一种充放电电量检测电路的制作方法

本发明涉及电流检测技术领域，特别是指一种充放电电流检测及保护电路。

背景技术：

随着社会的发展及不断的进步，现在越来越多的设备小型化，不仅方便运输，而且使用简单；现有技术中，地刷电机、无刷直流电机以及电池包电量的检测及显示没有用一个控制单元去进行检测及控制的，因此不仅导致操作复杂，成本较高，而且设备结构复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种充放电电量检测及保护电路，以解决地刷电机、无刷直流电机以及电池包电量的检测及显示无法用一个控制单元去进行检测及控制的问题。

根据第一方面，本发明的实施例提供一种充放电电量检测电路，电池包、电机驱动模块、电量检测模块、电量显示模块、按键控制模块、充放电电压检测模块和控制单元；所述电量检测模块的第一端与所述电池包的正极连接，第二端通过所述充放电电压检测模块与电池包的负极连接，用于检测电池包两端的电压，所述电量检测模块的第三端与所述控制单元连接，用于向所述控制单元传输检测的电压信号；所述电量显示模块与所述控制单元连接，用于接收所述电压信号生成的电量信息；所述按键控制模块与所述控制单元连接，用于向所述控制单元传输获取的按键信号；所述电机驱动模块的第一端与所述电池包的正极连接，第二端通过所述充放电电压检测模块与电池包的负极连接，第三端与所述控制单元连接，所述控制单元用于将所述按键控制模块的按键信号传输给电机驱动模块，用于控制电机驱动模块的运行状态。

在一实施例中，所述充放电电压检测模块包括：第一可控开关、第二可控开关和第一电阻；所述第一可控开关的第一端与所述充电口的负极连接，第二端通过所述第一电阻与所述电池包的负极连接，第三端与所述控制单元连接，所述控制单元用于控制第一可控开关的闭合状态；当所述第一可控开关闭合时，所述电池包处于充电状态；所述第二可控开关的第一端连接于所述第一可控开关和第一电阻的连接处，第二端与所述电机驱动模块连接，第三端与所述控制单元连接，所述控制单元用于控制第二可控开关的闭合状态；当所述第二可控开关闭合时，所述电池包处于放电状态。

在一实施例中，所述充放电电压检测模块还包括：放大电路；所述放大电路的第一端与所述第一电阻的第二端连接，用于采集所述第一电阻第二端的电压值，所述放大电路的第二端与所述控制单元连接，用于将放大后的第一电阻第二端的电压值传输给所述控制单元。

在一实施例中，所述充放电电压检测模块还包括：充电口；所述充电口的正极与所述电池包的正极连接；所述充放电电压检测模块的第一端与所述充电口的负极连接，第二端与所述电池包的负极连接，第三端与所述控制单元连接，所述控制单元用于控制充放电电压检测模块的第一可控开关和第二可控开关的闭合状态。

在一实施例中，充放电电量检测电路还包括：保护电路和电池保护模块；所述保护电路的一端与所述充放电电压检测模块连接，用于采集电机驱动模块或电池包的电压值，另一端与所述控制单元连接，用于将采集的电机驱动模块或电池包的电压值与比较电压值的电压差值传输给控制单元，控制单元用于根据所述电压差值对所述充放电电压检测模块中的第二可控开关进行控制；所述电池保护模块的一端与所述电池包连接，用于检测电池包两端的电压信号，另一端与所述控制单元连接，用于将电池包两端的电压信号发送给所述控制单元，控制单元用于根据检测的电压信号对所述充放电电压检测模块中的第二可控开关进行控制。

在一实施例中，充放电电量检测电路还包括：充电口检测模块，所述充电口检测模块的第一端与充电口的正极连接，第二端与充电口的负极连接，第三端与所述控制单元连接，所述控制单元用于检测充电器是否插入充电口。

在一实施例中，所述电量显示模块包括：发光二极管，所述发光二极管具有三个；按键控制模块包括：按键；三个所述发光二极管的阴极均与所述按键的一端连接且接地，阳极和按键的另一端均与所述控制单元连接。

在一实施例中，所述电池包包括：依次串联连接的第一电源、第二电源、第三电源、第四电源、第五电源和第六电源；所述电池保护模块包括：连接于所述第一电源的正极的第一电压检测管脚，用于检测所述第一电源的电压；连接于所述第二电源的正极和第一电源的负极的连接处的第二电压检测管脚，用于检测第二电源的电压；连接于所述第三电源的正极和第二电源的负极的连接处的第三电压检测管脚，用于检测第三电源的电压；连接于所述第四电源的正极和第三电源的负极的连接处的第四电压检测管脚，用于检测第四电源的电压；连接于所述第五电源的正极和第四电源的负极的连接处的第五电压检测管脚，用于检测第五电源的电压；连接于所述第六电源的正极和第五电源的负极的连接处的第六电压检测管脚以及与所述第六电源的负极连接的第七电压检测管脚，用于检测第六电源的电压。

根据第二方面，本发明的实施例还提供一种电气设备，包括：如上所述的充放电电量检测电路。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明的实施例提供一种充放电电流检测电路，包括：电池包、电机驱动模块、电量检测模块、电量显示模块、按键控制模块、充放电电压检测模块和控制单元；所述电量检测模块的第一端与所述电池包的正极连接，第二端通过所述充放电电压检测模块与电池包的负极连接，用于检测电池包两端的电压，所述电量检测模块的第三端与所述控制单元连接，用于向所述控制单元传输检测的电压信号；所述电量显示模块与所述控制单元连接，用于接收所述电压信号生成的电量信息；所述按键控制模块与所述控制单元连接，用于向所述控制单元传输获取的按键信号；所述电机驱动模块的第一端与所述电池包的正极连接，第二端通过所述充放电电压检测模块与电池包的负极连接，第三端与所述控制单元连接，所述控制单元用于将所述按键控制模块的按键信号传输给电机驱动模块，用于控制电机驱动模块的运行状态。由此可知，当电机驱动模块需要运转时，控制单元将按键控制模块的按键信号传输给电机驱动模块，从而使电机驱动模块运转；在电机驱动模块运转的过程中，电量检测模块检测电池包两端的电压，再将检测的电压信号传输给控制单元，控制单元根据电压信号生成电量信息，再将电量信息传输给电量显示模块；这样，使用一个控制单元就可以控制电机驱动模块的运行状态，以及电池包电量的检测与显示；不仅设备制作成本降低，结构简单，而且操作方便。

附图说明

图1表示本发明实施例的充放电电流量检测电路的结构图。

主要附图标记说明：

1-电池包；2-电机驱动模块；3-电量检测模块；4-电量显示模块；5-按键控制模块；6-充放电电压检测模块；7-控制单元；8-充电口；9-保护电路；10-电池保护模块；11-充电口检测模块；12-第一可控开关；13-第二可控开关；14-放大电路；r1-第一电阻；r2-第二电阻；r3-第三电阻；r4-第四电阻；r5-第一电阻；r6-第六电阻；r7-第七电阻；r8-第八电阻；r9-第九电阻；r10-第十电阻；r11-第十一电阻；r12-第十二电阻；r13-第十三电阻；r14-第十四电阻；r15-第十五电阻；r16-第十六电阻；r17-第十七电阻；r18-第十八电阻；r19-第十九电阻；r20-第二十电阻；d1-二极管c1-第一电容；c2-第二电容；c3-第三电容；q1-第一三极管；q2-第二三极管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本发明的实施例提供一种充放电电流检测电路，包括：电池包1、电机驱动模块2、电量检测模块3、电量显示模块4、按键控制模块5、充放电电压检测模块6和控制单元7；所述电量检测模块3的第一端与所述电池包1的正极连接，第二端通过所述充放电电压检测模块6与电池包1的负极连接，用于检测电池包1两端的电压，所述电量检测模块3的第三端与所述控制单元7连接，用于向所述控制单元7传输检测的电压信号；所述电量显示模块4与所述控制单元7连接，用于接收所述电压信号生成的电量信息；所述按键控制模块5与所述控制单元7连接，用于向所述控制单元7传输获取的按键信号；所述电机驱动模块2的第一端与所述电池包1的正极连接，第二端通过所述充放电电压检测模块6与电池包1的负极连接，第三端与所述控制单元7连接，所述控制单元7用于将所述按键控制模块5的按键信号传输给电机驱动模块2，用于控制电机驱动模块2的运行状态。

通过上述电路结构，当电机驱动模块2需要运转时，控制单元7将按键控制模块5的按键信号传输给电机驱动模块2，从而使电机驱动模块2运转；在电机驱动模块2运转的过程中，电量检测模块3检测电池包1两端的电压，再将检测的电压信号传输给控制单元7，控制单元7根据电压信号生成电量信息，再将电量信息传输给电量显示模块4；这样，使用一个控制单元7就可以控制电机驱动模块2的运行状态，以及电池包1电量的检测与显示；不仅设备制作成本降低，结构简单，而且操作方便。

在一实施例中，电量检测模块3包括：第十八电阻r18和第十九电阻r19；第十八电阻r18和第十九电阻r19连接，控制单元7连接于第十八电阻r18和第十九电阻r19的连接处，用于接收第十九电阻r19所分得的电压值；再根据控制单元7的内部程序来计算电池包1的剩余电量。

在一实施例中，充放电电压检测模块6包括：放大电路14、第一可控开关12、第二可控开关13和第一电阻r1；其中，放大电路14的第一端与第一电阻r1的第二端连接，用于采集第一电阻r1第二端的电压值，放大电路14的第二端与控制单元7连接，用于将放大后的第一电阻r1第二端的电压值传输给控制单元7。

具体的，放大电路14包括：放大器、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9和第一电容c1；所述放大器的正向输入端通过第五电阻r5与所述第一电阻r1连接，反向输入端通过所述第七电阻r7接地，输出端通过第九电阻r9与所述控制单元7连接，第一端接地，第二端与所述控制单元7的电源端连接。所述第六电阻r6的一端与所述放大器的正向输入端连接，具有分压的作用，另一端与电源连接，用于为放大电路14提供偏置电压；所述第八电阻r8一端与所述放大器的反向输入端连接，另一端与所述放大器的输出端连接；所述第一电容c1的一端连接于所述控制单元76与第九电阻r9的连接处，另一端接地。其中，第五电阻r5为正向输入电阻，第六电阻r6为分压电阻，第八电阻r8为放大电路147的反馈电阻，第九电阻r9与第一电容c1起到滤波的作用；

第一可控开关12的第一端与充电口8的负极连接，第二端通过第一电阻r1与电池包1的负极连接，第三端与控制单元7连接，控制单元7用于控制第一可控开关12的闭合状态；当第一可控开关12闭合时，电池包1处于充电状态。

具体的，所述第一可控开关12包括：第一nmos管、二极管d1、第二电阻r2和第三电阻r3；所述二极管d1的阴极与所述充电口8的负极连接，阳极与所述第一nmos管的源极连接；所述第一nmos管的栅极通过第二电阻r2和第三电阻r3分别与所述二极管d1的阳极和控制单元7连接；所述第一nmos管的漏极与所述第一电阻r1连接。其中，第二电阻r2和第三电阻r3起到限流的作用。

当电池包1需要进行充电时，插上充电器，充电口8的负极变为低电平，此时控制单元7给chargeon引脚一个高电平，因为第一nmos管的栅极通过第二电阻r2和第三电阻r3分别与所述二极管d1的阳极和控制单元7连接，漏极与所述第一电阻r1连接，源极也与二极管d1的阳极连接，所以第一nmos管导通，因此实现给电池包1充电；在充电过程中，因为电流的流向为充电口8的正极到电池包1的正极，电池包1的负极到第一电阻r1，第一电阻r1通过第一nmos管到充电口8的负极。所以放大电路14的正向输入端通过第五电阻r5接收第一电阻r1第二端的电压，计算通过放大电路14的输出端传输给控制单元7的电压所利用的公式为：

v(current)＝v(ref)－v(isence)*运放倍数；

其中，v(isence)为放大电路14的正向输入端接收的第一电阻r1的第二端的电压；v(ref)为与第六电阻r6连接的电源电压；v(current)为放大电路14传输给控制单元7的电压；运放倍数的计算过程为现有技术，这里不再详细赘述。

在一实施例中，第二可控开关13的第一端连接于第一可控开关12和第一电阻r1的连接处，第二端与电机驱动模块2连接，第三端与控制单元7连接，控制单元7用于控制第二可控开关13的闭合状态；当第二可控开关13闭合时，电池包1处于放电状态。

第二可控开关13包括：第二nmos管和第四电阻r4；所述第二nmos管的源极连接于所述第二nmos管的漏极和第一电阻r1的连接处，漏极与所述电机驱动模块2连接，栅极通过第四电阻r4与所述控制单元7连接。

当电池包1对电机驱动模块2供电时，因为述第二nmos管的源极连接于所述第二nmos管的漏极和第一电阻r1的连接处，漏极与所述电机驱动模块2连接，栅极通过第四电阻r4与控制单元7的discharge引脚连接，所以控制单元7给discharge引脚一个高电平，第二可控开关13导通；这样，电池包1、电机驱动模块2、第一电阻r1和电池包1构成回路，电流的流向为电池包1的正极到电池包1的负极，再通过第一电阻r1到第二可控开关13，再从第二可控开关13到电机驱动模块2，最后再到电池包1的正极；所以放大电路14的正向输入端通过第五电阻r5接收第一电阻r1第二端的电压，计算通过放大电路14传输给控制单元7的电压所利用的公式为：

v(current)＝v(ref)+v(isence)*运放倍数；

其中，v(isence)为放大电路14的正向输入端接收的第一电阻r1的第二端的电压；v(ref)为与第六电阻r6连接的电源电压；v(current)为放大电路14的输出端传输给控制单元7的电压；运放倍数的计算过程为现有技术，这里不再详细赘述。

在一实施例中，充放电电量检测电路还包括：充电口8；充电口8的正极与电池包1的正极连接；充放电电压检测模块6的第一端与充电口8的负极连接，第二端与电池包1的负极连接，第三端与控制单元7连接，控制单元7用于控制充放电电压检测模块6的第一可控开关12和第二可控开关13的闭合状态。

需要说明的是，通过上述分析可知，电机驱动模块2想要运行，不仅要第二可控开关13导通，还需要控制单元7向电机驱动模块2传输使电机驱动模块2运行的按键信号，这样，电机驱动模块2才会运行。

具体的，电机驱动模块2包括：地刷电机和无刷直流电机；地刷电机的第一端与电池包1的正极连接，第二端与所述充放电电压检测模块6连接，第三端与控制单元7连接，无刷直流电机的第一端与电池包1的正极连接，第二端与充放电电压检测模块6连接，第三端通过6路pwm信号线与控制单元7连接。

在一实施例中，电量显示模块4包括：发光二极管，发光二极管具有三个；发光二极管用来显示电池包1的电量，当三个发光二极管均点亮时，说明电池包1的电量为百分之七十到百分之百；当两个发光二极管点亮，一个发光二极管熄灭时，说明电池包1的电量为百分之四十到百分之六十九；当一个发光二极管点亮，两个发光二极管熄灭时，说明电池包1的电量为百分之三十九以下，包括百分之三十九。

按键控制模块5包括：按键；三个发光二极管的阴极均与按键的一端连接且接地，阳极和按键的另一端均与控制单元7连接；三个发光二极管通过按键来控制它们的点亮或熄灭状态。

按键的具体使用方法为：当按键按一下，三个发光二极管点亮；当按键连续按两下，三个发光二极管熄灭；当按键连续按三下，三个发光二极管点亮，地刷电机运行，无刷直流电机不运行；当按键连续按四下，三个发光二极管点亮，地刷电机不运行，无刷直流电机运行；当按键连续按五下，三个发光二极管点亮，地刷电机和无刷直流电机均运行。

需要说明的是，在不影响本发明使用的情况下，按键的使用不限于上述方法；发光二级管也不限于三个。

在一实施例中，充放电电量检测电路还包括：保护电路9和电池保护模块10；保护电路9的一端与充放电电压检测模块6连接，用于采集电机驱动模块2或电池包1的电压值，另一端与控制单元7连接，用于将采集的电机驱动模块2或电池包1的电压值与比较电压值的电压差值传输给控制单元7，控制单元7用于根据电压差值对充放电电压检测模块6中的第二可控开关13进行控制。

具体的，保护电路9包括：比较器、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第二电容c2和第三电容c3；所述比较器的正向输入端通过第十电阻r10接地，反向输入端通过第十一电阻r11与所述第一电阻r1连接，输出端与所述第十二电阻r12与所述控制单元7连接；所述第十三电阻r13一端与所述比较器的正向输入端连接，另一端与控制单元7的电源端连接；所述第二电容c2的一端与所述比较器的反向输入端连接，另一端接地；所述第三电容c3的一端连接于所述第十二电阻r12与控制单元7的连接处，另一端接地。其中，第十电阻r10和第十三电阻r13均为分压电阻，第十一电阻r11和第二电容c2具有滤波的作用，第十二电阻r12和第三电容c3也具有滤波的作用。

比较器的正向输入电压设为v3，第一电阻r1的第二端电压为上述v(isence)；在放电过程中，正常对外供电时，v(isence)<v3，保护电路通过int传输给控制单元7高电平，当v(isence)>v3时，保护电路通过int传输给控制单元7低电平，说明电机驱动模块2在运行过程中出现了故障，需要将第二可控开关13断开，以免出现危险。其中，v3＝vcc3*r5/r5+r6，vcc3为控制单元7的电压。

电池保护模块10的一端与电池包1连接，用于检测电池包1两端的电压信号，另一端与控制单元7连接，用于将电池包1两端的电压信号发送给控制单元7，控制单元7用于根据检测的电压信号对充放电电压检测模块6中的第二可控开关13进行控制。

具体的，电池包1包括：依次串联连接的第一电源、第二电源、第三电源、第四电源、第五电源和第六电源；所述电池保护模块10包括：连接于所述第一电源的正极的第一电压检测管脚，用于检测所述第一电源的电压；连接于所述第二电源的正极和第一电源的负极的连接处的第二电压检测管脚，用于检测第二电源的电压；连接于所述第三电源的正极和第二电源的负极的连接处的第三电压检测管脚，用于检测第三电源的电压；连接于所述第四电源的正极和第三电源的负极的连接处的第四电压检测管脚，用于检测第四电源的电压；连接于所述第五电源的正极和第四电源的负极的连接处的第五电压检测管脚，用于检测第五电源的电压；连接于所述第六电源的正极和第五电源的负极的连接处的第六电压检测管脚以及与所述第六电源的负极连接的第七电压检测管脚，用于检测第六电源的电压。

当第一电压检测管脚检测出故障，说明第一电源出现故障；当第二电压检测管脚检测出故障，说明第二电源出现故障；当第三电压检测管脚检测出故障，说明第三电源出现故障；当第四电压检测管脚检测出故障，说明第四电源出现故障；当第五电压检测管脚检测出故障，说明第五电源出现故障；当第六电压检测管脚检测出故障，说明第六电源出现故障；第一电源和/或第二电源和/或第三电源和/或第四电源和/或第五电源和/或第六电源出现故障时，控制单元76给discharge引脚一个低电平，第二可控开关132断开，使电池包1停止对外供电。

需要说明的是，电池包1中电源的数量不限于六个，可以根据实际需要来设定。

在一实施例中，充放电电流检测电路还包括：充电口8检测模块11，充电口8检测模块11的第一端与充电口8的正极连接，第二端与充电口8的负极连接，第三端与控制单元7连接，控制单元7用于检测充电器是否插入充电口8。

具体的，充电口8检测模块11包括：第十四电阻r14，第十四电阻r14的一端与充电口8的正极连接，另一端与充电口8的负极连接；所述第十四电阻r14为上拉电阻。

所述充电口8检测模块11还包括：第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第二十电阻r20、第一三极管q1和第二三极管q2；充电口8的正极、第十五电阻r15、第十六电阻r16和充电口8的负极依次连接；第一三极管q1的发射极与充电口8的正极连接，第一三极管q1的基极连接于第十五电阻r15和第十六电阻r16的连接处；第二三极管q2的基极通过第十七电阻r17与第一三极管q1的集电极连接，第二三极管q2的发射极接地，第二三极管q2的集电极与的电源控制模块的第一控制端连接，第二十电阻r20一端与第二三极管q2的基极连接，另一端接地。其中，第一三极管q1和第二三极管q2分别为pnp三极管和npn三极管；第十五电阻r15、第十六电阻r16和第十七电阻r17起到限流的作用；当充电口8插上充电器时，充电口8的负极为低电平，第一三极管q1的基极为低电平，所以第一三极管q1导通，因为第一三极管q1的发射极与电池包1的正极连接，第二三极管q2的基极通过第十七电阻r17与第一三极管q1的集电极连接，所以第二三极管q2的基极为高电平，又因为第二三极管q2的发射极接地，所以第二三极管q2导通，所以第二三极管q2的集电极为低电平，又因为控制单元7的chargeen引脚与第二三极管q2的集电极连接，所以控制单元7检测到chargeen引脚位低电平，说明充电器已经插在充电口8上。

综上所述，当电机需要运行时，首先，控制单元7通过给discharge引脚一个高电平，使第二可控开关13闭合，再根据实际需要用按键来控制地刷电机和无刷直流电机的运行状态；当地刷电机和/或无刷直流电机在运行时，通过电量检测模块3检测电池包1的电压，发光二极管来显示电池包1的电量；当地刷电机和/或无刷直流电机在运行时，通过放大电路14将第一电阻的第二端的电压放大后传输给控制单元7；正常对外供电情况下，在保护电路中，v(isence)<v3，保护电路通过int传输给控制单元7高电平；当v(isence)>v3，保护电路通过int传输给控制单元7低电平，说明电池包1对外供电过程中出现了故障，这时，控制单元7通过给discharge引脚低电平，将第二可控开关13断开；在电池保护模块10中，当电池保护模块10检测到故障时，电池保护模块10将故障信号传输给控制单元7，控制单元7再通过给discharge引脚低电平，将第二可控开关13断开；从而实现对本发明提供的充放电电量检测电路起到保护作用。

本发明的实施例还提供一种电气设备，包括：如上任意一种实施例所述的充放电电量检测电路。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。