清洁机器人电池系统及清洁机器人的制作方法

1.本技术涉及清洁机器人技术领域，特别是涉及一种清洁机器人电池系统及清洁机器人。


背景技术：

2.清洁机器人是一种凭借一定的人工智能，自动完成地面、窗户等清理工作的设备，包括扫地机器人、擦窗机器人等。随着科学技术的发展，清洁机器人越来越得到普及，被广泛应用到人们日常生活中，给人们的生产生活带来了极大的便利。
3.目前，行业中对清洁机器人的质量要求越来越高，其中，电池质量和寿命是最为核心的影响因素，清洁机器人的电池中一般设置保护电路进行过充电和过放电保护，以保证电池质量。根据电池中电芯的特点，随着电池充放电次数增加，电池性能会大大降低，如果此时清洁机器人出现大负载和动态负载，仍然以预设的性能参数进行过放保护，则很容易造成电池过放而损坏。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对传统的清洁机器人容易出现电池过放而损坏的问题，提供一种清洁机器人电池系统及清洁机器人。
5.一种清洁机器人电池系统，包括：两个以上的电芯、预充电电路、充电电路、放电电路、模拟前端装置和处理器，各所述电芯串联后形成一个电池组，所述电池组具有电池正端和电池负端；所述预充电电路的第一端连接所述电池正端，所述预充电电路的第二端用于连接外部电源，所述预充电电路的控制端连接处理器；所述充电电路的第一端连接所述电池正端，所述充电电路的第二端用于连接外部电源，所述充电电路的控制端连接所述处理器；所述放电电路的第一端连接所述电池正端，所述放电电路的第二端连接清洁机器人负载，所述放电电路的控制端连接所述处理器；各所述电芯分别连接所述模拟前端装置，所述模拟前端装置用于采集所述电芯的电芯参数并发送至所述处理器；所述处理器与所述模拟前端装置通信连接，所述处理器用于对所述预充电电路、所述充电电路和所述放电电路进行运行控制，以及根据电芯参数得到清洁机器人的实际电池容量。
6.上述清洁机器人电池系统，设置有处理器，通过处理器可进行预充电电路、充电电路以及放电电路的运行控制，从而实现电芯充电以及电芯为清洁机器人负载供电。同时，在处理器与电芯之间设置有模拟前端装置，在电芯充放电过程中，通过模拟前端装置可进行电芯参数的采集，并发送至处理器。最终处理器结合接收的电芯参数进行分析，即可得到电芯的实际电池容量，以便于后续过放保护可结合实际电池容量进行，从而有效避免大负载和动态负载的接入，使得电芯由于过放而发生损坏的情况发生。
7.在一个实施例中，清洁机器人电池系统还包括采样电阻，所述采样电阻的第一端连接所述电池负端，所述采样电阻的第二端连接所述处理器。
8.在一个实施例中，所述预充电电路包括预充电电阻和开关器件，所述预充电电阻
的第一端连接所述电池正端，所述预充电电阻的第二端连接所述开关器件的第一端，所述开关器件的第二端用于连接外部电源，所述开关器件的控制端连接所述处理器。
9.在一个实施例中，所述预充电电路的数量为一个以上，且各所述预充电电路的预充电电阻的阻值互不相同；和/或，所述放电电路的数量为两个以上。
10.在一个实施例中，清洁机器人电池系统还包括电路基板，所述电芯、所述预充电电路、所述充电电路、所述放电电路、所述模拟前端装置和所述处理器均设置于所述电路基板。
11.在一个实施例中，清洁机器人电池系统还包括温度检测器，所述温度检测器设置于所述电路基板，所述温度检测器连接所述处理器。
12.在一个实施例中，清洁机器人电池系统还包括电压检测器，所述电压检测器设置于所述电路基板，所述电压检测器连接所述处理器。
13.在一个实施例中，所述处理器为微控制单元。
14.一种清洁机器人，包括清洁机器人负载、清洁机器人控制器和上述的清洁机器人电池系统，所述清洁机器人控制器与所述处理器通信连接。
15.上述清洁机器人，清洁机器人电池系统设置有处理器，通过处理器可进行预充电电路、充电电路以及放电电路的运行控制，从而实现电芯充电以及电芯为清洁机器人负载供电。同时，在处理器与电芯之间设置有模拟前端装置，在电芯充放电过程中，通过模拟前端装置可进行电芯参数的采集，并发送至处理器。最终处理器结合接收的电芯参数进行分析，即可得到电芯的实际电池容量，清洁机器人控制器在进行机器人运行控制过程中，结合电芯的实际电池容量实现过放保护，在大负载和动态负载的接入的情况下，电芯也不会由于过放而发生损坏，有效提高清洁机器人的运行可靠性。
16.在一个实施例中，清洁机器人还包括无线通信装置，所述清洁机器人控制器通过所述无线通信装置与网络设备通信连接。
17.在一个实施例中，所述无线通信装置为蓝牙装置或wifi通信装置。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为一实施例中清洁机器人电池系统结构示意图；
20.图2为一实施例中模拟前端装置结构示意图；
21.图3为另一实施例中清洁机器人电池系统结构示意图；
22.图4为又一实施例中清洁机器人电池系统结构示意图；
23.图5为再一实施例中清洁机器人电池系统结构示意图；
24.图6为又一实施例中清洁机器人电池系统结构示意图；
25.图7为再一实施例中清洁机器人电池系统结构示意图；
26.图8为一实施例中处理器结构示意图；
27.图9为一实施例中清洁机器人结构示意图；
28.图10为另一实施例中清洁机器人结构示意图；
29.图11为一实施例中清洁机器人通信示意图。
具体实施方式
30.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。
31.请参阅图1，一种清洁机器人电池系统，包括：两个以上的电芯10、预充电电路20、充电电路30、放电电路40、模拟前端装置50和处理器60，各电芯10串联后形成一个电池组，该电池组具有电池正端bat+和电池负端bat-；预充电电路20的第一端连接电池正端bat+，预充电电路20的第二端用于连接外部电源，预充电电路20的控制端连接处理器；充电电路30的第一端连接电池正端bat+，充电电路30的第二端用于连接外部电源，充电电路30的控制端连接处理器；放电电路40的第一端连接电池正端bat+，放电电路40的第二端连接清洁机器人负载，放电电路40的控制端连接处理器；各电芯10分别连接模拟前端装置50，模拟前端装置50用于采集电芯10的电芯参数并发送至处理器；处理器60与模拟前端装置50通信连接，处理器60用于对预充电电路20、充电电路30和放电电路40进行运行控制，以及根据电芯参数得到清洁机器人的实际电池容量。
32.具体地，在清洁机器人电池系统中，设置有两个以上的电芯10，各个电芯10串联，以增大电池容量，满足各个清洁机器人负载的运行需求。各个电芯10串联后形成电池组的电池正端bat+和电池负端bat-，则用于外部电源的接入进行电芯10充电，或者清洁机器人负载的接入，为清洁机器人负载进行供电。具体通过预充电电路20和充电电路30，可实现外部电源为电芯10的充电操作，当处理器60根据模拟前端装置50输出的电芯参数判断电芯10处于低温或低电量的情况下，使用预充电的方式充电，从而保护电芯10。该过程中，处理器60首先向预充电电路20的控制端输出控制信号，控制预充电电路20开启，通过预充电电路20为电芯10进行充电。当充电使得电量达到一定程度(具体大小可结合实际需求进行不同设置)，完成预充电之后，处理器60控制预充电电路20关断，同时开启充电电路30为电芯10进行快速充电操作，直至充电完成。而当清洁机器人运行过程中，处理器60则向放电电路40的控制端输出控制信号，放电电路40开启使得电芯10向清洁机器人负载放电。
33.模拟前端装置50的具体结构可结合参阅图2，模拟前端装置50即模拟前端(analog front-end，afe)芯片，其可处理多种模拟信号输入，对模拟信号进行数字化及分析处理，并可以向外通信。在该实施例的方案中，模拟前端装置50具备采集不同电芯10的电芯参数的功能。图中端口1-端口8分别用于与电芯10相连，从而实现各个电芯10的电芯电压采集，该模拟前端装置50通过端口11和端口12处连接的温度采集电路，实现电芯温度采集操作。同时，模拟前端装置50与处理器60进行通信连接，可以将采集得到的电芯参数实时上报至处理器60进行分析，以实现电芯10的过充保护、过放保护以及短路和高温保护、各个电芯10串联后的实际电池容量的计算等操作。
34.进一步地，在一个实施例中，模拟前端装置50还具备电池均衡功能，也即模拟前端装置包括电压电流采集电路、温度采集电路以及自均衡电路等。各个电芯10的正端与负端
分别连接至模拟前端装置50，通过模拟前端装置50中的自均衡电路可对电芯10进行放电处理，以保证各个电芯10的电压一致，避免各个电芯10由于个体差异而发生损坏，有效保证电芯10的运行安全性。
35.可以理解，电芯参数的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，电芯参数可为电芯电压。然而，在实际运行过程中，清洁机器人的电机工作时功率瞬间变化较大，很容易导致电芯电压有较大的波动，若简单以电芯电压进行实际电池容量计算，准确度较低，故在另一个实施例中，电芯参数可以包括电芯电压、电芯内阻、电芯使用次数等，结合电芯电压、电芯内阻、电芯使用次数实现较为准确的实际电池容量计算。进一步地，在一个实施例中，为了进一步保证实际电池容量的准确性，还可将环境温度参数引入，结合电芯电压、电芯内阻、电芯使用次数以及环境温度，实现高精度的实际电池容量计算。
36.应当指出的是，在一个实施例中，处理器60还具备存储功能，处理器60内部设置有数据存储器(具体类型并不是唯一的，可以是flash存储器等)，通过处理器60中的数据存储器可在清洁机器人工作过程中进行监控和记录，将实时采集的电芯参数、环境温度参数等进行记录存储，以便于在后续清洁机器人发生故障、出现客诉等情况下，需要电芯10的历史运行参数进行分析时，可以访问处理器60进行获取，为清洁机器人的售后提供有效保障。清洁机器人控制器通过获取电芯10的历史运行参数进行自诊断，从而实现故障定位，保证能够及时解决故障。
37.进一步地，在一个实施例中，处理器60还具备电池长期存储的自放电，电池的自我保护。也即当处理器60得知(可以是自己检测到或者清洁机器人控制器检测并告知等)清洁机器人长期(例如十二小时、二十四小时、四十八小时等)未使用时，处理器60通过模拟前端装置50的电池均衡电路进行自放电，将电池容量释放至预设阈值，以保证电池存储安全。例如，在一个实施例中，当清洁机器人长期未使用时，处理器60控制模拟前端装置50的电池均衡电路进行自放电，将串联后电芯10的电量从满电量释放到满电量的80％，以保证长期存储下的电池安全性。
38.更进一步地，在一个实施例中，处理器60还能实现自动关机，当清洁机器人长期空闲时，也即处理器60获取到清洁机器人的清洁机器人负载在预设时长内均未上电运行，可以关闭电池输出，实现低功耗。同样地，该实施例的技术方案中，当处理器60得知清洁机器人长期未使用时，也即处理器60检测到清洁机器人的清洁机器人负载在预设时长(具体大小可设置为上述十二小时、二十四小时、四十八小时等)内均未上电运行，或者处理器60接收到清洁机器人负载在预设时长内均未上电运行的信号，处理器60将会关闭所有的放电电路40，中断电芯10的所有输出，使得清洁机器人进入休眠状态。
39.上述清洁机器人电池系统，设置有处理器60，通过处理器60可进行预充电电路20、充电电路30以及放电电路40的运行控制，从而实现电芯10充电以及电芯10为清洁机器人负载供电。同时，在处理器60与电芯10之间设置有模拟前端装置50，在电芯10充放电过程中，通过模拟前端装置50可进行电芯参数的采集，并发送至处理器60。最终处理器60结合接收的电芯参数进行分析，即可得到电芯10的实际电池容量，以便于后续过放保护可结合实际电池容量实现，从而有效避免大负载和动态负载的接入，使得电芯10由于过放而发生损坏的情况发生。
40.请参阅图3，在一个实施例中，清洁机器人电池系统还包括采样电阻70，采样电阻
70的第一端连接电池负端bat-，采样电阻70的第二端连接处理器60。
41.具体地，在该实施例的方案中，各个电芯10串联后的电池负端bat-还连接有采样电阻70，采样电阻70的第二端与处理器60连接，实现充放电电流采样的同时，采样电阻70的第二端还实现与外部电源或者清洁机器人负载的连接，从而与充放电电路40一起配合实现电芯10的充放电操作。可以理解，其它实施例中，采样电阻70的第二端与处理器60连接之后，还可进行接地处理，只要保证电芯10充放电过程中形成闭合回路即可。处理器60通过该采样电阻70可进行电流采样，采集得到串联后电芯10的实时充放电电流，结合该串联后电芯10的充放电电流实现对电芯10的保护控制，进一步提高清洁机器人电池系统的运行可靠性。
42.可以理解，预充电电路20的具体结构并不是唯一的，在一个实施例中，请结合参阅图4，预充电电路20包括预充电电阻21和开关器件22，预充电电阻21的第一端连接电池正端bat+，预充电电阻21的第二端连接开关器件22的第一端，开关器件22的第二端用于连接外部电源，开关器件22的控制端连接处理器60。
43.具体地，预充电电路20中设置预充电电阻21，通过预充电电阻21来限制外部电源为电芯10进行充电时的充电电流，避免瞬时充电电流过大对电芯10造成损害，保证电芯10充电安全稳定进行，可有效提高电芯10的使用寿命。在预充电过程中，处理器60接收到充电相关的信号时，向开关器件22的控制端输入控制信号，以使开关器件22导通，开关器件22的第一端与第二端之间进行电流传输，从而实现预充电操作。
44.应当指出的是，充电电路30和放电电路的具体类型并不是唯一的，在一个较为实施例中，请结合参阅图4，充电电路30具体可以包括充电开关器件，放电电路具体可以包括放电开关器件，在实际运行过程中，处理器60只需根据充放电需求，对应控制充电开关器件或者放电开关器件的通断，即可实现充放电控制。
45.可以理解，开关器件22、充电开关器件以及放电开关器件的具体类型均不是唯一的，具体可以是继电开关、晶体三极管、场效应管等，只要在处理器60输出控制信息下进行导通的器件均可。
46.应当指出的是，预充电电路20的数量并不是唯一的，在一个实施例中，请结合参阅图4和图5，可以设置一个以上的预充电电路20，当设置两个以上的预充电电路20时，各个预充电电路的连接方式以及结构均一致，其主要区别在于预充电电阻的阻值不同。通过该实施例的方案，可使得各个预充电电路20的充电电流不相同，在实际充电过程中，处理器60能够根据电池电芯10目前的低温状态、超低电量状态等，结合实际情况开启不同的预充电电路20对电芯10进行预充电，以实现自管理充电电流，在现低温和低电量下进行小电流充电，进一步保证充电操作的安全可靠性。
47.进一步地，请结合参阅图5，在一个实施例中，放电电路40的数量并不是唯一的，具体根据同时运行的清洁机器人负载数量，可设置两个以上的放电电路40，每一放电电路40为一个清洁机器人负载进行供电。可以理解，在一个较为详细的实施例中，可同时设置两个以上的预充电电路20和两个以上的放电电路40。
48.请参阅图6，在一个实施例中，清洁机器人电池系统还包括电路基板80，电芯10、预充电电路20、充电电路30、放电电路40、模拟前端装置50和处理器60均设置于电路基板80。
49.具体地，该实施例的方案，将电芯10、预充电电路20、充电电路30、放电电路40、模
拟前端装置50和处理器60集成设置于同一电路基板80，形成一个电源板，在发生损坏需要更换时，直接将该电源板拆除替换新的电源板即可，具有安装便利性强的优点。可以理解，电路基板80具体可采用印制电路板(printed circuit board，pcb)等实现。
50.请参阅图7，在一个实施例中，清洁机器人电池系统还包括温度检测器91，温度检测器91设置于电路基板80，温度检测器91连接处理器60。
51.具体地，温度检测器91的具体设置位置并不是唯一的，只要与电芯10、预充电电路20、充电电路30、放电电路40、模拟前端装置50、处理器60集成设置于同一电路基板80即可。通过温度检测器91可实现环境温度的检测操作，处理器60从温度检测器91获取环境温度后，可结合电芯参数实现更为精准的电量计算，从而得到更为准确的实际电池容量。
52.请参阅图7，在一个实施例中，清洁机器人电池系统还包括电压检测器92，电压检测器92设置于电路基板80，电压检测器92连接处理器60。
53.具体地，电压检测器92的设置数量与位置并不是唯一的，结合电路基板80中各个器件的布局不同，实际设置位置和数量也不相同。该实施例的方案，通过在电路基板80上进行电压检测器92的设置，可实现电源板上关键网络节点的电压侦测，处理器60结合电源板上关键网络节点的电压来进行充放电控制，进一步保证清洁机器人电池系统的运行可靠性。
54.可以理解，处理器60的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，处理器60为微控制单元。
55.具体地，微控制单元(microcontroller unit，mcu)俗称单片微型计算机，在一个较为详细的实施例中，具体结构如图8所示，其具有逻辑计算，输入输出逻辑电平，数模电平转换，和其它处理器60之间互相通信等功能。可以理解，在其它实施例中，处理器60还可以通过单片机或者dsp(digital signal process，数字信号处理器60)等实现。
56.请结合参阅图9，一种清洁机器人，包括清洁机器人负载100、清洁机器人控制器200和上述的清洁机器人电池系统，清洁机器人控制器200与处理器60通信连接。
57.具体地，清洁机器人控制器200与处理器60之间可以进行通信，通过清洁机器人控制器200可向处理器60下发控制信号，从而通过处理器60实现充放电控制。清洁机器人在运行过程中，处理器60仅在清洁机器人控制器200的控制下实现充放电控制，清洁机器人中其它功能，则在清洁机器人的控制下实现。
58.可以理解，清洁机器人负载100的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，可以是水泵、风机、加热器、电机、滚刷等。
59.上述清洁机器人，清洁机器人电池系统设置有处理器60，通过处理器60可进行预充电电路20、充电电路30以及放电电路40的运行控制，从而实现对电芯10的充电以及电芯10为清洁机器人负载100供电的控制。同时，在处理器60与电芯10之间设置有模拟前端装置50，在电芯10充放电过程中，通过模拟前端装置50可进行电芯参数的采集，并发送至处理器60。最终处理器60结合接收的电芯参数进行分析，即可得到电芯10的实际电池容量，清洁机器人控制器200在进行机器人运行控制过程中，结合电芯10的实际电池容量实现过放保护，在大负载和动态负载的接入的情况下，电芯10也不会由于过放而发生损坏，有效提高清洁机器人的运行可靠性。
60.进一步地，请参阅图10，在一个实施例中，清洁机器人还包括无线通信装置300，清
洁机器人控制器200通过无线通信装置300与网络设备通信连接。
61.具体地，请结合参阅图11，在该实施例的方案中，清洁机器人设置有无线通信装置300，清洁机器人控制器200通过无线通信装置300可以与网络设备通信连接，从而将处理器60记录存储的电芯参数以及分析得到的实际电量参数等上传至网络设备，便于工作人员通过互联网获取进行售后分析，实现远程定位电池问题。
62.同时，在该实施例的方案中，工作人员利用互联网，可通过网络设备向清洁机器人电池系统下发固件升级包，实现对清洁机器人的远程固件升级，以及远程解决电池问题等，具有智能化程度高和操作便利性强的优点。
63.应当指出的是，无线通信装置300的具体类型并不是唯一的，只要是具备远距离无线通信功能的装置均可，例如，在一个较为详细的实施例中，无线通信装置300为蓝牙装置或wifi通信装置。
64.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
65.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。