專利名稱：一種雙包鋰電割草機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種園林工具，具體說是一種雙包鋰電割草機(jī)。
背景技術(shù)：
國外常用的割草機(jī)一般是汽油式割草機(jī)和電動式割草機(jī)。汽油式割草機(jī)會產(chǎn)生廢氣，在提倡節(jié)能環(huán)保的歐洲，人們更傾向于是用清潔節(jié)能的電動式割草機(jī)?，F(xiàn)有的電動式割草機(jī)一般使用交流電，需要使用電線與家用電源接通，由于電線的使用，限制了割草機(jī)的工作范圍，以及使用的靈活性。還有使用鉛酸電池供電的，但由于鉛酸電池的生產(chǎn)制造會污染環(huán)境，因此也在逐步淘汰。隨著電動工具、園林工具行業(yè)的不斷發(fā)展，在國外，家庭用電動及園林工具無繩化、便攜化漸成趨勢，鋰電類工具也越來越受到國外消費者的歡迎，鋰電池是一種輕便的新型供電方式，已在電動車等多個領(lǐng)域使用。然而鋰電工具在使用上存在如下不足受到電池容量的制約，使用時間受到限制；而若增加電池容量，勢必增加機(jī)器的體積與重量，影響便攜性的同時也大大增加了成本。在將鋰電電源應(yīng)用到庭院割草機(jī)上時，同樣碰到了上述問題。消費者選擇家用庭院割草機(jī)時，除了考慮機(jī)器的價格、品質(zhì)，實用性與易用性也是必須考慮的。目前，國外鋰電割草機(jī)普遍使用36V,2. 6Ah的鋰電電池作為電源,滿充后一次大約可持續(xù)割草坪約220m2,雖能滿足大部分家庭使用，但36V的電池包使用場合單一且價格昂貴，直接影響了消費者的使用感受。同時36V的鋰電池包，由于其串聯(lián)使用節(jié)數(shù)較多，很難保證單節(jié)的平衡問題，并且保護(hù)板的開發(fā)周期比較長同時單臺成本比較高?？紤]到市場上直流工具大多數(shù)是18V(即5串)的，且18V保護(hù)板都比較成熟，在此基礎(chǔ)上我們采用兩個18V電池串聯(lián)，再加一塊功能板從而實現(xiàn) 36V割草機(jī)的的供電系統(tǒng)。這樣客戶使用時，電池包既可以用雙包使用在割草機(jī)上，還可以單包使用在其它的直流工具上，如電鉆、高枝鋸、電錘、砂光機(jī)等等18V的直流工具上。同時，如何在現(xiàn)有的電池容量條件下減少無效能耗，提高割草機(jī)的單次使用時間(割草面積)，成了必須解決的技術(shù)問題。另外，由于園林工具的使用季節(jié)性較強(qiáng)，整個冬季都處于擱置狀態(tài)，而鋰電池的特性，在靜置狀態(tài)下同樣會產(chǎn)生功耗，導(dǎo)致鋰電池電壓慢慢降低，直至欠壓。長期欠壓必然會影響鋰電池壽命，甚至導(dǎo)致失效。因此，設(shè)法降低鋰電池靜態(tài)功耗，延長鋰電池使用壽命也是當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙包鋰電割草機(jī)，使用的靈活性，電池包既可以用雙包使用在割草機(jī)上，還可以單包使用在其它的直流工具上，如電鉆、高枝鋸、電錘、砂光機(jī)等等18V的直流工具上。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種雙包鋰電割草機(jī)，包括驅(qū)動切割刀片的直流電機(jī)，直流電機(jī)與控制系統(tǒng)相連，控制系統(tǒng)與電源相連；所述的電源為鋰電池組，直流電機(jī)通過控制系統(tǒng)與鋰電池組相連；鋰電池組電源通過控制系統(tǒng)驅(qū)動直流電機(jī)，進(jìn)而帶動切割刀片割草；鋰電池組為兩個串聯(lián)的鋰電池包；
所述的控制系統(tǒng)包括
供電單元，提供基準(zhǔn)電壓、驅(qū)動電壓以及主控制芯片U3工作電壓；電池溫度采集單元，用于測量鋰電池組的溫度，并將溫度信息不斷反饋給主控制芯片U3，主控制芯片U3判斷鋰電池組是否在正常工作溫度范圍內(nèi)；驅(qū)動執(zhí)行單元，用于控制一號放電開關(guān)管Q2，并且控制剎車及續(xù)流開關(guān)管Ql ;電流采集單元，用于測量鋰電池組的放電電流，并將該電流值輸出給主控制芯片U3;短路偵測單元，用于測量放電回路處于短路狀態(tài)時關(guān)閉輸出；啟動單元，用于打開或者關(guān)閉供電單元與電池組的連接；電壓采集單元，用于采集電池包的串聯(lián)后總的電壓，過放后關(guān)閉輸出；主控制芯片U3，用于接收處理各種數(shù)據(jù)，并將信息發(fā)送給相關(guān)電路；
串聯(lián)后電池包的正極連接第一開關(guān)K1、剎車開關(guān)管Ql的D極以及直流電機(jī)的正極，啟動單元連接在第一開關(guān)Kl后端，微控制器U3、供電單元以及電壓采集單元分別連接在啟動單元之后，電池溫度采集單元、驅(qū)動執(zhí)行單元、電流采集單元以及短路偵測單元分別連接在微控制器U3上，驅(qū)動執(zhí)行單元中的驅(qū)動單元分別連接剎車開關(guān)管Ql和放電開關(guān)管Q2，直流電機(jī)的負(fù)極連接在剎車開關(guān)管Ql的S極，放電開關(guān)管Q2的D極連接在剎車開關(guān)管Ql的S極上，放電開關(guān)管Q2的S極分別連接電流采集單元和短路偵測單元以及電流采樣電阻R27上，電流采樣電阻R27的另一端接串聯(lián)后電池的負(fù)極。供電單元將經(jīng)第一開關(guān)Kl傳遞過來的36V電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動單元需要的+12V電壓，以及微控制器U3、電流采集單元、短路偵測單元所需的+5V電壓，電壓采集單元將經(jīng)第一開關(guān)Kl傳遞過來的36V電壓經(jīng)分壓后傳遞給微控制器U3進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，依據(jù)該轉(zhuǎn)換值判斷是否需要進(jìn)行過放電保護(hù)動作，電池溫度采集單元依據(jù)電池包的溫度傳感器轉(zhuǎn)換的電壓值來判斷是否需要進(jìn)行過電池包過溫保護(hù)動作，電流采集單元以及短路偵測單元依據(jù)電流流經(jīng)電流采樣電阻R27后的壓降電壓值判斷是否進(jìn)行過過流保護(hù)或短路保護(hù)動作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點本發(fā)明采用軟啟動電路，在電動機(jī)剛啟動時，使電流由小到大，逐步增大，避免對電機(jī)和控制板造成傷害，延長了使用壽命；在負(fù)載情況下，電流增大到最大，既滿足使用要求，又節(jié)能，同時大大降低了噪音；采用弱電控制電路，在啟動壓桿，切斷對控制板供電， 使控制板達(dá)到零功耗。


圖1為供電單元電路示意圖。圖2為電池溫度采集單元電路示意圖。圖3為本發(fā)明的驅(qū)動執(zhí)行單元電路示意圖。圖4為本發(fā)明的電流采集單元電路示意圖。圖5為短路偵測單元電路示意圖。圖6為啟動單元電路示意圖。圖7為電壓采集單元示意圖。圖8本發(fā)明的控制系統(tǒng)的電路原理示意框圖。
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
結(jié)合圖8，本發(fā)明的一種雙包鋰電割草機(jī)包括驅(qū)動切割刀片的直流電機(jī)，直流電機(jī)與控制系統(tǒng)相連，控制系統(tǒng)與電源相連；所述的電源為鋰電池組，直流電機(jī)通過控制系統(tǒng)與鋰電池組相連。鋰電池組電源通過控制系統(tǒng)驅(qū)動直流電機(jī)，進(jìn)而帶動切割刀片割草。鋰電池組是由兩個單獨的5串的鋰電池包串聯(lián)而成。所述的控制系統(tǒng)包括
供電單元1:提供基準(zhǔn)電壓、驅(qū)動電壓以及U3工作電壓。電池溫度采集單元2 :用于測量鋰電池組的溫度，并將溫度信息不斷反饋給主控制芯片U3，主控制芯片U3判斷鋰電池組是否在正常工作溫度范圍內(nèi)。驅(qū)動執(zhí)行單元3 :用于控制一號放電開關(guān)管Q2，并且控制剎車及續(xù)流開關(guān)管Q1。電流采集單元4:用于測量鋰電池組的放電電流，并將該電流值輸出給主控制芯片U3。短路偵測單元5 :用于測量放電回路處于短路狀態(tài)時關(guān)閉輸出。啟動單元6:用于打開或者關(guān)閉供電單元與電池組的連接。電壓采集單元7 :用于采集電池包的串聯(lián)后總的電壓，過放后關(guān)閉輸出。主控制芯片U3 :用于接收處理各種數(shù)據(jù)，并將信息發(fā)送給相關(guān)電路。串聯(lián)后電池包的正極連接第一開關(guān)K1、剎車開關(guān)管Ql的D極以及直流電機(jī)的正極。啟動單元6連接在第一開關(guān)Kl后端，微控制器U3、供電單元I以及電壓采集單元7分別連接在啟動單元6之后。電池溫度采集單元2、驅(qū)動執(zhí)行單元3、電流采集單元4以及短路偵測單元5分別連接在微控制器U3`上。驅(qū)動執(zhí)行單元3中的驅(qū)動單元分別連接剎車開關(guān)管Ql和放電開關(guān)管Q2。直流電機(jī)的負(fù)極連接在剎車開關(guān)管Ql的S極。放電開關(guān)管Q2的D極連接在剎車開關(guān)管Ql的S極上，放電開關(guān)管Q2的S極分別連接電流采集單元4和短路偵測單元5以及電流采樣電阻R27上，電流采樣電阻R27的另一端接串聯(lián)后電池的負(fù)極。供電單元I將經(jīng)第一開關(guān)Kl傳遞過來的36V電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動單元需要的+12V電壓，以及微控制器U3、電流采集單元4、短路偵測單元5所需的+5V電壓。電壓采集單元7將經(jīng)第一開關(guān)Kl傳遞過來的36V電壓經(jīng)分壓后傳遞給微控制器U3進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，依據(jù)該轉(zhuǎn)換值判斷是否需要進(jìn)行過放電保護(hù)動作。電池溫度采集單元2依據(jù)電池包的溫度傳感器轉(zhuǎn)換的電壓值來判斷是否需要進(jìn)行過電池包過溫保護(hù)動作。電流采集單元4以及短路偵測單元5依據(jù)電流流經(jīng)電流采樣電阻R27后的壓降電壓值判斷是否進(jìn)行過過流保護(hù)或短路保護(hù)動作。結(jié)合圖1，供電單元I由防反接的第一二極管Dl的陽極接啟動單元6的后端，第一二極管Dl的陰極接第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端接第一三端穩(wěn)壓管Ul的輸入端3腳。第六電容C6的一端連接在Ul的輸入端3腳，另一端接電池包串聯(lián)后的負(fù)極。第七電解電容C7的正極連接第一三端穩(wěn)壓管Ul的輸入端3腳，第七電解電容C7的負(fù)極接電池包串聯(lián)后的負(fù)極。第八電容CS、第九電阻R9、第十三電阻R13并聯(lián)后連接于第一三端穩(wěn)壓管Ul的I腳，并聯(lián)后的另一端連接于電池包串聯(lián)后的負(fù)極。第十二電阻R12的一端連接第一三端穩(wěn)壓管Ul的2腳，另一端連接第一三端穩(wěn)壓管Ul的I腳。第十二電容C12的一端連接在第四三端穩(wěn)壓管U4的輸入端3腳，另一端接電池包串聯(lián)后的負(fù)極。第九電解電容C9的正極連接第四三端穩(wěn)壓管U4的輸入端3腳，第九電解電容C9的負(fù)極接電池包串聯(lián)后的負(fù)極。第十四電容C14、第十五電容C15并聯(lián)后連接于第四三端穩(wěn)壓管U4的I腳，并聯(lián)后的另一端連接于電池包串聯(lián)后的負(fù)極。第四三端穩(wěn)壓管U4的2腳接電池包串聯(lián)后的負(fù)極。第十五電阻R15、第十六電阻R16并聯(lián)后連接于第四三端穩(wěn)壓管U4的3腳，并聯(lián)后的另一端連接第四三端穩(wěn)壓管U4的I腳。供電單元I用來穩(wěn)壓，提供作為驅(qū)動執(zhí)行單元3的+12V供電，同時提供微控制器U3的供電，同時提供AD采樣的基準(zhǔn)+5V電壓。微控制器U3 (采用意法半導(dǎo)體公司的一款8位單片機(jī)，具體型號為STM8F103)的INT腳與短路偵測單元5的輸出端相連，短路偵測單元5測量當(dāng)前電鋰池組的放電電流上限溢出信號輸出給微控制器U3，微控制器U3偵測到中斷輸入(下降沿)，微控制器U3輸出信號給驅(qū)動執(zhí)行單元，關(guān)斷放電開關(guān)管Q2，同時驅(qū)動執(zhí)行單元輸出信號控制剎車開關(guān)管Q1，進(jìn)行馬達(dá)剎車控制，達(dá)到短路保護(hù)。結(jié)合圖5，短路偵測單元5的U5B為運算放大器，短路偵測單元5的U5B的第7輸出端通過第二i^一電阻R21連接到微控制器U3的INT輸入端，用于微控制器U3對短路信號的輸入。短路偵測單元5的U5B的第5輸入端連接到第十九電阻R19和第二十電阻R20，第十九電阻R19另一端連接+5V基準(zhǔn)電源，第二十電阻R20的另一端連接串聯(lián)后電池包的負(fù)極；第十八電阻R18的一 端連接到短路偵測單元5的U5B的第6腳，第十八電阻R18的另一端連接到串聯(lián)后電池包的負(fù)極，第十六電容C16的一端與U5B的6腳相連，另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極。短路偵測單元5的U5B的第4腳接電池包串聯(lián)后的負(fù)極，短路偵測單元5的U5B的第8腳接+5V基準(zhǔn)電源。U5A和U5B是一個8腳的雙運算放大器(為仙童公司的LM358AM)。結(jié)合圖3，驅(qū)動執(zhí)行單元3包括驅(qū)動單元、剎車開關(guān)管Ql和放電開關(guān)管Q2，驅(qū)動單元分別與剎車開關(guān)管Ql和放電開關(guān)管Q2連接，剎車開關(guān)管Ql再與放電開關(guān)管Q2連接，驅(qū)動單元的調(diào)整芯片U2 (調(diào)整芯片U2使用美國IR半導(dǎo)體的半橋驅(qū)動器IR2103S)的2腳、3腳與微控制器U3的PWM輸出端相連，調(diào)整芯片U2的I腳分別與第十二極管DlO的正極以及第十三電容C13連接，第十三電容C13的另一端接地，第十二極管DlO的正極接+12V電源，第十二極管DlO的負(fù)極接調(diào)整芯片U2的第8腳和第五電容C5的正極，第五電容C5的負(fù)極連接到第二十二電阻R22與輸出端子Moto-，第二十二電阻R22另一端接調(diào)整芯片U2的6腳，調(diào)整芯片U2的4腳接串聯(lián)后電池包的負(fù)極，調(diào)整芯片U2的7腳連接剎車開關(guān)管Ql的G極，剎車開關(guān)管Ql的S極與直流電機(jī)的負(fù)極相連，用于控制直流電機(jī)急停進(jìn)行剎車；調(diào)整芯片U2的5腳連接到放電開關(guān)管Q2的G極，放電開關(guān)管Q2的S極連接到電流采樣電阻R27的一端，電流采樣電阻R27的另一端連接串聯(lián)后電池包負(fù)極。放電開關(guān)管Q2的D極與直流電機(jī)的負(fù)極相連，剎車開關(guān)管Ql的D極接直流電機(jī)正極，直流電機(jī)正極和串聯(lián)后電池包的正極連接。第十八電容C18的一端接放電開關(guān)管Q2的G極，第十八電容C18另一端接放電開關(guān)管Q2的S極。驅(qū)動執(zhí)行單元3充分發(fā)揮了驅(qū)動芯片U2的驅(qū)動功能，剎車開關(guān)管Ql與放電開關(guān)管Q2的死區(qū)時間為I微秒，使剎車開關(guān)管Ql與放電開關(guān)管Q2不會產(chǎn)生同時導(dǎo)通的現(xiàn)象。由于馬達(dá)負(fù)載為電感性負(fù)載，傳統(tǒng)的啟動方式為直接給馬達(dá)兩端加入電壓，馬達(dá)立即以最大功率啟動，此時啟動電流將是馬達(dá)額定電流的3倍以上或者更高；由于是全功率啟動，在起動時，大電流對碳刷的損傷非常大。因此全功率啟動對于鋰電組池供電系統(tǒng)而言，過大的啟動電流會對鋰電池的壽命及安全性有極大的影響。本發(fā)明的軟啟動電路，即驅(qū)動執(zhí)行單元3可以解決以上問題。當(dāng)主控制芯片U3接收到啟動信號時，會先以小功率輸出驅(qū)動剎車開關(guān)管Ql與放電開關(guān)管Q2，此時馬達(dá)以較低速低功率先運行，同時PWM寬度不間斷無級調(diào)整，使得馬達(dá)轉(zhuǎn)速不斷上升直到給定值，緩慢的啟動馬達(dá)時，機(jī)器不會有劇烈的振動，并且起動電流很小，有效的保護(hù)了鋰電池的安全及壽命。為了免因直流電機(jī)啟動時對鋰電池組的大電流沖擊及設(shè)備突然跳動，采用了軟起動電路。所述軟啟動電路采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)的方式，在啟動的初始，主控制芯片U3以最小占空比15%輸出，15%占空比傳輸?shù)津?qū)動執(zhí)行單元對驅(qū)動信號進(jìn)行放大及處理，再輸出驅(qū)動剎車開關(guān)管Ql與放電開關(guān)管Q2以15%占空比導(dǎo)通，在啟動同時，主控制芯片U3輸出的PWM占空比逐漸增加寬度，使馬達(dá)速度逐漸提升，直至提升至85%左右的給定占空比時，停止PWM占空比調(diào)整，啟動完成；輕負(fù)載時，以85%占空比穩(wěn)定輸出。啟動完成后，電流采樣單元4檢測當(dāng)前放電電流值，以不同電流大小對應(yīng)不同PWM占空比，當(dāng)機(jī)器工作電流小時，占空比以85%輸出，馬達(dá)轉(zhuǎn)速降低，節(jié)能同時又降低了噪音；當(dāng)機(jī)器工作電流變動時，PWM占空比隨之調(diào)整，電流最大時占空比為100%，此時馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)到最大。通過以上調(diào)整過程達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行效果。所述電子剎車功能是第一開關(guān)Kl斷開后微控制器U3馬上檢測到了 Kl斷開，由于供電單元I有殘余的電量提供給微控制器U3，微控制器U3通過驅(qū)動單元使剎車開關(guān)管Ql開通的占空比逐漸增大(Ql和Q2是互補開通)達(dá)到電子剎車的目的。結(jié)合圖2，電池溫度采集單元2由第三電阻R3、第六電阻R6和第四電容C4組成。第六電阻R6的一端接+5V基準(zhǔn)電源，另一端接電池包的溫度傳感器信號端。第三電阻R3的一端與電池包的溫度傳感器信號端連接，另一端與微控制器U3的AD-NTC連接。第四電容C4的一端與微控制器U3的AD-NTC連接，第四電容C4的另一端與串聯(lián)后電池包的負(fù)極相連。電池包的溫度傳感器為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)溫度上升時微控制器U3的AD-NTC端的AD采集電壓降低，由此電壓值來推算溫度值，以實現(xiàn)過溫保護(hù)的目的。結(jié)合圖4.本發(fā)明還包括用于測 量鋰電池組的放電電流的電流采集單元4，電流采集單元4包括檢測電路主控芯片U5A (為仙童公司的LM358AM)，檢測電路主控芯片U5A為運算放大器，檢測電路主控芯片U5A的第I輸出端通過第十七電阻R17連接到微控制器U3的AD_I輸入端,用于微控制器U3對放電電流AD輸入。電流米集單兀4的主控芯片U5A的第3輸入端連接到第十一電阻RlI，第十一電阻Rll另一端連接到放電開關(guān)管Q2的S端。電流采樣電阻R27與放電開關(guān)管Q2的S端相連的一端為電流取樣的正極，電流采樣電阻R27的另一端與串聯(lián)后電池包的負(fù)極相連。第十電容ClO的一端與電流采集單元主控芯片U5A的3腳相連，第十電容ClO的另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極相連。第十四電阻R14的一端連接到檢測電路主控芯片U5A的第2腳，第十四電阻R14的另一端連接檢測電路主控芯片U5A的第I腳，第十一電容Cll與第十四電阻R14并聯(lián)。第十電阻RlO的一端與檢測電路主控芯片U5A的2腳相連，第十電阻RlO的另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極。電流采集單元4測量當(dāng)前鋰電池組的放電電流輸出給微控制器U3，微控制器U3判斷電流達(dá)到放電過流保護(hù)值，并且時間達(dá)到保護(hù)時間，微控制器U3輸出信號給驅(qū)動執(zhí)行單元3，關(guān)斷放電開關(guān)管Q2，同時驅(qū)動執(zhí)行單元輸出信號控制剎車開關(guān)管Q1，進(jìn)行馬達(dá)剎車控制，實現(xiàn)放電過流保護(hù)。結(jié)合圖7，電壓檢測單元7由第四電阻R4、第五電阻R5、第七電阻R7和第三電容C3組成，第四電阻R4的一端接啟動單元6的輸出，第四電阻R4的另一端與主控制芯片U3的AD轉(zhuǎn)換端口 AD-V相連接。第五電阻R5、第七電阻R7、第三電容C3并聯(lián)后一端接主微控制器U3的AD轉(zhuǎn)換端口 AD-V，另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極。該單元用于測量鋰電池組電池電壓，如果電池電壓降低到放電下限時，微控制器U3會將放電開關(guān)管Q2關(guān)閉，實現(xiàn)電池的過放保護(hù)。結(jié)合圖6，啟動單元6的輸入端接串聯(lián)后電池包的正極。第二十三電阻R23的一端連接啟動單元6的輸出，另一端與微控制器U3的START腳連接。第十七電容C17和第二十四電阻R24并聯(lián)后一端接微控制器U3的START腳，第十七電容C17和第二十四電阻R24并聯(lián)后另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)Kl閉合后供電單元I得電，同時給微控制器U3提供了電源，U3得電后即可實現(xiàn)軟啟動功能以及經(jīng)濟(jì)運行模式。第一開關(guān)Kl斷開后微控制器U3馬上檢測到第一開關(guān)Kl斷開，由于供電單元1有殘余的電量供電，微控制器U3通過驅(qū)動單元使剎車開關(guān)管Ql開通的占空比逐漸增大(Ql和Q2是互補開通)達(dá)到電子剎車的目的，第一開關(guān)Kl接在接線端子P3兩端。+36V接串聯(lián)后電池包的正極。第一開關(guān)Kl閉合后，第一二極管Dl的正極通過Kl連接到了 +36V上(KEY為電氣網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符，代表相同的網(wǎng)絡(luò))。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)Kl閉合后，電流經(jīng)串聯(lián)后電池包的正極流出流入第一二極管D1，然后流經(jīng)第二電阻R2，再經(jīng)濾波第六電容C6、第七電解電容C7濾波后流入第一三端穩(wěn)壓管U1，第九電阻R9、第十二電阻R12、第十三電阻R13作為第一三端穩(wěn)壓管Ul輸出電壓的反饋，第八電容C8作為反饋的濾波。此時第一三端穩(wěn)壓管Ul輸出的電壓為+12V，該+12V電壓為驅(qū)動執(zhí)行單元3提供電源。+12V電壓經(jīng)第九電解電容C9、第十二電容C12濾波后作為第四三端穩(wěn)壓管U4的輸入，第四三端穩(wěn)壓管U4輸出即為+5V電壓，第十四電容C14、第十五電容C15為+5V的濾波電容。+5V為微控制器U3、短路偵測單元的U5B、電流采集單元的U5A以及電池溫度采集單元2的上拉供電。第一開關(guān)Kl閉合后，經(jīng)第二十三電阻R23、第二十四電阻R24的分壓以及第十七電容C17的濾波進(jìn)入微控制器U3的START腳。微控制器U3通過其PWM引腳輸出PWM信號到驅(qū)動執(zhí)行單元3的驅(qū)動單元調(diào)整芯片U2的2腳和3腳，該PWM信號經(jīng)驅(qū)動單元U2的放大后經(jīng)其5腳和7腳分別驅(qū)動放電開關(guān)管Q2和剎車開關(guān)管Q1。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運行時，+36V電壓經(jīng)直流電機(jī)流經(jīng)放電開關(guān)管Q2以及電流采樣電阻R27，然后回到串聯(lián)后電池包的負(fù)極。該電流流經(jīng)電流采樣電阻R27時會產(chǎn)生一個壓降信號，該信號經(jīng)第十一電阻Rll和第十電容ClO構(gòu)成的阻容濾波后進(jìn)入電流采樣單元U5A的3腳，該信號經(jīng)第十四電阻R14、第十一電容C11、第十電阻RlO以及U5A構(gòu)成的放大電路的信號放大后通過第十七電阻R17進(jìn)入微控制器U3的電流采集端口 AD-1。當(dāng)空載時，由于轉(zhuǎn)速較高電流較小，此時AD-1采集到的電壓值比較低，微控制器U3控制輸出占空比在80%左右；當(dāng)遇到阻力或負(fù)載加大時直流電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電流會增加，此時AD-1采集到的電壓值比較高，微控制器U3調(diào)節(jié)PWM輸出到100%已獲得最大輸出動力，提高工作效率。電流流經(jīng)電流采樣電阻R27產(chǎn)生的壓降電壓信號經(jīng)第十八電阻R18、第十六電容C16濾波后同基準(zhǔn)+5V經(jīng)第十九電阻R19、第二十電阻R20分壓取得的電壓信號進(jìn)行比較，如果電流超過給定上限值時，短路偵測單元U5B的7腳會產(chǎn)生一個下降沿電平信號，微控制器U3捕獲該信號后立刻通過驅(qū)動執(zhí)行單元關(guān)閉放電開關(guān)管Q2實現(xiàn)短路保護(hù)功能。當(dāng)開關(guān)Kl閉合后+36V經(jīng)第一開關(guān)Kl流經(jīng)第四電阻R4、第五電阻R5、第七電阻R7，同時經(jīng)過第三電容C3濾波，產(chǎn)生的分壓信號輸入到微控制器U3的AD-V，該采樣值和事先給定的電壓下限值做比較，如果低于電壓下限值，微控制器U3通過驅(qū)動執(zhí)行單元3關(guān)閉放電開關(guān)管Q2實現(xiàn)過放電保護(hù)功倉泛。
電池包的溫度傳感器信號經(jīng)第六電阻R6的+5V上拉后，再經(jīng)第三電阻R3、第四電容C4的阻容濾波后進(jìn)入微控制器U3的AD-NTC腳，溫度傳感器為負(fù)溫度系數(shù)，當(dāng)溫度升高后進(jìn)入微控制器U3的AD-NTC腳的電壓比較低，如果低于預(yù)先給定值時即認(rèn)為電池包過溫，微控制器U3通過驅(qū)動執(zhí)行單元3關(guān)閉放電開關(guān)管Q2實現(xiàn)電池包的過溫保護(hù)功能。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)Kl斷開后，微控制器U3的START腳會馬上偵測到該信號(下降沿)，由于此時供電單元中的第六電容C6、第七電解電容C7、第九電解電容C9、第十二電容C12、第十四電容C14、第十五電容C15儲存有電能，微控制器U3通過驅(qū)動執(zhí)行單元3調(diào)整PWM輸出實現(xiàn)關(guān)閉系統(tǒng)時的電子剎車功能。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙包鋰電割草機(jī)，包括驅(qū)動切割刀片的直流電機(jī)，直流電機(jī)與控制系統(tǒng)相連，控制系統(tǒng)與電源相連；所述的電源為鋰電池組，直流電機(jī)通過控制系統(tǒng)與鋰電池組相連；鋰電池組電源通過控制系統(tǒng)驅(qū)動直流電機(jī)，進(jìn)而帶動切割刀片割草；鋰電池組為兩個串聯(lián)的鋰電池包；其特征在于 所述的控制系統(tǒng)包括 供電單元(I)，提供基準(zhǔn)電壓、驅(qū)動電壓以及主控制芯片U3工作電壓；電池溫度采集單元(2)，用于測量鋰電池組的溫度，并將溫度信息不斷反饋給主控制芯片U3，主控制芯片U3判斷鋰電池組是否在正常工作溫度范圍內(nèi)；驅(qū)動執(zhí)行單元(3)，用于控制一號放電開關(guān)管Q2，并且控制剎車及續(xù)流開關(guān)管Ql ;電流采集單元(4)，用于測量鋰電池組的放電電流，并將該電流值輸出給主控制芯片U3 ;短路偵測單元(5)，用于測量放電回路處于短路狀態(tài)時關(guān)閉輸出；啟動單元(6),用于打開或者關(guān)閉供電單元與電池組的連接；電壓采集單元(7),用于采集電池包的串聯(lián)后總的電壓，過放后關(guān)閉輸出；主控制芯片U3，用于接收處理各種數(shù)據(jù)，并將信息發(fā)送給相關(guān)電路； 串聯(lián)后電池包的正極連接第一開關(guān)K1、剎車開關(guān)管Ql的D極以及直流電機(jī)的正極，啟動單元(6)連接在第一開關(guān)Kl后端，微控制器U3、供電單元(I)以及電壓采集單元(7)分別連接在啟動單元(6)之后，電池溫度采集單元(2)、驅(qū)動執(zhí)行單元(3)、電流采集單元(4)以及短路偵測單元(5)分別連接在微控制器U3上，驅(qū)動執(zhí)行單元(3)中的驅(qū)動單元分別連接剎車開關(guān)管Ql和放電開關(guān)管Q2，直流電機(jī)的負(fù)極連接在剎車開關(guān)管Ql的S極，放電開關(guān)管Q2的D極連接在剎車開關(guān)管Ql的S極上，放電開關(guān)管Q2的S極分別連接電流采集單元(4)和短路偵測單元(5)以及電流采樣電阻R27上，電流采樣電阻R27的另一端接串聯(lián)后電池的負(fù)極； 供電單元(I)將經(jīng)第一開關(guān)Kl傳遞過來的36V電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動單元需要的+12V電壓，以及微控制器U3、電流采集單元(4)、短路偵測單元(5)所需的+5V電壓，電壓采集單元(7)將經(jīng)第一開關(guān)Kl傳遞過來的36V電壓經(jīng)分壓后傳遞給微控制器U3進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，依據(jù)該轉(zhuǎn)換值判斷是否需要進(jìn)行過放電保護(hù)動作，電池溫度采集單元(2)依據(jù)電池包的溫度傳感器轉(zhuǎn)換的電壓值來判斷是否需要進(jìn)行過電池包過溫保護(hù)動作，電流采集單元(4)以及短路偵測單元(5 )依據(jù)電流流經(jīng)電流采樣電阻R27后的壓降電壓值判斷是否進(jìn)行過過流保護(hù)或短路保護(hù)動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙包鋰電割草機(jī)，其特征在于供電單元(I)由防反接的第一二極管Dl的陽極接啟動單元(6)的后端，第一二極管Dl的陰極接第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端接第一三端穩(wěn)壓管Ul的輸入端3腳；第六電容C6的一端連接在Ul的輸入端3腳，另一端接電池包串聯(lián)后的負(fù)極；第七電解電容C7的正極連接第一三端穩(wěn)壓管Ul的輸入端3腳，第七電解電容C7的負(fù)極接電池包串聯(lián)后的負(fù)極；第八電容CS、第九電阻R9、第十三電阻R13并聯(lián)后連接于第一三端穩(wěn)壓管Ul的I腳，并聯(lián)后的另一端連接于電池包串聯(lián)后的負(fù)極；第十二電阻R12的一端連接第一三端穩(wěn)壓管Ul的2腳，另一端連接第一三端穩(wěn)壓管Ul的I腳；第十二電容C12的一端連接在第四三端穩(wěn)壓管U4的輸入端3腳，另一端接電池包串聯(lián)后的負(fù)極，第九電解電容C9的正極連接第四三端穩(wěn)壓管U4的輸入端3腳，第九電解電容C9的負(fù)極接電池包串聯(lián)后的負(fù)極；第十四電容C14、第十五電容C15并聯(lián)后連接于第四三端穩(wěn)壓管U4的I腳，并聯(lián)后的另一端連接于電池包串聯(lián)后的負(fù)極；第四三端穩(wěn)壓管U4的2腳接電池包串聯(lián)后的負(fù)極；第十五電阻R15、第十六電阻R16并聯(lián)后連接于第四三端穩(wěn)壓管U4的3腳，并聯(lián)后的另一端連接第四三端穩(wěn)壓管U4的I腳；供電單元I用來穩(wěn)壓，提供作為驅(qū)動執(zhí)行單元3的+12V供電，同時提供微控制器U3的供電，同時提供AD采樣的基準(zhǔn)+5V電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙包鋰電割草機(jī)，其特征在于微控制器U3的INT腳與短路偵測單元(5)的輸出端相連，短路偵測單元(5)測量當(dāng)前電鋰池組的放電電流上限溢出信號輸出給微控制器U3,微控制器U3偵測到中斷輸入,微控制器U3輸出信號給驅(qū)動執(zhí)行單元(3)，關(guān)斷放電開關(guān)管Q2，同時驅(qū)動執(zhí)行單元(3)輸出信號控制剎車開關(guān)管Q1，進(jìn)行馬達(dá)剎車控制，達(dá)到短路保護(hù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙包鋰電割草機(jī)，其特征在于短路偵測單元(5)的U5B為運算放大器，短路偵測單元(5)的U5B的第7輸出端通過第二十一電阻R21連接到微控制器U3的INT輸入端，用于微控制器U3對短路信號的輸入，短路偵測單元(5)的U5B的第5輸入端連接到第十九電阻R19和第二十電阻R20，第十九電阻R19另一端連接+5V基準(zhǔn)電源，第二十電阻R20的另一端連接串聯(lián)后電池包的負(fù)極；第十八電阻R18的一端連接到短路偵測單元(5)的U5B的第6腳，第十八電阻R18的另一端連接到串聯(lián)后電池包的負(fù)極，第十六電容C16的一端與U5B的6腳相連，另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極； 短路偵測單元(5)的U5B的第4腳接電池包串聯(lián)后的負(fù)極，短路偵測單元(5)的U5B的第8腳接+5V基準(zhǔn)電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙包鋰電割草機(jī)，其特征在于驅(qū)動執(zhí)行單元(3)包括驅(qū)動單元、剎車開關(guān)管Ql和放電開關(guān)管Q2，驅(qū)動單元分別與剎車開關(guān)管Ql和放電開關(guān)管Q2連接，剎車開關(guān)管Ql再與放電開關(guān)管Q2連接，驅(qū)動單元的調(diào)整芯片U2的2腳、3腳與微控制器U3的PWM輸出端相連，調(diào)整芯片U2的I腳分別與第十二極管DlO的正極以及第十三電容C13連接，第十三電容C13的另一端接地，第十二極管DlO的正極接+12V電源，第十二極管DlO的負(fù)極接調(diào)整芯片U2的第8腳和第五電容C5的正極，第五電容C5的負(fù)極連接到第二十二電阻R22與輸出端子Moto-，第二十二電阻R22另一端接調(diào)整芯片U2的6腳，調(diào)整芯片U2的4腳接串聯(lián)后電池包的負(fù)極，調(diào)整芯片U2的7腳連接剎車開關(guān)管Ql的G極，剎車開關(guān)管Ql的S極與直流電機(jī)的負(fù)極相連，用于控制直流電機(jī)急停進(jìn)行剎車；調(diào)整芯片U2的5腳連接到放電開關(guān)管Q2的G極，放電開關(guān)管Q2的S極連接到電流采樣電阻R27的一端，電流采樣電阻R27的另一端連接串聯(lián)后電池包負(fù)極；放電開關(guān)管Q2的D極與直流電機(jī)的負(fù)極相連，剎車開關(guān)管Ql的D極接直流電機(jī)正極，直流電機(jī)正極和串聯(lián)后電池包的正極連接，第十八電容C18的一端接放電開關(guān)管Q2的G極，第十八電容C18另一端接放電開關(guān)管Q2的S極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙包鋰電割草機(jī)，其特征在于電池溫度采集單元(2)由第三電阻R3、第六電阻R6和第四電容C4組成，第六電阻R6的一端接+5V基準(zhǔn)電源，另一端接電池包的溫度傳感器信號端；第三電阻R3的一端與電池包的溫度傳感器信號端連接，另一端與微控制器U3的AD-NTC連接；第四電容C4的一端與微控制器U3的AD-NTC連接，第四電容C4的另一端與串聯(lián)后電池包的負(fù)極相連；電池包的溫度傳感器為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)溫度上升時微控制器U3的AD-NTC端的AD采集電壓降低，由此電壓值來推算溫度值，以實現(xiàn)過溫保護(hù)的目的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙包鋰電割草機(jī)，其特征在于電流采集單元(4)包括檢測電路主控芯片U5A，檢測電路主控芯片U5A為運算放大器，檢測電路主控芯片U5A的第I輸出端通過第十七電阻R17連接到微控制器U3的AD_I輸入端，用于微控制器U3對放電電流AD輸入；電流采集單元(4)的主控芯片U5A的第3輸入端連接到第十一電阻Rl I，第十一電阻Rll另一端連接到放電開關(guān)管Q2的S端，電流采樣電阻R27與放電開關(guān)管Q2的S端相連的一端為電流取樣的正極，電流采樣電阻R27的另一端與串聯(lián)后電池包的負(fù)極相連；第十電容ClO的一端與電流采集單元主控芯片U5A的3腳相連，第十電容ClO的另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極相連；第十四電阻R14的一端連接到檢測電路主控芯片U5A的第2腳，第十四電阻R14的另一端連接檢測電路主控芯片U5A的第I腳，第十一電容Cll與第十四電阻R14并聯(lián)；第十電阻RlO的一端與檢測電路主控芯片U5A的2腳相連，第十電阻RlO的另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極；電流采集單元(4)測量當(dāng)前鋰電池組的放電電流輸出給微控制器U3，微控制器U3判斷電流達(dá)到放電過流保護(hù)值，并且時間達(dá)到保護(hù)時間，微控制器U3輸出信號給驅(qū)動執(zhí)行單元3，關(guān)斷放電開關(guān)管Q2，同時驅(qū)動執(zhí)行單元輸出信號控制剎車開關(guān)管Q1，進(jìn)行馬達(dá)剎車控制，實現(xiàn)放電過流保護(hù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙包鋰電割草機(jī)，其特征在于電壓檢測單元(7)由第四電阻R4、第五電阻R5、第七電阻R7和第三電容C3組成，第四電阻R4的一端接啟動單元(6)的輸出，第四電阻R4的另一端與主控制芯片U3的AD轉(zhuǎn)換端口 AD-V相連接；第五電阻R5、第七電阻R7、第三電容C3并聯(lián)后一端接主微控制器U3的AD轉(zhuǎn)換端口 AD-V，另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極；該單元用于測量鋰電池組電池電壓，如果電池電壓降低到放電下限時，微控制器U3會將放電開關(guān)管Q2關(guān)閉，實現(xiàn)電池的過放保護(hù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙包鋰電割草機(jī)，其特征在于啟動單元(6)的輸入端接串聯(lián)后電池包的正極；第二十三電阻R23的一端連接啟動單元(6)的輸出，另一端與微控制器U3的START腳連接，第十七電容C17和第二十四電阻R24并聯(lián)后一端接微控制器U3的START腳，第十七電容C17和第二十四電阻R24并聯(lián)后另一端接串聯(lián)后電池包的負(fù)極；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)Kl閉合后供電單元(I)得電，同時給微控制器U3提供了電源，U3得電后即可實現(xiàn)軟啟動功能以及經(jīng)濟(jì)運行模式，第一開關(guān)Kl斷開后微控制器U3馬上檢測到第一開關(guān)Kl斷開，由于供電單元(I)有殘余的電量供電，微控制器U3通過驅(qū)動單元使剎車開關(guān)管Ql開通的占空比逐漸增大達(dá)到電子剎車的目的，第一開關(guān)Kl接在接線端子P3兩端； +36V接串聯(lián)后電池包的正極；第一開關(guān)Kl閉合后，第一二極管Dl的正極通過Kl連接到了 +36V上，其中KEY為電氣網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符，代表相同的網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙包鋰電割草機(jī)，包括驅(qū)動切割刀片的直流電機(jī)，直流電機(jī)與控制系統(tǒng)相連，控制系統(tǒng)與電源相連；所述的電源為鋰電池組，直流電機(jī)通過控制系統(tǒng)與鋰電池組相連；鋰電池組電源通過控制系統(tǒng)驅(qū)動直流電機(jī)，進(jìn)而帶動切割刀片割草；鋰電池組為兩個串聯(lián)的鋰電池包，控制系統(tǒng)在微控制器U3的控制下實現(xiàn)軟啟動功能；在待機(jī)狀態(tài)下或輕負(fù)載狀態(tài)下，控制輸出占空比為80%，此時刀片轉(zhuǎn)速能夠維持在2800轉(zhuǎn)左右，當(dāng)負(fù)載加大后使輸出占空比達(dá)到最大，能夠繼續(xù)維持轉(zhuǎn)速，這樣既滿足使用要求，又節(jié)能，同時大大降低了噪音，本發(fā)明將控制系統(tǒng)的供電由微動開關(guān)傳遞，靜置擱置狀態(tài)時微動開關(guān)處于斷開狀態(tài)，在硬件上保證了其待機(jī)的零功耗。
文檔編號A01D34/78GK103053265SQ201310047198
公開日2013年4月24日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者張小榮, 李玉紅, 劉小菲, 趙軍 申請人:常州合力電器有限公司