CN203896015U - 一种便携式仪器用本质安全型电池模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便携式仪器用本质安全型电池模块，包括绝缘外壳，绝缘外壳内设有电池，电池上方设有与其电连接的PCB板，PCB板上布设有对应的电路元件，绝缘外壳内的上部于对应的电路元件的上方为采用绝缘材料浇封的浇封层；PCB板及对应的电路元件构成该电池模块的控制电路，绝缘外壳上设有用于引出对应导线的出线孔。本实用新型的便携式仪器用本质安全型电池模块采用一体化结构，其控制电路直接与电池正、负极相连，消除了导线、二极管等电阻的影响，保证了精确的充电过程控制。电池模块通过导线与充电电源、仪器主板相连接，适用于本质安全型的便携式仪器、仪表的电池供电。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种便携式仪器用本质安全型电池模块。
背景技术
在使用可充电电池供电的本安型便携式仪器领域，公知的结构是便携式仪器和充电器是两个相对独立的电器，便携式仪器内部安装有可充电电池，电池依靠设置在仪器壳体上的充电电极与充电器连接，进行充电。在充电电路中，由于便携式仪器充电电极与充电器电极的接触电阻、导线电阻和阻塞二极管等效电阻的影响，充电器不能准确检测电池充电状态，容易造成电池欠充或过充。欠充使电池容量达不到标称值，减少使用时间；锂离子电池长期过充则会严重影响电池性能，甚至发生***。
另外，便携式仪器为本安防爆型，可以在有***危险的场所使用；而充电器为非防爆电器，只能在安全场所为便携式仪器充电，这就为便携式仪器的充电带来了不便。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种便携式仪器用本质安全型电池模块，以解决现在的便携式仪器的充电器不能准确检测便携式仪器电池充电状态的问题。
为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种便携式仪器用本质安全型电池模块，包括绝缘外壳，绝缘外壳内设有电池，所述电池上方设有与其电连接的PCB板，PCB板上布设有对应的电路元件，绝缘外壳内的 上部于对应的电路元件的上方为采用绝缘材料浇封的浇封层；所述PCB板及对应的电路元件构成该电池模块的控制电路，所述控制电路包括充电控制器，充电控制器的电池连接端与电池正极连接，其充电输入端用于与充电电源正极连接；所述绝缘外壳上设有用于引出对应导线的出线孔，所述对应导线至少包括用于与充电电源正极连接的导线、用于与电池正极连接的导线和用于与电池负极连接的导线。
所述对应导线与一电路插头连接，所述电路插头上至少设有与电池正极连接的放电正极端、与电池负极连接的负极端和用于与充电电源正极连接的充电正极端。
所述电池正极连接有一个放电安全电阻。
所述充电控制器的充电输入端用于通过阻塞二极管与充电电源连接。
所述对应导线还包括用于与充电控制器的充电状态指示端连接的导线，所述电路插头上还设有与该导线对应连接的用于指示充电状态的信号指示端。
所述电池内设有NTC电阻，该NTC电阻的信号输出端与充电控制器的电池温度检测输入端连接，该充电控制器的电池温度检测输入端连接有一个电阻分压检测电路。
所述充电控制器的充电输入端连接有一个旁路电容C1；充电控制器的电池连接端与地之间连接有一个输出电容C2。
本实用新型的便携式仪器用本质安全型电池模块将自动充电控制电路设计在一块PCB印刷电路板上，和可充电电池正确连接后一起安装在一个绝缘材料制成的壳体里，将充电电源的正、负极、电池正极用导线引出，壳体采 用绝缘材料浇封，构成电源模块。该电池模块采用一体化结构，其控制电路直接与电池正、负极相连，消除了导线、二极管等电阻的影响，能够按照电池充电特性，自动精确控制充电过程。另一方面，由于电池模块内置自动充电控制电路，充电时，只需外部提供一个普通的6～7V、5W左右的直流电源即可，不须专用的充电器。电池模块通过导线与充电电源、仪器主板相连接，适用于本质安全型的便携式仪器、仪表的电池供电。
在电池模块的控制电路上连接放电安全电阻和阻塞二极管，合理选择安全电阻的阻值和功率，即可限制电池放电电流，使输出能量在规定的实验条件下产生的电火花或热效应均不得点燃规定的***性气体混合物，实现电池模块的本质安全型防爆性能。
附图说明
图1是本实用新型电池模块的结构原理图；
图2是本实用新型电池模块的电气原理图；
图3是本实用新型电池模块的充电过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
如图1所示为本实用新型便携式仪器用本质安全型电池模块的结构原理图，由图可知，该电池模块包括绝缘外壳1，绝缘外壳1内设有电池2，电池上方设有与其电连接的PCB板3，PCB板上布设有对应的电路元件5，绝缘外壳1内的上部于对应的电路元件的上方为采用绝缘材料浇封的浇封层6；PCB板3及对应的电路元件4构成该电池模块的控制电路；绝缘外壳上设有用于引出对应导线3的出线孔(图中未示出)，对应导线至少包括用于与充电电源 正极连接的导线、用于与电池正极连接的导线和用于与电池负极连接的导线。
如图2所示，该控制电路包括充电控制器U1，充电控制器的电池连接端BAT与电池E正极连接，其充电输入端Vin用于与充电电源正极连接。对应导线与一电路插头J1连接，电路插头上至少设有与电池正极连接的放电正极端(管脚3)、与电池负极连接的负极端(管脚2)和用于与充电电源正极连接的充电正极端(管脚1)。
绝缘外壳采用抗静电绝缘材料制成，PCB板和电池正确连接、调试好后一起装入外壳中，引出导线从出线孔引出。PCB电路板与电池的连线要尽可能短，减小导线等效电阻。安装完成后，用环氧树脂或其他绝缘材料进行浇封，自由面浇封厚度大于1毫米。
为了保证电池模块的本质安全性能，如图2所示，在电池E的正极连接有一个放电安全电阻R6；充电控制器的充电输入端Vin用于通过阻塞二极管D1和D2与充电电源的正极连接。
另外，本实用新型的对应导线还包括用于与充电控制器的充电状态指示端连接的导线，电路插头J1上还设有与该导线对应连接的用于指示充电状态的信号指示端(管脚4)。
充电控制器U1是适用一节锂离子或锂聚合物电池的线性充电控制器，内置的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。充电电流用外部电阻R2编程设定，最大持续充电电流可达500mA。芯片内部的功率管理电路在芯片的结温超过115℃时自动降低充电电流，具有过热保护功能。
为了防止温度过高或者过低对电池造成的损害，该充电控制器内部集成有电池温度监测电路。电池内设有NTC电阻R5，该NTC电阻的信号输出端与 充电控制器的电池温度检测输入端连接，该充电控制器的电池温度检测输入端TEMP连接有一个由电阻R1和R2构成的电阻分压检测电路，R1和R2的值要根据电池的温度监测范围和热敏电阻的电阻值来确定。电池组温度信号通过R5和R3、R4的电阻检测网络接入U1的1脚TEMP，电池温度监测是通过测量TEMP管脚的电压实现的，TEMP管脚的电压是由电池内的NTC热敏电阻和电阻分压网络实现的，当充电过程中温度过高或过低时，暂停充电，保护电池，温度正常后自动恢复充电。
充电控制器的充电输入端Vin连接有一个旁路电容C1；为了保证充电器正常工作，充电控制器的电池连接端BAT与地之间连接有一个输出电容C2。充电控制器的ISET管脚为恒流充电电流设置和充电电流监测端，从ISET管脚连接一个外部电阻R2到地端可以对充电电流进行编程。
本实用新型的工作原理如下：充电时，直流电源经充电电极接入电路插头J1的J1-1(Vin)、J1-2(GND)端，其中J1-1为电源正极，J1-2为负极。直流电源正极经过阻塞二极管D1、D2加至充电控制器U1的4脚Vin，为充电控制电路和充电主回路提供电源。D1、D2的作用是防止意外情况下，裸露在便携式仪器外壳上的充电电极触点短路产生电火花。
放电时，电池正极通过放电安全电阻R6接至J1-3；负极接入J1-2，为仪器供电,其中负极充、放电共用。合理选择R6的阻值和功率，即可限制电池放电电流，使输出能量在规定的实验条件下产生的电火花或热效应均不得点燃规定的***性气体混合物，实现电池模块的本质安全型防爆性能。
当输入电压大于电源低电压检测阈值时，U1开始对电池充电，CHRG管脚7输出低电平，表示充电正在进行，由J1-4输出，可通过外接限流电阻和 LED(图中未示出)指示充电状态，充电时LED点亮。BAT管脚自动检测电池电压，如果电池电压低于3V，充电器用小电流对电池进行涓流充电。当电池电压超过3V时，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由ISET管脚2和GND之间的电阻R2确定。当电池电压接近充电终止电压时，充电电流开始逐渐减小，进入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束。U1的CHRG管脚7输出高阻态，外接LED熄灭表示充电周期结束。当电池电压降到充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。芯片内部高精度的电压基准源，误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的精度在1％以内，满足了锂离子电池和锂聚合物电池对充电终止电压的精度要求，如图3所示为该电池模块的充电过程示意图。
本实用新型适用于锂离子或锂聚合物电池、镍氢电池、镍镉电池等电池组。在以下说明中以锂离子或锂聚合物电池为例，电池组标称电压为3.6V。若使用镍氢电池和镍镉电池时，只需更换U1型号调整部分元件参数即可。
以上实施例仅用于帮助理解本实用新型的核心思想，不能以此限制本实用新型，对于本领域的技术人员，凡是依据本实用新型的思想，对本实用新型进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种便携式仪器用本质安全型电池模块，其特征在于：包括绝缘外壳，绝缘外壳内设有电池，所述电池上方设有与其电连接的PCB板，PCB板上布设有对应的电路元件，绝缘外壳内的上部于对应的电路元件的上方为采用绝缘材料浇封的浇封层；所述PCB板及对应的电路元件构成该电池模块的控制电路，所述控制电路包括充电控制器，充电控制器的电池连接端与电池正极连接，其充电输入端用于与充电电源正极连接；所述绝缘外壳上设有用于引出对应导线的出线孔，所述对应导线至少包括用于与充电电源正极连接的导线、用于与电池正极连接的导线和用于与电池负极连接的导线。
2.根据权利要求1所述的便携式仪器用本质安全型电池模块，其特征在于：所述对应导线与一电路插头连接，所述电路插头上至少设有与电池正极连接的放电正极端、与电池负极连接的负极端和用于与充电电源正极连接的充电正极端。
3.根据权利要求1所述的便携式仪器用本质安全型电池模块，其特征在于：所述电池正极连接有一个放电安全电阻。
4.根据权利要求1所述的便携式仪器用本质安全型电池模块，其特征在于：所述充电控制器的充电输入端用于通过阻塞二极管与充电电源连接。
5.根据权利要求2所述的便携式仪器用本质安全型电池模块，其特征在于：所述对应导线还包括用于与充电控制器的充电状态指示端连接的导线，所述电路插头上还设有与该导线对应连接的用于指示充电状态的信号指示端。
6.根据权利要求1所述的便携式仪器用本质安全型电池模块，其特征在 于：所述电池内设有NTC电阻，该NTC电阻的信号输出端与充电控制器的电池温度检测输入端连接，该充电控制器的电池温度检测输入端连接有一个电阻分压检测电路。
7.根据权利要求1所述的便携式仪器用本质安全型电池模块，其特征在于：所述充电控制器的充电输入端连接有一个旁路电容C1；充电控制器的电池连接端与地之间连接有一个输出电容C2。
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