一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，包括ARM控制單元、蓄電池充電單元、BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元，所述ARM控制單元的輸出端分別和蓄電池充電單元、BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元相連接；ARM控制單元由依次相連的信號采集電路、ARM最小系統(tǒng)電路、通訊控制電路和上位機(jī)組成；蓄電池充電單元包括充電機(jī)、蓄電池和相應(yīng)的充電控制電路，所述充電機(jī)的正極與ARM控制單元的電源正極相連，實(shí)現(xiàn)對ARM控制單元的供電；BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元包括MOS驅(qū)動電路、BUCK降壓電路和放電負(fù)載電阻。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，無需人工操作即可達(dá)到蓄電池自動充、放電的功能，抗干擾能力強(qiáng)，具有推廣使用價值。
【專利說明】
—種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，具體為一種以實(shí)時調(diào)整脈寬調(diào)制信號，來驅(qū)動BUCK斬波電路恒流輸出的充放電控制裝置，涉及蓄電池檢測領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]蓄電池作為工業(yè)領(lǐng)域十分普遍的化學(xué)電源，其工作的穩(wěn)定性、安全性顯得極為重要。但現(xiàn)有的幾類充放電裝置，手工操作太多、放電電流穩(wěn)定性不好，操作不當(dāng)還會造成蓄電池的損壞，難以滿足以后市場的需求。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的蓄電池充放電裝置，往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要人工操作才可實(shí)現(xiàn)蓄電池的充、放電功能，抗干擾能力較差、成本較高。在對充放電的控制過程中也缺少直觀觀察的手段，使得使用者對蓄電池性能的相關(guān)圖形、曲線無法清楚的了解。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中還無法解決輸出電流精度的問題，頻率響應(yīng)速度慢，無法滿足大電流放電，且放電過程中容易產(chǎn)生紅熱現(xiàn)象，安全較低。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的蓄電池充放電裝置，無法人為的控制放電電流、放電次數(shù)等參數(shù)，操作起來不夠方便靈活。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，無需人工操作即可實(shí)現(xiàn)蓄電池自動充、放電的功能，且具備很強(qiáng)的抗干擾能力。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，包括ARM控制單元、蓄電池充電單元、BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元，所述ARM控制單元的輸出端分別和蓄電池充電單元、BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元相連接，其中，ARM控制單元由依次相連的信號采集電路、ARM最小系統(tǒng)電路、通訊控制電路和上位機(jī)組成；所述信號采集電路包括充電電流檢測電路、放電電流檢測電路、蓄電池電壓檢測電路和負(fù)載放電電壓檢測電路構(gòu)成，信號采集電路作為模擬信號的輸入口 ；所述ARM最小系統(tǒng)電路包括ARM處理器，通過ARM處理器對所采集的模擬信號進(jìn)行處理；所述通訊控制電路將ARM處理器處理后的實(shí)時數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)報表，向上位機(jī)傳送；所述上位機(jī)用以數(shù)據(jù)顯示和對ARM處理器下達(dá)操作信號；所述ARM控制單元，根據(jù)檢測的模擬信號，實(shí)時控制產(chǎn)生恒定的輸出電壓、放電電流；
蓄電池充電單元包括充電機(jī)、蓄電池和相應(yīng)的充電控制電路，所述充電機(jī)的正極與ARM控制單元的電源正極相連，實(shí)現(xiàn)對ARM控制單元的供電；
BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元包括MOS驅(qū)動電路、BUCK降壓電路和放電負(fù)載電阻，所述BUCK降壓電路以ARM處理器的一路PWM輸出口作為的驅(qū)動信號輸入端，所述PWM輸出口以設(shè)定的頻率發(fā)送PWM脈沖調(diào)制信號，所述PWM脈沖調(diào)制信號經(jīng)由MOS驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)對蓄電池充放電的控制。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述ARM最小系統(tǒng)電路中，ARM處理器的具體型號為 AT91F40162。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，蓄電池充電單元中的充電控制電路包括接地電阻、第一至第三電阻、三極管和MOS管，蓄電池充電單元的具體電路連接為:
充電機(jī)的負(fù)極與蓄電池的負(fù)極相連接，充電機(jī)的正極分別與MOS管的源極、第三電阻的一端、ARM控制單元相連接，MOS管的漏極與蓄電池的正極相連接，MOS管的柵極分別和第三電阻的另一端、第二電阻的一端相連接，第二電阻的另一端和三極管的集電極相連接，三極管的發(fā)射集接地，三極管的基極和第一電阻的一端相連接，第一電阻的另一端分別和接地電阻的一端、ARM處理器的一個I/O 口相連接，接地電阻的另一端接地；
ARM處理器上電后，所述I/O 口發(fā)出高電平，MOS管導(dǎo)通，充電機(jī)對蓄電池充電，信號采集電路分別檢測充電電流和蓄電池電壓，當(dāng)充電電流小于設(shè)定的閾值時，I/O 口發(fā)出低電平，MOS管斷開，停止充電。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述BUCK降壓電路包括PMOS管、高頻磁環(huán)電感、大電流肖特基二極管、電解電容、CBB電容和獨(dú)石電容，其中:
PMOS管的漏極與蓄電池的正極相連接，PMOS管的柵極與MOS驅(qū)動電路相連接，PMOS管的源極分別與高頻磁環(huán)電感的一端、大電流肖特基二極管的負(fù)極相連接，高頻磁環(huán)電感的另一端分別和電解電容的正極、CBB電容的一端、獨(dú)石電容的一端相連接，大電流肖特基二極管的正極分別與電解電容的負(fù)極、CBB電容的另一端、獨(dú)石電容的另一端相連接后接地，BUCK降壓電路的輸出端與放電負(fù)載電阻相連接。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述MOS驅(qū)動電路采用推挽輸出的方式，增強(qiáng)驅(qū)動信號對PMOS管Q7柵極的驅(qū)動能力。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述放電負(fù)載電阻為PTC陶瓷電阻。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述述充電電流檢測電路和放電電流檢測電路中，由高精度霍爾電流傳感器進(jìn)行電流采樣，采樣精度為1mA。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述蓄電池電壓檢測電路和負(fù)載放電電壓檢測電路中，由電阻分壓采樣電路進(jìn)行電壓采樣。
[0015]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，無需人工操作即可達(dá)到蓄電池自動充、放電的功能，抗干擾能力強(qiáng)，具有推廣使用價值。
[0016]2、本發(fā)明采用ARM處理器作為核心控制器件，無需PWM調(diào)制芯片，可極大降低成本。通過充電機(jī)直接給ARM控制單元供電，供電電路簡單、可行。把采集到的各個信號進(jìn)行分析、并生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表，上傳給上位機(jī)來顯示蓄電池性能的相關(guān)圖形、曲線，更加清楚直觀。
[0017]3、本發(fā)明采用成熟的BUCK降壓電路，輸出電流精度能夠達(dá)到1% ;采用P溝道增強(qiáng)型MOS管，頻率響應(yīng)速度快，滿足大電流放電。使用P溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管作為大功率開關(guān)元件，實(shí)現(xiàn)充電開關(guān)的作用。使用的放電負(fù)載電阻LOAD采用新型PTC陶瓷電阻，使用壽命長，放電過程中無紅熱現(xiàn)象，安全可靠。使用的磁環(huán)電感選用鐵硅鋁鐵心繞制，高頻特性好。
[0018]4、本發(fā)明的放電電流、放電次數(shù)等參數(shù)可根據(jù)用戶要求自行設(shè)置。通訊方式采用無線通訊，簡化了接線，方便靈活。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明中蓄電池充電單元電路原理圖。
[0021]圖3是本發(fā)明中BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元電路原理圖，
其中:1、MOS驅(qū)動電路，2、BUCK降壓電路，3、放電負(fù)載電阻。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，所述蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，包括ARM控制單元、蓄電池充電單元、BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元，所述ARM控制單元的輸出端分別和蓄電池充電單元、BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元相連接，其中，ARM控制單元由依次相連的信號采集電路、ARM最小系統(tǒng)電路、通訊控制電路和上位機(jī)組成；所述信號采集電路包括充電電流檢測電路、放電電流檢測電路、蓄電池電壓檢測電路和負(fù)載放電電壓檢測電路構(gòu)成，信號采集電路作為模擬信號的輸入口 ；所述ARM最小系統(tǒng)電路包括ARM處理器，通過ARM處理器對所采集的模擬信號進(jìn)行處理；所述通訊控制電路將ARM處理器處理后的實(shí)時數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)報表，向上位機(jī)傳送；所述上位機(jī)用以數(shù)據(jù)顯示和對ARM處理器下達(dá)操作信號；所述ARM控制單元，根據(jù)檢測的模擬信號，實(shí)時控制產(chǎn)生恒定的輸出電壓、放電電流；
蓄電池充電單元包括充電機(jī)、蓄電池和相應(yīng)的充電控制電路，所述充電機(jī)的正極與ARM控制單元的電源正極相連，實(shí)現(xiàn)對ARM控制單元的供電；
BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元包括MOS驅(qū)動電路、BUCK降壓電路和放電負(fù)載電阻，所述BUCK降壓電路以ARM處理器的一路PWM輸出口作為的驅(qū)動信號輸入端，所述PWM輸出口以設(shè)定的頻率發(fā)送PWM脈沖調(diào)制信號，所述PWM脈沖調(diào)制信號經(jīng)由MOS驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)對蓄電池充放電的控制。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述ARM最小系統(tǒng)電路中，ARM處理器的具體型號為 AT91F40162。
[0024]本發(fā)明中蓄電池充電單元電路原理圖如圖2所示，蓄電池充電單元由電阻R41、R1、R2、R3、三極管Q1、M0S管Q2構(gòu)成，用于充電的充電機(jī)正極與MOS管Q2的源極相連，充電機(jī)的負(fù)極直接接蓄電池的負(fù)極，蓄電池的正極與MOS管Q2的漏極相連。電路板上電之后，ARM處理器的充電控制口 CTROl輸出高電平，MOS管Q2導(dǎo)通，充電機(jī)給蓄電池充電，電流傳感器檢測充電電流信號，當(dāng)充電電流低于設(shè)定值之后，對蓄電池進(jìn)行一定時間的浮充后，充電控制口 CTROl輸出低電平，MOS管Q2截止，充電機(jī)停止充電，裝置開始放電。蓄電池充電單元的具體電路連接為:
充電機(jī)的負(fù)極與蓄電池的負(fù)極相連接，充電機(jī)的正極分別與MOS管的源極、第三電阻的一端、ARM控制單元相連接，MOS管的漏極與蓄電池的正極相連接，MOS管的柵極分別和第三電阻的另一端、第二電阻的一端相連接，第二電阻的另一端和三極管的集電極相連接，三極管的發(fā)射集接地，三極管的基極和第一電阻的一端相連接，第一電阻的另一端分別和接地電阻的一端、ARM處理器的一個I/O 口相連接，接地電阻的另一端接地； ARM處理器上電后，所述I/O 口發(fā)出高電平，MOS管導(dǎo)通，充電機(jī)對蓄電池充電，信號采集電路分別檢測充電電流和蓄電池電壓，當(dāng)充電電流小于設(shè)定的閾值時，I/O 口發(fā)出低電平，MOS管斷開，停止充電。
[0025]本發(fā)明中BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元電路原理圖如圖3所示，其中I為MOS驅(qū)動電路，2為BUCK降壓電路，3為放電負(fù)載電阻。
[0026]選擇ARM處理器的一路PWM輸出口作為BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元的驅(qū)動信號CTR02，通過推挽電路以設(shè)定頻率驅(qū)動MOS管Q7，當(dāng)驅(qū)動信號CTR02輸出高電平，MOS管Q7導(dǎo)通，此時磁環(huán)電感LI儲能，流過電感的電流線性增加，同時給負(fù)載LOAD提供能量；當(dāng)驅(qū)動信號CTR02輸出低電平，MOS管Q7截止，此時磁環(huán)電感LI通過肖特基二極管D5續(xù)流，如此不斷反復(fù)進(jìn)行，使輸出負(fù)載電壓達(dá)到設(shè)定值。
[0027]輸出電壓并接在放電負(fù)載電阻LOAD兩端，霍爾電流傳感器檢測實(shí)時放電電流，根據(jù)采樣值不停的調(diào)整MOS管導(dǎo)通/截止時間比，使放電電流無比接近設(shè)定值，從而達(dá)到恒流穩(wěn)定輸出，電流精度控制在1%以內(nèi)。電池電壓采樣電路檢測蓄電池實(shí)時電壓，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值，ARM停止輸出PWM驅(qū)動信號CTR02，放電停止，裝置開始對蓄電池充電，如此實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)充放電。放電次數(shù)可通過上位機(jī)先行進(jìn)行設(shè)置，每次流程完全實(shí)現(xiàn)自動化，無需人工操作。
[0028]充放電過程中，ARM處理器將采集到的數(shù)據(jù)處理之后生成相應(yīng)數(shù)據(jù)報表，通過無線傳送方式發(fā)給上位機(jī)，上位機(jī)用圖形或曲線的方式直觀的反應(yīng)蓄電池性能的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠隨時了解充放電的進(jìn)程及電池性能參數(shù)的正確性。
[0029]上位機(jī)監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)異常，完全可以自動或手動停止，以防危險發(fā)生。
[0030]所述BUCK降壓電路的具體電路連接如下:
PMOS管的漏極與蓄電池的正極相連接，PMOS管的柵極與MOS驅(qū)動電路相連接，PMOS管的源極分別與高頻磁環(huán)電感的一端、大電流肖特基二極管的負(fù)極相連接，高頻磁環(huán)電感的另一端分別和電解電容的正極、CBB電容的一端、獨(dú)石電容的一端相連接，大電流肖特基二極管的正極分別與電解電容的負(fù)極、CBB電容的另一端、獨(dú)石電容的另一端相連接后接地，BUCK降壓電路的輸出端與放電負(fù)載電阻相連接。BUCK降壓電路輸出端并接大電解電容EC3、CBB電容ClO和瓷片電容Cl I，構(gòu)成濾波電路，高效穩(wěn)壓，紋波系數(shù)控制在0.5%以內(nèi)。
[0031]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述MOS驅(qū)動電路采用推挽輸出的方式，增強(qiáng)驅(qū)動信號對PMOS管Q7柵極的驅(qū)動能力。
[0032]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述放電負(fù)載電阻為PTC陶瓷電阻。
[0033]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述述充電電流檢測電路和放電電流檢測電路中，由高精度霍爾電流傳感器進(jìn)行電流采樣，采樣精度為1mA。
[0034]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述蓄電池電壓檢測電路和負(fù)載放電電壓檢測電路中，由電阻分壓采樣電路進(jìn)行電壓采樣。
[0035]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，其特征在于:包括ARM控制單元、蓄電池充電單元、BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元，所述ARM控制單元的輸出端分別和蓄電池充電單元、BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元相連接，其中， ARM控制單元由依次相連的信號采集電路、ARM最小系統(tǒng)電路、通訊控制電路和上位機(jī)組成；所述信號采集電路包括充電電流檢測電路、放電電流檢測電路、蓄電池電壓檢測電路和負(fù)載放電電壓檢測電路構(gòu)成，信號采集電路作為模擬信號的輸入口 ；所述ARM最小系統(tǒng)電路包括ARM處理器，通過ARM處理器對所采集的模擬信號進(jìn)行處理；所述通訊控制電路將ARM處理器處理后的實(shí)時數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)報表，向上位機(jī)傳送；所述上位機(jī)用以數(shù)據(jù)顯示和對ARM處理器下達(dá)操作信號；所述ARM控制單元，根據(jù)檢測的模擬信號，實(shí)時控制產(chǎn)生恒定的輸出電壓、放電電流； 蓄電池充電單元包括充電機(jī)、蓄電池和相應(yīng)的充電控制電路，所述充電機(jī)的正極與ARM控制單元的電源正極相連，實(shí)現(xiàn)對ARM控制單元的供電； BUCK降壓電路驅(qū)動及恒流輸出單元包括MOS驅(qū)動電路、BUCK降壓電路和放電負(fù)載電阻，所述BUCK降壓電路以ARM處理器的一路PWM輸出口作為的驅(qū)動信號輸入端，所述PWM輸出口以設(shè)定的頻率發(fā)送PWM脈沖調(diào)制信號，所述PWM脈沖調(diào)制信號經(jīng)由MOS驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)對蓄電池充放電的控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，其特征在于:所述ARM最小系統(tǒng)電路中，ARM處理器的具體型號為AT91F40162。
3.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，其特征在于，蓄電池充電單元中的充電控制電路包括接地電阻、第一至第三電阻、三極管和MOS管，蓄電池充電單元的具體電路連接為: 充電機(jī)的負(fù)極與蓄電池的負(fù)極相連接，充電機(jī)的正極分別與MOS管的源極、第三電阻的一端、ARM控制單元相連接，MOS管的漏極與蓄電池的正極相連接，MOS管的柵極分別和第三電阻的另一端、第二電阻的一端相連接，第二電阻的另一端和三極管的集電極相連接，三極管的發(fā)射集接地，三極管的基極和第一電阻的一端相連接，第一電阻的另一端分別和接地電阻的一端、ARM處理器的一個I/O 口相連接，接地電阻的另一端接地； ARM處理器上電后，所述I/O 口發(fā)出高電平，MOS管導(dǎo)通，充電機(jī)對蓄電池充電，信號采集電路分別檢測充電電流和蓄電池電壓，當(dāng)充電電流小于設(shè)定的閾值時，I/O 口發(fā)出低電平，MOS管斷開，停止充電。
4.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，其特征在于:所述BUCK降壓電路包括PMOS管、高頻磁環(huán)電感、大電流肖特基二極管、電解電容、CBB電容和獨(dú)石電容，其中: PMOS管的漏極與蓄電池的正極相連接，PMOS管的柵極與MOS驅(qū)動電路相連接，PMOS管的源極分別與高頻磁環(huán)電感的一端、大電流肖特基二極管的負(fù)極相連接，高頻磁環(huán)電感的另一端分別和電解電容的正極、CBB電容的一端、獨(dú)石電容的一端相連接，大電流肖特基二極管的正極分別與電解電容的負(fù)極、CBB電容的另一端、獨(dú)石電容的另一端相連接后接地，BUCK降壓電路的輸出端與放電負(fù)載電阻相連接。
5.如權(quán)利要求4所述的一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，其特征在于:所述MOS驅(qū)動電路采用推挽輸出的方式，增強(qiáng)驅(qū)動信號對PMOS管Q7柵極的驅(qū)動能力。
6.如權(quán)利要求4或5所述的一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，其特征在于:所述放電負(fù)載電阻為PTC陶瓷電阻。
7.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，其特征在于:所述充電電流檢測電路和放電電流檢測電路中，由高精度霍爾電流傳感器進(jìn)行電流采樣，采樣精度為1mA。
8.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池自動充放電及容量檢測裝置，其特征在于:所述蓄電池電壓檢測電路和負(fù)載放電電壓檢測電路中，由電阻分壓采樣電路進(jìn)行電壓采樣。
【文檔編號】G01R31/36GK104267350SQ201410449294
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】姚平, 朱忠偉, 檀三強(qiáng) 申請人:江蘇銀佳企業(yè)集團(tuán)有限公司