBU电池的电芯在各温度下对应的理想充电电流数值，用于根据温度检测模块和电流检测模块的反馈，调制上述电流调整模块，输出理想充电电流。
电流调整模块包括：DC-DC转换器、运算放大电路、转换电阻、负载电阻。
DC-DC转换器采用BUCK（降压）型DC-DC变换器。完整的电流调整模块电路示意图如图4所示，在BUCK结构的基础上，电路输出端一端依次与转换电阻R1和负载电阻RL串联后接地；另一输出端直接接地。其中，上述转换电阻RL的电阻值为10kΩ。其作用是将作为电压源的BUCK电路输出端转换为电流源。
负载电阻RL两端并联第一运算放大器OP1，第一运算放大器OP1的正输入端接地。第一运算放大器OP1的输出端在为BBU电池充电时作为充电电路的阴极，充电电路的阳极串联第一反馈电阻RF1后，与第一运算放大器OP1的负输入端电性连接，同时充电电路的阳极通过接地电阻R2接地。Icharge表示充电电流的方向。即，当BBU电池接入该电流调整电路，就以该充电电流方向为BBU电池进行充电。
充电电流Icharge的大小可以由公式计算表示：
Figure 210150DEST_PATH_IMAGE006
MOSFET是DC-DC转换器的开关器件，其栅极与控制模块电性连接，控制模块向MOSFET的栅极发送调制信号，用于控制该MOSFET的导通和关断。
上述调制信号，为矩形脉冲信号。采用PWM调制方式。如图5所示，其中，VH表示脉冲的高电平，T为一个矩形脉冲的周期，D为占空比。由此，可推算出充电电流的大小为：
Figure 946024DEST_PATH_IMAGE007
在控制模块的内部存储单元中预存有BBU电池的电芯在各温度下对应的理想充电电流的数值。根据温度检测模块和电流检测模块采集到的数值对比理想电流的大小，控制模块向电流调整模块的MOSFET发送调制信号，直至充电电流达到对应BBU电池的电芯温度下的理想充电电流。
控制模块选用型号为MCS-51的MCU作为微控制单元，MCU的输入端包括两个AD输入引脚，用于接收检测到的温度、电流信号；输出端包括一个脉冲调制信号输出引脚，用于控制电流调整模块中的MOSFET器件的导通和关断。
温度检测模块用于确定BBU电池的电芯当前温度，采用MLX90615作为温度传感器，包括四个引脚，每个引脚对应一个端口，分别是：Vdd端口，Vss端口，SDA端口和SCL端口。
如图6所示，Vdd端口分别与总线和电容的一端串联，该电容的另一端接地，该电容的容值选用0.1µF。
Vss端口接地，SDA端口与总线对应的SDA端口电性连接，SCL端口与总线对应的SCL端口电性连接。该芯片的测量范围可以达到-20~115℃（摄氏度），包含了电芯的充放电温度范围。
MLX90615的测量精度可以达到0.1℃，并且具备体积小，感应精准，反应迅速的特点，适用于电池电芯温度的测量。
电流检测模块包括：采样电阻R5、差分电路、第二运算放大器OP2、第二反馈电阻RF2。
图7所示，为电流检测模块的电路图。其中采样电阻位于电路输入端，用于采集充电电流信号。
采用电阻值为10kΩ高精度锰铜丝电阻作为采样电阻。
电流检测模块中的差分电路采用单端输入，双端输出的方式，实现电压信号放大的同时， 有效地抑制了电路中的共模干扰信号。差分电路与运算放大电路组合后构成了多级放大电路，同时多级放大电路通过电压负反馈稳定了输出电压。电流检测模块将电流信号，采集转化为电压信号，经采样得到的电压信号通过放大器放大后输入MCU，进行进一步处理。
MCU根据预存的电芯温度对应的理想充电电流与检测到的实际充电电流进行比较。若实际充电电流与理想充电电流大小一样则保持当前充电状态；若实际充电电流大小与理想充电电流大小不一致，则将实际充电电流大小调整至理想充电电流。
在充电电路的前端含有过温保护模块，该过温保护模块包括：热敏电阻R11、比较器、第一电阻R12、第二电阻R13、第三电阻R14、上拉电阻R15和电容C3。如图8所示。
该过温保护模块用于在BBU电池的电芯温度超过充电过程中设置的最高温度时，向控制模块输出低电平信号。进一步地，再由控制模块发出控制信号，切断电流调整模块的电路，并进行散热保护，当温度正常后继续进行充电。
热敏电阻采用NTC（Negative Temperature Coefficient，NTC，负温度系数）热敏电阻。在如图8所示的过温保护模块电路图中，比较器的正输入端连接在第二电阻R13与第三电阻R14之间，第二电阻R13的另一端连接地，第三电阻R14的另一端接直流电源。比较器正输入端设置的电压Vref为基准电压，设置为：当BBU电池的电芯温度达到最高温度时，NTC热敏电阻R11对于其所在支路的分压。由此结构可知，比较器正输入端的基准电压可由公式计算得到：
Figure 489132DEST_PATH_IMAGE008
比较器的负输入端连接在NTC热敏电阻R11与第一电阻R12之间，NTC热敏电阻R11的另一端接地，第一电阻R12的另一端连接直流电压。同理可知，比较器负输入端的电压为热敏电阻与第一电阻对直流电压的分压。在电池温度未超过最高温度的情况下，比较器输出高电平。随着充电过程的持续，电池温度升高，NTC热敏电阻R11的阻值降低，在NTC热敏电阻R11两端的分压随着NTC热敏电阻R11的阻值降低而降低，比较器负输入端的电压值随之降低。当比较器负输入端的电压值低于正输入端的基准电压时，比较器输出端Uo输出低电平。比较器的输出端通过串联电容接地，同时输出端与上拉电阻的一端电性连接，上拉电阻的另一端与直流电压电性连接，选择合适阻值的上拉电阻，能够确保在比较器负输入端电压低于正输入端的基准电压时，输出端电压翻转。
采用如图9所示的算法逻辑：
当连接PSU的智能充电管理***输出端接入待充电的BBU电池时，***进行初始化，控制模块中的MCU，以预设占空比的矩形脉冲信号控制电流调整模块中的MOSFET器件，使DC-DC转换器开始工作，输出充电电流。同时，温度检测模块和电流检测模块同时开始工作，检测BBU电池的电芯温度和充电电流的大小。通过MCU的AD接口将采集到的信号转换为实时的电流、温度数据。数据处理程序将采样所得数据与预设好的电池规格书中数据作对比，具体包括温度数据处理与电流数据对照处理。温度数据处理程序用来判断当前电池温度是否高于规定的电池最高温度。高于规定的电池最高温度时，切断充电过程，进行散热冷却，一段时间后重新开始充电；低于规定的电池最高温度时，继续充电过程；同时跟据预存于控制模块内部存储器中的电芯在不同温度下的建议充电电流数据。判断电流值是否达到建议电流。若当前充电电流值等于建议电流时，则保持该充电状态，并继续对温度和电流检测采样；若当前充电电流高于或低于建议充电电流，控制模块中的MCU对DC-DC中的MOSFET进行调制，直至充电电流值达到建议充电电流。
特别地，根据本申请的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括装载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置从网络上被下载和安装，或者从存储器被安装，或者从ROM 被安装。在该计算机程序被外部处理器执行时，执行本申请的实施例的方法中限定的上述功能。
需要说明的是，本申请的实施例的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(Radio Frequency, 射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述服务器中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该服务器中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该服务器执行时，使得该服务器：响应于检测到终端的外设模式未激活时，获取终端上应用的帧率；在帧率满足息屏条件时，判断用户是否正在获取终端的屏幕信息；响应于判断结果为用户未获取终端的屏幕信息，控制屏幕进入立即暗淡模式。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的实施例的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java,Smalltalk, C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的***及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种备份电池单元智能充电管理***，在对备份电池单元的电池充电时，调整充电电流大小，其特征在于，包括：电流调整模块、控制模块、温度检测模块、电流检测模块和过温保护模块；
所述电流调整模块分别与所述控制模块、所述备份电池单元的电池和外部电源供应单元电性连接；所述温度检测模块与所述控制模块电性连接；所述电流检测模块分别与所述备份电池单元的电池和所述控制模块电性连接；所述过温保护模块与所述控制模块电性连接；
所述电流调整模块，用于接收所述控制模块的调制信号，输出充电电流，为所述备份电池单元的电池充电；
所述温度检测模块，用于检测所述备份电池单元的电池的电芯温度，并反馈至所述控制模块；
所述电流检测模块，用于检测充电电流的大小，并反馈至所述控制模块；
所述过温保护模块，用于在所述备份电池单元的电池的电芯温度超过充电过程的最高温度时，向所述控制模块发送用于切断电流调整模块的信号；
控制模块，预存有所述备份电池单元的电池的电芯在各温度下对应的理想充电电流数值，用于根据所述温度检测模块和所述电流检测模块的反馈，调制所述电流调整模块，输出理想充电电流。
2.根据权利要求1所述的一种备份电池单元智能充电管理***，其特征在于，所述电流调整模块包括：DC-DC转换器、运算放大电路、转换电阻、负载电阻；
所述DC-DC转换器的输出端一端依次与所述转换电阻和所述负载电阻串联后接地；
所述DC-DC转换器的输出端另一端接地；
所述运算放大电路的负输入端和正输入端与所述负载电阻并联，所述运算放大电路的正输入端接地。
3.根据权利要求2所述的一种备份电池单元智能充电管理***，其特征在于，所述运算放大电路包括：第一运算放大器、第一反馈电阻和接地电阻；
所述第一运算放大器的负输入端作为所述运算放大电路的负输入端；
所述第一运算放大器的正输入端作为所述运算放大电路的正输入端；
所述第一运算放大器的输出端作为电流调整模块输出端的阴极；
所述电流调整模块输出端的阳极通过所述第一反馈电阻与所述第一运算放大器的负输入端串联；
所述电流调整模块输出端的阳极还通过串联所述接地电阻接地；
所述电流调整模块输出端的阳极和所述电流调整模块输出端的阴极之间接入待充电的所述备份电池单元的电池进行充电。
4.根据权利要求2所述的一种备份电池单元智能充电管理***，其特征在于，所述DC-DC转换器至少包括：作为开关器件的MOSFET；
所述MOSFET的栅极与所述控制模块电性连接，用于接收所述控制模块发送的所述调制信号，控制所述MOSFET的导通和关断；
所述MOSFET的漏极与所述外部电源供应单元阳极电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种备份电池单元智能充电管理***，其特征在于，所述温度检测模块包括：温度测量芯片；
用于确定所述备份电池单元的电池的电芯当前温度，并反馈至控制模块；
所述温度测量芯片的测温范围包含了所述备份电池单元的电池的电芯在充放电过程中的温度范围；
所述温度测量芯片包括：Vdd端口、Vss端口、SDA端口、SCL端口；
所述Vdd端口与总线串联，并与电容串联后接地；
所述Vss端口接地；
所述SDA端口与总线串联，传输SDA信号；
所述SCL端口与总线串联，传输SCL信号。
6.根据权利要求1所述的一种备份电池单元智能充电管理***，其特征在于，所述电流检测模块包括：采样电阻、差分电路、第二运算放大器、第二反馈电阻；
所述差分电路采用单路输入双路输出形式；
所述采样电阻并联于所述差分电路的输入端；
与所述差分电路输入端对应的输出端串联电阻后与所述第二运算放大器的负输入端电性连接；
所述差分电路另一输出端串联电阻后与所述第二运算放大器的正输入端电性连接；
所述第二运算放大器的输出端串联所述第二反馈电阻后与所述第二运算放大器的负输入端电性连接；
所述第二运算放大器的负输入端串联电容后接地。
7.根据权利要求1所述的一种备份电池单元智能充电管理***，其特征在于，所述过温保护模块包括：热敏电阻、比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、上拉电阻；
用于所述备份电池单元的电池的电芯温度超过最高温度时，向所述控制模块输出低电平信号；
所述第一电阻一端串联所述热敏电阻后接地；
所述第一电阻与所述热敏电阻的串联点与所述比较器的负输入端电性连接；
所述第二电阻一端与所述第三电阻串联，所述第二电阻的另一端接地；
所述第二电阻与所述第三电阻的串联点与所述比较器的正输入端电性连接；
所述比较器的输出端串联电容后接地，所述比较器的输出端与所述上拉电阻的一端电性连接；
所述第一电阻的另一端与所述第三电阻的另一端和所述上拉电阻的另一端电性连接后连接于直流电压。
8.一种备份电池单元智能充电管理方法，应用于备份电池单元智能充电管理***，其特征在于，包括：
进行温度检测和电流检测；
判断温度是否在安全范围内；
若温度在安全范围内，则进一步判断充电电流是否为当前温度下的理想充电电流；
若充电电流为当前温度下的理想充电电流，则保持当前充电状态。
9.根据权利要求8所述的一种备份电池单元智能充电管理方法，其特征在于，若所述判断充电电流是否为当前温度下的理想充电电流的结果为否，则调整充电电流至所述理想充电电流。
10.根据权利要求8所述的一种备份电池单元智能充电管理方法，其特征在于，若所述判断温度是否在安全范围内的结果为否，则过温保护功能启动；
所述过温保护功能启动后，立刻切断电流调整模块，启动冷却***，初始化备份电池单元智能充电管理***。
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