一种实时监测打印机电池温度的控制系统及其方法与流程

1.本发明涉及便携式打印机技术领域，具体涉及一种实时监测打印机电池温度的控制系统以及应用该系统的控制方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，电子设备的使用已经非常普及。电池是电子设备中的关键元器件，对于电子设备的正常工作起着至关重要的作用。
3.电池温度对于了解电池的性能或者保证电池的使用安全都起着非常重要的作用。锂电池做为打印机能源，是当前便携式打印机的主要选择。但锂电池较为娇贵，温度对锂电池影响较大，当温度超过45度时，会破坏电池内化学平衡，导致副反应，极端时甚至会发爆炸。便携式打印机，在打印或充电时电流较大，较容易导致电池温度升高，因此，增加温度监测以及保护电路是有必要的。
4.当前大多数便携打印机，都只是对充电时锂电池温度进行监测，更有甚至没有做温度监测，对于大电流放电导致的电池温度升高并没有进行监测。
5.为了延长电池寿命且对充电时间进行有效控制，需要在电池充电过程中，检测电池温度，并根据电池温度计算相应的充电电流进行充电。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种实时监测打印机电池温度的控制系统及其方法，该系统和方法可以解决现有技术中存在的各种不足，从而有效降低产品因电池问题带来的风险，提高产品的市场竞争力。
7.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种实时监测打印机电池温度的控制系统，包括：mcu模块、开关机电路、温度检测电路，所述温度检测电路的检测端与打印机电池连接，所述温度检测电路的输出端与所述mcu模块连接，所述mcu模块的控制端与所述开关机电路的第一端连接，所述mcu模块与所述开关机电路的第二端之间还连接有dc-dc模块，所述开关机电路的第三端与所述打印机电池的供电端连接，所述打印机电池的充电端连接有充电模块，所述充电模块设置有充电接口；所述温度检测电路用于监测所述打印机电池的温度并将温度数据发送至所述mcu模块，所述mcu模块接收所述温度检测电路检测到的温度信息后，确定与所述温度呈负相关的电压值，以所述电压值生成控制信号且将所述控制信号输出至所述开关机电路，从而控制所述开关机电路内开关元件的通断。
9.进一步的方案是，所述开关机电路包括第一mos管、第二mos管，所述第一mos管的源极与所述打印机电池的正极连接，所述第一mos管的栅极与所述第二mos管的源极连接，所述第一mos管的漏极与所述mcu模块连接，所述第二mos管的栅极与供电开关信号连接，所述第二mos管的漏极接地，其中，所述第二mos管的栅极上连接有第一电容、第一电阻以及第二电阻。
10.更进一步的方案是，所述系统还包括一存储模块，用于存放环境温度数据。
11.更进一步的方案是，所述温度检测电路包括负温度系数热敏电阻，所述负温度系数热敏电阻一端连接于所述打印机电池的第三端、adc采集端，所述负温度系数热敏电阻另一端接地。
12.更进一步的方案是，所述充电电路包括：电源管理芯片，用于将接收的输入电源转换后，输出供电电压；分压电路，其对所述供电电压进行分压生成调节电压，所述调节电压施加到所述电源管理芯片的反馈端；根据所述控制信号调节所述分压电路中分压电阻的阻值，控制所述电源管理芯片对所述供电电压进行调整。
13.一种实时监测打印机电池温度的控制方法，该方法应用于上述一种实时监测打印机电池温度的控制系统进行实时监测打印机电池温度，该方法包括以下步骤：将一个或多个电池分别与一个或多个温度检测电路连接，计算当前温度中温度检测单元的电阻值，基于计算出的电阻值检测分别与温度检测单元连接的电池的温度检测值；当打印机的工作状态为充电时，判断当前电池温度检测值是否在第一正常范围温度内，如不是，则由mcu模块控制充电电路的使能端，即可停止充电；当打印机的工作状态为放电时，判断当前电池温度检测值是否在第二正常范围温度内，如不是，则由mcu模块控制开关机电路内开关元件的断开，即可实现关机。
14.进一步的方案是，所述计算当前温度中温度检测单元的电阻值，包括：
15.根据公式(1)计算出当前温度中温度检测单元的电阻值：
16.rt＝(r1*ithermal)/(4096-ithermal)，
ꢀꢀ
(1)
17.其中，r1为温度检测电路中上拉电阻的阻值，ithermal为测量到的adc值，常数4096为12位adc的转换长度。
18.更进一步的方案是，所述基于计算出的电阻值检测分别与所述温度检测单元连接的电池的温度，包括：
19.根据公式(2)计算出当前电池的温度：
20.rt＝r*exp(b(1/t1-1/t2))
ꢀꢀ
(2)
21.由公式(2)得出公式(3)：
22.1/t1＝in(rt/r)/b+1/t2
ꢀꢀ
(3)
23.其中，t1和t2是k度，即开尔文温度，rt是温度检测单元的ntc电阻在t1温度下的阻值，r是ntc电阻在t2常温下的标称阻值，exp是e的n次方，b值是温度系数热敏电阻器的材料常数。
24.更进一步的方案是，在打印机电池充电过程中，实时获取当前电池温度检测值并计算电池温度变化率，当电池温度变化率大于阈值时，根据当前电池温度检测值和电池温度变化率、查询预设的温度对应矩阵获取当前的环境温度；然后，确定当前环境温度值所对应的补偿温度，根据所述补偿温度对当前电池温度检测值进行补偿，获得补偿后的检测温度值。
25.更进一步的方案是，所述计算电池温度变化率，包括：在获得当前的电池温度温度检测值时，同步记录当前的时间；根据前次和当前的电池温度、时间计算出电池温度变化率。
26.由此可见，相比现有技术，本发明提供了一种实时监测打印机电池温度的控制系
统及其方法，本发明可以对全程监测锂电池温度(包括大电流放电、充电及小电流放电)，实时监测电池温度变化状态，提高了电池温度检测的可靠性；本发明能够通过mcu模块来控制开关机电路的通断，有助于降低整个电池管理系统的功耗；本发明控制系统的设计可以减少在温度测量电路中使用的上拉电阻器和电容器的使用、减小系统的体积并降低成本。
27.进一步的，本发明的补偿控制可以使得补偿后的检测温度值能够更加准确地反映电池电芯的真实温度。
28.进一步的，本发明通过实时获取电池温度并计算电池温度变化率，从而在环境温度发生跳变、或剧烈变化时能即刻获得准确的环境温度，解决了现有技术采用热敏电阻检测温度、热敏电阻阻值变化较慢不能及时检测的问题。
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
30.图1是本发明一种实时监测打印机电池温度的控制系统实施例的原理图。
31.图2是本发明一种实时监测打印机电池温度的控制系统实施例中开关机电路和温度检测电路的电路原理图。
32.图3是本发明一种实时监测打印机电池温度的控制方法实施例的流程图。
具体实施方式
33.一种实时监测打印机电池温度的控制系统实施例：
34.参见图1与图2，本发明提供的一种实时监测打印机电池温度的控制系统，包括：mcu模块10、开关机电路20、温度检测电路30，温度检测电路30的检测端与打印机电池连接，温度检测电路30的输出端与mcu模块10连接，mcu模块10的控制端与开关机电路20的第一端连接，mcu模块10与开关机电路20的第二端之间还连接有dc-dc模块40，开关机电路20的第三端与打印机电池的供电端连接，打印机电池的充电端连接有充电模块50，充电模块50设置有充电接口60。
35.温度检测电路30用于监测打印机电池的温度并将温度数据发送至mcu模块10，mcu模块10接收温度检测电路30检测到的温度信息后，确定与温度呈负相关的电压值，以电压值生成控制信号且将控制信号输出至开关机电路20，从而控制开关机电路20内开关元件的通断。
36.在本实施例中，开关机电路20包括mos管q1、mos管q2，mos管q1的源极与打印机电池的正极连接，mos管q1的栅极与mos管q2的源极连接，mos管q1的漏极与mcu模块10连接，mos管q2的栅极与供电开关信号连接，mos管q2的漏极接地，其中，mos管q2的栅极上连接有电容c1、电阻r1以及电阻r2。
37.在本实施例中，系统还包括一存储模块70，用于存放环境温度数据。
38.在本实施例中，温度检测电路30包括负温度系数热敏电阻rt，负温度系数热敏电阻一端连接于打印机电池的第三端、adc采集端，负温度系数热敏电阻另一端接地。
39.在本实施例中，充电电路包括：
40.电源管理芯片，用于将接收的输入电源转换后，输出供电电压；
41.分压电路，其对供电电压进行分压生成调节电压，调节电压施加到电源管理芯片
的反馈端；根据控制信号调节分压电路中分压电阻的阻值，控制电源管理芯片对供电电压进行调整。可见，本实施例优选采用一颗电源管理芯片配合阻值可调的分压电路来设计充电电路。
42.其中，电源管理芯片可以选用降压型电源管理芯片，当然，根据实际电路情况选用升压型电源管理芯片亦可，本实施例对此不进行具体限制。
43.其中，本实施例的分压电路配置两个基本电阻，将两个基本电阻串联后，一端连接电源管理芯片的输出端sw，或者通过电感连接电源管理芯片u3的输出端sw；另一端接地；两个基本电阻的中间节点作为分压电路的分压节点，连接电源管理芯片的反馈端fb。
44.一种实时监测打印机电池温度的控制方法实施例：
45.如图3所示，一种实时监测打印机电池温度的控制方法，该方法应用于上述一种实时监测打印机电池温度的控制系统进行实时监测打印机电池温度，该方法包括以下步骤：
46.将一个或多个电池分别与一个或多个温度检测电路30连接，计算当前温度中温度检测单元的电阻值，基于计算出的电阻值检测分别与温度检测单元连接的电池的温度检测值。
47.当打印机的工作状态为充电时，判断当前电池温度检测值是否在第一正常范围温度内(如10-45度)，如不是，则由mcu模块10控制充电电路的使能端，即可停止充电；
48.当打印机的工作状态为放电时，判断当前电池温度检测值是否在第二正常范围温度内(如0-55度)，如不是，则由mcu模块10控制开关机电路20内开关元件的断开，即可实现关机。
49.在本实施例中，计算当前温度中温度检测单元的电阻值，包括：
50.根据公式(1)计算出当前温度中温度检测单元的电阻值：
51.rt＝(r1*ithermal)/(4096-ithermal)，
ꢀꢀ
(1)
52.其中，r1为温度检测电路30中上拉电阻的阻值，ithermal为测量到的adc值，常数4096为12位adc的转换长度。
53.在本实施例中，基于计算出的电阻值检测分别与温度检测单元连接的电池的温度，包括：
54.根据公式(2)计算出当前电池的温度：
55.rt＝r*exp(b(1/t1-1/t2))
ꢀꢀ
(2)
56.由公式(2)得出公式(3)：
57.1/t1＝in(rt/r)/b+1/t2
ꢀꢀ
(3)
58.其中，t1和t2是k度，即开尔文温度，rt是温度检测单元的ntc电阻在t1温度下的阻值，r是ntc电阻在t2常温下的标称阻值，exp是e的n次方，b值是温度系数热敏电阻器的材料常数。
59.在打印机电池充电过程中，实时获取当前电池温度检测值并计算电池温度变化率，当电池温度变化率大于或等于阈值时，说明环境温度可能发生跳变、或剧烈变化，即可根据当前的电池温度和电池温度变化率、查询预设的温度对应矩阵获取当前的环境温度。若判断电池温度变化率小于阈值，则说明环境温度的变化不会影响电池。
60.然后，确定当前环境温度值所对应的补偿温度，根据补偿温度对当前电池温度检测值进行补偿，获得补偿后的检测温度值。
61.在本实施例中，计算电池温度变化率，包括：
62.在获得当前的电池温度温度检测值时，同步记录当前的时间；
63.根据前次和当前的电池温度、时间计算出电池温度变化率。
64.电池温度变化率的计算公式如下：
65.tg＝(kn+1-kn)/(t n+1-tn)，其中，前次的电池温度为kn，获取前次的电池温度的时间为tn；当前的电池温度为kn+1，获取当前的电池温度的时间为t n+1。
66.具体的，当打印机充电时，mcu模块10即上电，充电状态由mcu模块10控制；mcu定时获取温度监测系统反馈的ad值，并通过计算得到实时温度；当温度过高或过低时，控制供电mos管关闭充电通路或放电通路；关闭温度会根据打印机状态选择，当打印机充电时，正常温度范围为10-45度；当打印机放电时，正常温度为0-55度。
67.本实施例的测温需要分两步进行，首先通过adc测量并计算出电路中当前温度的ntc电阻的电阻值，再根据该电阻值计算出当前温度，分步说明如下：
68.1、首先计算温度检测单元的电阻值，根据公式(1)：rt＝(r1*ithermal)/(4096-ithermal)可以计算出电阻值。其中，r1为测温系统中上拉电阻的阻值，单位为欧姆。本实施例中使用10k即10000欧姆。ithermal为测量到的adc值。常数4096为adc长度，12位adc转换长度为4096。可见，该方法可无需电路电压的参与。
69.2、根据上述步骤得到的电阻值，进行温度计算，ntc热敏电阻温度的计算公式为公式(2)：rt＝r*exp(b(1/t1-1/t2))；其中，t1和t2是k度，即开尔文温度，rt是ntc电阻在t1温度下的阻值，r是ntc电阻在t2常温下的标称阻值，exp是e的n次方，b值是温度系数热敏电阻器的材料常数(热敏指数)，单位是开尔文温度(k)，ntc电阻规格书中厂家一般会提供。半导体陶瓷经过高温烧结后通过一系列的加工工序形成具有一定电阻率的ntc热敏芯片，每种配方和烧结温度下只有一个b值。ntc热敏电阻的β值与产品电阻温度系数正相关，也就是说β值越大，其电阻温度系数也就越大，在厂家提供的规格书中也会提供。
70.然后，公式(2)经过变换成公式(3)，1/t1＝in(rt/r)/b+1/t2；其中，rt已经过测量电路测量ad值并经公式(1)计算得出；r为固定并已知(r为该ntc电阻在25摄氏度时的电阻值)；b值及t2值(t2为与r值对应的温度，一般取25摄氏温度，换算为k氏单位为298.15)厂家已提供，根据公式(3)可计算出当前电池的温度。其中，t1为k度，转换为摄氏度t＝t1-273.15+0.5；其中，0.5为误差矫正。
71.在本实施例中，in函数以e为底数的对数的简写，e是欧拉常数e约等于2.71828，在嵌入式系统中，系统资源非常有限，加载标准c库中的math所需要资源较多，本实施例的in计算函数为改写in计算函数(该函数用于实现求取in数学公式，系统资源许可的情况下也可以直接调用标准库)，实现in函数如下：
72.double myln(double data)
73.{
74.int number＝15；
75.int k,nk；
76.double x,squx,y；
77.x＝(data-1)/(data+4)；
78.squx＝x*x；
79.nk＝2*number+1；
80.y＝1.0/nk；
81.for(k＝number；k》0；k
‑‑
)
82.{
83.nk＝nk-2；
84.y＝1.0/nk+squx*y；
85.}
86.return 2.0*x*y
87.}
88.以b值395，10k(10000)电阻为例。其中，b＝3950.t2＝25度，即k氏298.15度。根据上面推导出的公式(3)1/t1＝in(rt/r2)/b+1/t2，可以通过以下函数求取t1值：(1/t1＝in(rt/10000)/3950+1/298.15)，rt通过电路adc测量后计算得到，计算t1值。
89.#define t2 298.15
90.#define r2 10000
91.#define b 3950
92.float get_temper(float rt)
93.{
94.float n1,n2,n3,n4；
95.n1＝(myln(r2)-myln(rt))/b；
96.n2＝1/t2-n1；
97.n3＝1/n2；
98.n4＝n3-273.15
99.return n4；
100.}
101.返回值就是当前温度。
102.根据当前电池温度，结合打印机状态，当打印机状态为充电时，温度大于45度或小于10度，mcu模块10通过io口控制充电模块50的en脚，即可停止充电。当打印机状态为放电时，温度大于55度或小于0度，mcu模块10控制开关机模块内开关元件的断开，即可实现关机。
103.由此可见，相比现有技术，本发明提供了一种实时监测打印机电池温度的控制系统及其方法，本发明可以对全程监测锂电池温度(包括大电流放电、充电及小电流放电)，实时监测电池温度变化状态，提高了电池温度检测的可靠性；本发明能够通过mcu模块10来控制开关机电路20的通断，有助于降低整个电池管理系统的功耗；本发明控制系统的设计可以减少在温度测量电路中使用的上拉电阻器和电容器的使用、减小系统的体积并降低成本。
104.进一步的，本发明的补偿控制可以使得补偿后的检测温度值能够更加准确地反映电池电芯的真实温度。
105.进一步的，本发明通过实时获取电池温度并计算电池温度变化率，从而在环境温度发生跳变、或剧烈变化时能即刻获得准确的环境温度，解决了现有技术采用热敏电阻检
测温度、热敏电阻阻值变化较慢不能及时检测的问题。
106.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。