一种蓄电池自动充放电及容量检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，包括ARM控制单元、蓄电池充电单元、BUCK降压电路驱动及恒流输出单元，所述ARM控制单元的输出端分别和蓄电池充电单元、BUCK降压电路驱动及恒流输出单元相连接；ARM控制单元由依次相连的信号采集电路、ARM最小系统电路、通讯控制电路和上位机组成；蓄电池充电单元包括充电机、蓄电池和相应的充电控制电路，所述充电机的正极与ARM控制单元的电源正极相连，实现对ARM控制单元的供电；BUCK降压电路驱动及恒流输出单元包括MOS驱动电路、BUCK降压电路和放电负载电阻。本发明装置结构简单，无需人工操作即可达到蓄电池自动充、放电的功能，抗干扰能力强，具有推广使用价值。
【专利说明】
—种蓄电池自动充放电及容量检测装置
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，具体为一种以实时调整脉宽调制信号，来驱动BUCK斩波电路恒流输出的充放电控制装置，涉及蓄电池检测领域。
【背景技术】
[0002]蓄电池作为工业领域十分普遍的化学电源，其工作的稳定性、安全性显得极为重要。但现有的几类充放电装置，手工操作太多、放电电流稳定性不好，操作不当还会造成蓄电池的损坏，难以满足以后市场的需求。
[0003]现有技术中的蓄电池充放电装置，往往结构复杂，需要人工操作才可实现蓄电池的充、放电功能，抗干扰能力较差、成本较高。在对充放电的控制过程中也缺少直观观察的手段，使得使用者对蓄电池性能的相关图形、曲线无法清楚的了解。
[0004]现有技术中还无法解决输出电流精度的问题，频率响应速度慢，无法满足大电流放电，且放电过程中容易产生红热现象，安全较低。
[0005]现有技术中的蓄电池充放电装置，无法人为的控制放电电流、放电次数等参数，操作起来不够方便灵活。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术的缺陷，提供一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，无需人工操作即可实现蓄电池自动充、放电的功能，且具备很强的抗干扰能力。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，包括ARM控制单元、蓄电池充电单元、BUCK降压电路驱动及恒流输出单元，所述ARM控制单元的输出端分别和蓄电池充电单元、BUCK降压电路驱动及恒流输出单元相连接，其中，ARM控制单元由依次相连的信号采集电路、ARM最小系统电路、通讯控制电路和上位机组成；所述信号采集电路包括充电电流检测电路、放电电流检测电路、蓄电池电压检测电路和负载放电电压检测电路构成，信号采集电路作为模拟信号的输入口 ；所述ARM最小系统电路包括ARM处理器，通过ARM处理器对所采集的模拟信号进行处理；所述通讯控制电路将ARM处理器处理后的实时数据生成数据报表，向上位机传送；所述上位机用以数据显示和对ARM处理器下达操作信号；所述ARM控制单元，根据检测的模拟信号，实时控制产生恒定的输出电压、放电电流；
蓄电池充电单元包括充电机、蓄电池和相应的充电控制电路，所述充电机的正极与ARM控制单元的电源正极相连，实现对ARM控制单元的供电；
BUCK降压电路驱动及恒流输出单元包括MOS驱动电路、BUCK降压电路和放电负载电阻，所述BUCK降压电路以ARM处理器的一路PWM输出口作为的驱动信号输入端，所述PWM输出口以设定的频率发送PWM脉冲调制信号，所述PWM脉冲调制信号经由MOS驱动电路实现对蓄电池充放电的控制。
[0008]作为本发明的进一步优选方案，所述ARM最小系统电路中，ARM处理器的具体型号为 AT91F40162。
[0009]作为本发明的进一步优选方案，蓄电池充电单元中的充电控制电路包括接地电阻、第一至第三电阻、三极管和MOS管，蓄电池充电单元的具体电路连接为:
充电机的负极与蓄电池的负极相连接，充电机的正极分别与MOS管的源极、第三电阻的一端、ARM控制单元相连接，MOS管的漏极与蓄电池的正极相连接，MOS管的栅极分别和第三电阻的另一端、第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端和三极管的集电极相连接，三极管的发射集接地，三极管的基极和第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端分别和接地电阻的一端、ARM处理器的一个I/O 口相连接，接地电阻的另一端接地；
ARM处理器上电后，所述I/O 口发出高电平，MOS管导通，充电机对蓄电池充电，信号采集电路分别检测充电电流和蓄电池电压，当充电电流小于设定的阈值时，I/O 口发出低电平，MOS管断开，停止充电。
[0010]作为本发明的进一步优选方案，所述BUCK降压电路包括PMOS管、高频磁环电感、大电流肖特基二极管、电解电容、CBB电容和独石电容，其中:
PMOS管的漏极与蓄电池的正极相连接，PMOS管的栅极与MOS驱动电路相连接，PMOS管的源极分别与高频磁环电感的一端、大电流肖特基二极管的负极相连接，高频磁环电感的另一端分别和电解电容的正极、CBB电容的一端、独石电容的一端相连接，大电流肖特基二极管的正极分别与电解电容的负极、CBB电容的另一端、独石电容的另一端相连接后接地，BUCK降压电路的输出端与放电负载电阻相连接。
[0011]作为本发明的进一步优选方案，所述MOS驱动电路采用推挽输出的方式，增强驱动信号对PMOS管Q7栅极的驱动能力。
[0012]作为本发明的进一步优选方案，所述放电负载电阻为PTC陶瓷电阻。
[0013]作为本发明的进一步优选方案，所述述充电电流检测电路和放电电流检测电路中，由高精度霍尔电流传感器进行电流采样，采样精度为1mA。
[0014]作为本发明的进一步优选方案，所述蓄电池电压检测电路和负载放电电压检测电路中，由电阻分压采样电路进行电压采样。
[0015]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1、本发明装置结构简单，无需人工操作即可达到蓄电池自动充、放电的功能，抗干扰能力强，具有推广使用价值。
[0016]2、本发明采用ARM处理器作为核心控制器件，无需PWM调制芯片，可极大降低成本。通过充电机直接给ARM控制单元供电，供电电路简单、可行。把采集到的各个信号进行分析、并生成相应的数据报表，上传给上位机来显示蓄电池性能的相关图形、曲线，更加清楚直观。
[0017]3、本发明采用成熟的BUCK降压电路，输出电流精度能够达到1% ;采用P沟道增强型MOS管，频率响应速度快，满足大电流放电。使用P沟道增强型场效应管作为大功率开关元件，实现充电开关的作用。使用的放电负载电阻LOAD采用新型PTC陶瓷电阻，使用寿命长，放电过程中无红热现象，安全可靠。使用的磁环电感选用铁硅铝铁心绕制，高频特性好。
[0018]4、本发明的放电电流、放电次数等参数可根据用户要求自行设置。通讯方式采用无线通讯，简化了接线，方便灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的模块结构示意图。
[0020]图2是本发明中蓄电池充电单元电路原理图。
[0021]图3是本发明中BUCK降压电路驱动及恒流输出单元电路原理图，
其中:1、MOS驱动电路，2、BUCK降压电路，3、放电负载电阻。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
本发明的模块结构示意图如图1所示，所述蓄电池自动充放电及容量检测装置，包括ARM控制单元、蓄电池充电单元、BUCK降压电路驱动及恒流输出单元，所述ARM控制单元的输出端分别和蓄电池充电单元、BUCK降压电路驱动及恒流输出单元相连接，其中，ARM控制单元由依次相连的信号采集电路、ARM最小系统电路、通讯控制电路和上位机组成；所述信号采集电路包括充电电流检测电路、放电电流检测电路、蓄电池电压检测电路和负载放电电压检测电路构成，信号采集电路作为模拟信号的输入口 ；所述ARM最小系统电路包括ARM处理器，通过ARM处理器对所采集的模拟信号进行处理；所述通讯控制电路将ARM处理器处理后的实时数据生成数据报表，向上位机传送；所述上位机用以数据显示和对ARM处理器下达操作信号；所述ARM控制单元，根据检测的模拟信号，实时控制产生恒定的输出电压、放电电流；
蓄电池充电单元包括充电机、蓄电池和相应的充电控制电路，所述充电机的正极与ARM控制单元的电源正极相连，实现对ARM控制单元的供电；
BUCK降压电路驱动及恒流输出单元包括MOS驱动电路、BUCK降压电路和放电负载电阻，所述BUCK降压电路以ARM处理器的一路PWM输出口作为的驱动信号输入端，所述PWM输出口以设定的频率发送PWM脉冲调制信号，所述PWM脉冲调制信号经由MOS驱动电路实现对蓄电池充放电的控制。
[0023]作为本发明的进一步优选方案，所述ARM最小系统电路中，ARM处理器的具体型号为 AT91F40162。
[0024]本发明中蓄电池充电单元电路原理图如图2所示，蓄电池充电单元由电阻R41、R1、R2、R3、三极管Q1、M0S管Q2构成，用于充电的充电机正极与MOS管Q2的源极相连，充电机的负极直接接蓄电池的负极，蓄电池的正极与MOS管Q2的漏极相连。电路板上电之后，ARM处理器的充电控制口 CTROl输出高电平，MOS管Q2导通，充电机给蓄电池充电，电流传感器检测充电电流信号，当充电电流低于设定值之后，对蓄电池进行一定时间的浮充后，充电控制口 CTROl输出低电平，MOS管Q2截止，充电机停止充电，装置开始放电。蓄电池充电单元的具体电路连接为:
充电机的负极与蓄电池的负极相连接，充电机的正极分别与MOS管的源极、第三电阻的一端、ARM控制单元相连接，MOS管的漏极与蓄电池的正极相连接，MOS管的栅极分别和第三电阻的另一端、第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端和三极管的集电极相连接，三极管的发射集接地，三极管的基极和第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端分别和接地电阻的一端、ARM处理器的一个I/O 口相连接，接地电阻的另一端接地； ARM处理器上电后，所述I/O 口发出高电平，MOS管导通，充电机对蓄电池充电，信号采集电路分别检测充电电流和蓄电池电压，当充电电流小于设定的阈值时，I/O 口发出低电平，MOS管断开，停止充电。
[0025]本发明中BUCK降压电路驱动及恒流输出单元电路原理图如图3所示，其中I为MOS驱动电路，2为BUCK降压电路，3为放电负载电阻。
[0026]选择ARM处理器的一路PWM输出口作为BUCK降压电路驱动及恒流输出单元的驱动信号CTR02，通过推挽电路以设定频率驱动MOS管Q7，当驱动信号CTR02输出高电平，MOS管Q7导通，此时磁环电感LI储能，流过电感的电流线性增加，同时给负载LOAD提供能量；当驱动信号CTR02输出低电平，MOS管Q7截止，此时磁环电感LI通过肖特基二极管D5续流，如此不断反复进行，使输出负载电压达到设定值。
[0027]输出电压并接在放电负载电阻LOAD两端，霍尔电流传感器检测实时放电电流，根据采样值不停的调整MOS管导通/截止时间比，使放电电流无比接近设定值，从而达到恒流稳定输出，电流精度控制在1%以内。电池电压采样电路检测蓄电池实时电压，当电池电压低于设定值，ARM停止输出PWM驱动信号CTR02，放电停止，装置开始对蓄电池充电，如此实现自动循环充放电。放电次数可通过上位机先行进行设置，每次流程完全实现自动化，无需人工操作。
[0028]充放电过程中，ARM处理器将采集到的数据处理之后生成相应数据报表，通过无线传送方式发给上位机，上位机用图形或曲线的方式直观的反应蓄电池性能的相关数据，能够随时了解充放电的进程及电池性能参数的正确性。
[0029]上位机监控过程中发现异常，完全可以自动或手动停止，以防危险发生。
[0030]所述BUCK降压电路的具体电路连接如下:
PMOS管的漏极与蓄电池的正极相连接，PMOS管的栅极与MOS驱动电路相连接，PMOS管的源极分别与高频磁环电感的一端、大电流肖特基二极管的负极相连接，高频磁环电感的另一端分别和电解电容的正极、CBB电容的一端、独石电容的一端相连接，大电流肖特基二极管的正极分别与电解电容的负极、CBB电容的另一端、独石电容的另一端相连接后接地，BUCK降压电路的输出端与放电负载电阻相连接。BUCK降压电路输出端并接大电解电容EC3、CBB电容ClO和瓷片电容Cl I，构成滤波电路，高效稳压，纹波系数控制在0.5%以内。
[0031]作为本发明的进一步优选方案，所述MOS驱动电路采用推挽输出的方式，增强驱动信号对PMOS管Q7栅极的驱动能力。
[0032]作为本发明的进一步优选方案，所述放电负载电阻为PTC陶瓷电阻。
[0033]作为本发明的进一步优选方案，所述述充电电流检测电路和放电电流检测电路中，由高精度霍尔电流传感器进行电流采样，采样精度为1mA。
[0034]作为本发明的进一步优选方案，所述蓄电池电压检测电路和负载放电电压检测电路中，由电阻分压采样电路进行电压采样。
[0035]上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【权利要求】
1.一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，其特征在于:包括ARM控制单元、蓄电池充电单元、BUCK降压电路驱动及恒流输出单元，所述ARM控制单元的输出端分别和蓄电池充电单元、BUCK降压电路驱动及恒流输出单元相连接，其中， ARM控制单元由依次相连的信号采集电路、ARM最小系统电路、通讯控制电路和上位机组成；所述信号采集电路包括充电电流检测电路、放电电流检测电路、蓄电池电压检测电路和负载放电电压检测电路构成，信号采集电路作为模拟信号的输入口 ；所述ARM最小系统电路包括ARM处理器，通过ARM处理器对所采集的模拟信号进行处理；所述通讯控制电路将ARM处理器处理后的实时数据生成数据报表，向上位机传送；所述上位机用以数据显示和对ARM处理器下达操作信号；所述ARM控制单元，根据检测的模拟信号，实时控制产生恒定的输出电压、放电电流； 蓄电池充电单元包括充电机、蓄电池和相应的充电控制电路，所述充电机的正极与ARM控制单元的电源正极相连，实现对ARM控制单元的供电； BUCK降压电路驱动及恒流输出单元包括MOS驱动电路、BUCK降压电路和放电负载电阻，所述BUCK降压电路以ARM处理器的一路PWM输出口作为的驱动信号输入端，所述PWM输出口以设定的频率发送PWM脉冲调制信号，所述PWM脉冲调制信号经由MOS驱动电路实现对蓄电池充放电的控制。
2.如权利要求1所述的一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，其特征在于:所述ARM最小系统电路中，ARM处理器的具体型号为AT91F40162。
3.如权利要求1所述的一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，其特征在于，蓄电池充电单元中的充电控制电路包括接地电阻、第一至第三电阻、三极管和MOS管，蓄电池充电单元的具体电路连接为: 充电机的负极与蓄电池的负极相连接，充电机的正极分别与MOS管的源极、第三电阻的一端、ARM控制单元相连接，MOS管的漏极与蓄电池的正极相连接，MOS管的栅极分别和第三电阻的另一端、第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端和三极管的集电极相连接，三极管的发射集接地，三极管的基极和第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端分别和接地电阻的一端、ARM处理器的一个I/O 口相连接，接地电阻的另一端接地； ARM处理器上电后，所述I/O 口发出高电平，MOS管导通，充电机对蓄电池充电，信号采集电路分别检测充电电流和蓄电池电压，当充电电流小于设定的阈值时，I/O 口发出低电平，MOS管断开，停止充电。
4.如权利要求1所述的一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，其特征在于:所述BUCK降压电路包括PMOS管、高频磁环电感、大电流肖特基二极管、电解电容、CBB电容和独石电容，其中: PMOS管的漏极与蓄电池的正极相连接，PMOS管的栅极与MOS驱动电路相连接，PMOS管的源极分别与高频磁环电感的一端、大电流肖特基二极管的负极相连接，高频磁环电感的另一端分别和电解电容的正极、CBB电容的一端、独石电容的一端相连接，大电流肖特基二极管的正极分别与电解电容的负极、CBB电容的另一端、独石电容的另一端相连接后接地，BUCK降压电路的输出端与放电负载电阻相连接。
5.如权利要求4所述的一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，其特征在于:所述MOS驱动电路采用推挽输出的方式，增强驱动信号对PMOS管Q7栅极的驱动能力。
6.如权利要求4或5所述的一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，其特征在于:所述放电负载电阻为PTC陶瓷电阻。
7.如权利要求1所述的一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，其特征在于:所述充电电流检测电路和放电电流检测电路中，由高精度霍尔电流传感器进行电流采样，采样精度为1mA。
8.如权利要求1所述的一种蓄电池自动充放电及容量检测装置，其特征在于:所述蓄电池电压检测电路和负载放电电压检测电路中，由电阻分压采样电路进行电压采样。
【文档编号】G01R31/36GK104267350SQ201410449294
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】姚平, 朱忠伟, 檀三强 申请人:江苏银佳企业集团有限公司