一种野外锂电池充电装置和方法与流程

本发明涉及充电器技术领域，尤其涉及一种用于野外的锂电池充电装置和方法。

背景技术：

随着科学技术的发展及人们生活水平的提高，自动化设备越来越多，通过这些自动化设备，可以大大节省人力成本，且生产效率高。在农林行业，野外植物保护操作，如农药喷洒等工作，由于以前均通过人工喷洒，需要人工携带很重的药剂对树木进行喷洒，对于大面积的树林，喷洒效率低，而随着科技的发展，目前开始采用无人机对农林的药物进行喷洒。

目前现有电动类无人机，通常在野外长时间连续作业时，需要大量的锂电池供电，特别是植保类无人机尤其突出，通常外出作业需要持续数月，目前基本的解决方式为，一、准备大量的锂电池组，由专人将没电的电池送至农户家中充电，待充满电后将电池带到作业点，然后再将没电的电池带回，如此循环；二、准备一个或多个商用的市电发电机+降压稳压电源+充电器，就地充电。

第一种需要一个专人来负责，并且需要准备大量的电池组；第二种基本能够解决问题，但是安全和效率受到影响，由于野外环境比较复杂，稍有不慎就会发生触电危险，对人身安全有极大隐患；同时会有一个降压过程，将会有20%电量变成热量消失，效率将会降低。

技术实现要素：

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种安全性高，充电效率高的锂电池充电装置和方法。

为了达到上述目的，本发明公开一种野外锂电池充电装置，包括：

用于给设备进行充电的充电模块，充电模块上设置有充电器，所述充电器与设备的锂电池组电连接；

用于给充电模块进行充电的发电模块，所述发电模块上设置有恒压为30V以下的发电机和将发电机发出的交流电转换成直流电的整流器，发电机与整流器的输入端连接，所述整流器的输出端与充电器电连接，直接给充电器充电；

用于给发电模块提供动力的动力模块，所述动力模块上设置有维持发电机的恒压动力源的恒压控制器，所述恒压控制器与整流器的输出端电连接。

其中，所述动力模块内还设置有内燃机组，所述内燃机组包括内燃机和油门电机，所述油门电机与内燃机电连接，控制内燃机的运转速度，且内燃机直接与发电机电连接，驱动发电机转动。

其中，所述恒压控制器上设置有电压检测芯片、主控制器和电机控制组件，所述电压检测芯片与主控制器电连接，并将检测到的整流器中输出的电压大小传递给主控制器，所述主控制器与电机控制组件电连接，根据检测到的电压控制电机控制组件的转速；所述电机控制组件直接与油门电机电连接，直接控制油门电机的油门大小。

其中，所述主控制器设定保持电压为27V，以控制电机控制组件的转速，从而控制油门电机的油门大小使发电机电压恒定为27V，当整个恒压控制器无法在3秒内江发电机调整为27V时，恒压控制器重新启动。

其中，所述充电器为锂电池组专用平衡充电器，其输出电压不大于27V，所述充电器上设置有主电源输出接口和平衡接头输出调节接口，所述主电源输出接口为大电流充电接口，平衡接头输出接口调节锂电池组内每片电芯电压的一致性。

本发明还公开一种野外锂电池充电方法，包括：

动力模块内的恒压控制器控制发电模块的发电机输出恒定的30V以下的电压；

发电模块上的发电机的输出端与同为发电模块中的整流器的输入端连接，且发电机的输出电压为30V以下，由整流器将发电机发出的交流电转换成直流电压输出；

整流器的输出端与充电模块上的充电器电连接，由充电器控制设备的锂电池组的充电。

其中，所述恒压控制器控制内燃机组从而驱动发电机发电，所述内燃机组包括内燃机和油门电机，油门电机直接控制内燃机的转速，发电机通过内燃机的转速的大小来输出不同大小交流电压。

其中，所述恒压控制器上的电压检测芯片检测整流器的输出电压大小，并将检测到的整流器中输出的电压大小传递给主控制器，所述主控制器根据电压的大小，调整电机控制组件的转速；所述电机控制组件直接与油门电机电连接，直接控制油门电机的油门大小。

其中，所述主控制器设置保持电压为27V，以控制电机控制组件的转速，当检测到整流器输出电压大于27V时，则电机控制组件正向转动，减小油门电机油门大小使内燃机转速降低至让发电机电压直到27V为止，若小于27V时则电机控制组件反向转动，加大油门电机油门大小，使内燃机的转速加快至能让发电机能发出27V为止，若等于27V时则保持当前油门，如此一直循环，始终保持能够输出27V电压给充电器，若3秒内无法调整发电机至27V，恒压控制器重新启动。

其中，所述充电器采用锂电池组专用平衡充电器，输出电压不大于27V，且充电器的主电源输出接口和平衡接头输出调节接口都与锂电池组连接，其主电源输出接口为大电流充电接口，平衡接头输出接口作用为调节锂电池组内每片电芯电压的一致性。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明的公开了一种用于野外作业的锂电池充电装置和方法，该锂电池充电装置，结构简单，充电方式方便，尤其适合于野外作业，其主要由内燃机，发电机，充电器组成；其特点是直接使用30V以下的低压恒压发电系统，在野外复杂情况下也可安全使用，不会发生触电危险；没有降压过程，效率更高。整个过程不需要降压设备，电压只有27V低于安全电压值，更加安全；整个过程不需要降压设备，电压只有27V低于安全电压值，更加安全；本发明没有降压设备可以降低成本和维护成本以及重量，同时减少了效率转换，更加节能；在充电工过中的输出功率是会随着电池的充满和充电电池数量的不同，会自动调节内燃机油门，即根据输出负载是大小自动等量输出相应的油门，高负载高油门低负载低油门甚至怠速运行，这样可以非常的省油，将会更加节能。

附图说明

图1为本发明实施例的锂电池充电装置的结构的示意图；

图2为本发明实施例的恒压控制器内部结构连接示意图；

图3为本发明实施例的锂电池充电方法流程图。

主要元件说明：

1、动力模块 2、发电模块

3、充电模块 11、恒压控制器

12、油门电机 13、内燃机

14、高压发生器 15、火花塞

16、点火线圈 21、整流器

22、发电机 23、充电器

32、锂电池组 111、DC-DC降压稳压器

112、电压检测芯片 113、主控制器

114、步进电机驱动芯片 115、可控硅

116、步进电机。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

参阅图1，本发明提供一种野外锂电池充电装置，其主要包括用于给发电模块提供动力的动力模块1、用于给充电模块进行充电的发电模块2和用于给设备进行充电的充电模块3，动力模块1与发电模块2电连接，发电模块2与充电模块3电连接，动力模块1包括恒压控制器11，恒压控制器11主要用于检测整个充电装置的输出电压值，并控制油门电机12的运转，而油门电机12设置在内燃机13上，油门电机12与内燃机13共同组合成内燃机组，整个内燃机组主要是为了驱动发电机22转动，发电机22转动了才能发出电力。在本实施例中油门电机12的油门大小由恒压控制器11控制，而油门电机12中油门的大小又直接控制内燃机13的转速，内燃机13与发电模块2上的发电机22电连接，从而驱动发电机22的转动，发电机22所发的电压由内燃机13的转速来确定。

在本实施例中，发电模块1上还包括有整流器21，由于发电机22发出的电是交流电，而一般充电器所充的电都是直流电，故需要再此处设置一个整流器21，将交流电转换成直流电再输出。

请参阅图2，在本实施例中，恒压控制器11内部进一步包括有DC-DC降压稳压器111、电压检测芯片112、主控制器113、步进电机驱动芯片114、可控硅115和步进电机116，其中步进电机驱动芯片114与步进电机116组合成电机控制组件，其中步进电机116与油门电机12电连接，步进电机驱动芯片114与主控制器113电连接，主控制器113与电压检测芯片112和DC-DC降压稳压器111电连接，电压检测芯片112和DC-DC降压稳压器111同时与整流器21电连接、其中，在整个动力模块中，还设置有高压发生器14、火花塞15和点火线圈16，其中高压发生器14与点火线圈16都与可控硅115电连接，高压发生器14与火花塞15电连接，火花塞15与内燃机13电连接，内燃机13与点火线圈16电连接。

在本实施例中，整个恒压控制器11的电源从整流器21的输出端口取电，经过DC-DC降压至稳定器111降压成5V给整个恒压控制器11供电，电压检测芯片112将检测到的整流器21的电压发送至主控制器113，主控制器113为恒压控制器的CPU，其内置控制程序，负责协调和判断，将主控制器113设置27V的保持电压。当电压检测芯片112检测到的电压低于27V时，主控制器113则给步进电机驱动芯片114发送信号，进而驱动步进电机116顺时针运动，当大于27V时则逆时针运动，当刚好27V时则保持当前位置。同时，若恒压控制器11在3秒内一直无法调整至27V，则主控制器113发送信号至可控硅115断开高压发生器14的电路，高压发生器14控制火花塞15作用于内燃机13，使内燃机13瞬时失去动力，电压将会瞬间闪断，此时充电器31将重启，不会有输出，发电机22将没有负载，在惯性的作用下内燃机13还会旋转，此时电压将会回升，恒压控制器11将重新开始工作，内燃机13进入怠速状态，若持续不能达到27V则如此循环，惯性持续衰减直至不足以启动内燃机，内燃机13熄火，充电器3在电源低于15V时则重启，没有电压输出。当需要从新启动内燃机13时，内燃机13控制点火线圈16工作，并传递点火信息给可控硅115。

在本实施例中，整流器21输出恒定电压给充电模块3上的充电器31，充电器31为锂电池组32专用平衡充电器，其输出为7.4-25.2V，充电器31上设置有主电源输出接口和平衡接头输出调节接口，主电源输出接口为大电流充电接口，平衡接头输出接口调节锂电池组内每片电芯电压的一致性。

请参阅图3，本发明还提供了一种野外锂电池充电的方法，其主要步骤包括：

S1、通过恒压控制器11检测整流器21的输出电压；

S2、恒压控制器11内部设置27V的保持电压，并控制电机控制组件的转向，从而控制油门电机12的油门大小，再控制内燃机13的转速；

S3、内燃机驱动发电机转动，内燃机的转速直接控制发电机的转动快慢，从而控制发电机22输出电压的大小；

S4、由于发电机22发出的电压为交流电，故通过整流器21将发电机22发出的交流电压转换成直流电压，并输出，其中一端输出给恒压控制器11，另一端输出给整流器31；

S5、恒压控制器11检测整流器21输出的电压是否为恒定的27V，当为恒定的27V时，输出给充电器，当不为恒定的27V时，执行S8步骤，判断循环时间是否持续3秒，如果未持续3秒，则通过恒压控制器11重新调整油门电机的油门大小，控制内燃机调整转速，即执行S2步骤，从而调整发电机22的输出，以此循环，直至为恒定27V；若超过3秒，即执行S9步骤；

S6、当整流器21为输出的恒定27V时，给充电器31进行充电；

S7、充电器31给设备的锂电池组32进行充电。

S8、是否循环调整发电机22的电压持续3秒，未持续3秒，执行S2步骤，若已经持续了3秒，则执行S9步骤；

S9、恒压控制器内的可控硅115断开高压发生器14；

S10、高压发生器14控制火花塞15，断开火花塞15，从而使内燃机13瞬间失去动力，电压将会瞬间闪断，；

S11、充电器31在电源低于15V时则重启，没有电压输出，发电机22将没有负载，在惯性的作用下内燃机13还会旋转，此时电压将会回升，恒压控制器11将重新开始工作，内燃机13进入怠速状态；

S12、再次检测整流器31是否达到27V，达到27V，则执行S6步骤，整流器21输出27V电压给充电器31，充电器31给锂电池组重点，若持续不能达到27V则如此循环，惯性持续衰减直至不足以启动内燃机，内燃机13熄火，停止工作。

同样，在本实施例所用的充电方法中，充电器31也应采用锂电池组32专用平衡充电器31，输出电压范围在7.4-25.2V，且充电器的主电源输出接口和平衡接头输出调节接口都与锂电池组连接，其主电源输出接口为大电流充电接口，平衡接头输出接口作用为调节锂电池组内每片电芯电压的一致性。

本发明的优势在于：

1）本发明公开了一种锂电池充电系统，该充电系统尤其适合于野外作业，其由内燃机，发电机，充电器组成；结构简单，体积小，也便于携带；

2）该锂电池充电装置直接使用30V以下的低压恒压发电系统，在野外复杂情况下也可安全使用，不会发生触电危险；没有降压过程，效率更高；

3）整个过程不需要降压设备，电压只有30V以下低于安全电压值，更加安全；没有降压设备可以降低成本和维护成本以及重量，同时减少了效率转换；

4）在充电工过中的输出功率是会随着电池的充满和充电电池数量的不同，会自动调节内燃机及油门电机，即根据输出负载是大小自动等量输出相应的油门，高负载高油门低负载低油门甚至怠速运行，这样可以非常的省油，将会更加节能。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。