CN104539000A - 一种多电池包锂电工具放电控制电路及割草机 - Google Patents
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Abstract
一种多电池包锂电工具放电控制电路及割草机。本发明涉及一种多电池包锂电工具放电控制电路，包括至少两个电池包和一个主控单元，分别与各个电池包相连的过流检测模块，连接在电池包正极与电机之间的开关单元，与所述开关单元相连的电机驱动控制模块，以及分别与总线和主控单元的相应管脚相连的过放检测模块，还包括至少两个电池包连接检测单元，主控单元的相应管脚通过所述电池包连接检测单元分别连接至各个电池包中的NTC端口，其中，过流检测模块和电池包连接检测单元的数量与电池包的数量相同。本发明还提供一种割草机。与现有技术相比，本发明可独立进行单包放电或多包同时进行放电，线路结构简单，各模块的控制简便，容易控制与操作，动态抗干扰能力强。
Description
技术领域
本发明涉及园林工具领域，具体地说是一种多电池包锂电工具放电控制电路及割草机。
背景技术
随着电子行业的飞速发展以及对环境保护的日益重视，对电源提出了越来越苛刻的要求，锂电池凭借着其在诸多方面卓越的性能被人们广泛的运用于很多方面。在电动工具方面，锂电的运用也越来越广泛。割草机作为电动园艺工具的一种，随着我国园林工具行业运行需求市场不断扩大以及出口的增长，目前电动类的园林工具使用更是日益普遍，它给园林行业运行迎来更好的发展机会。但现有的园林割草机很多都是传统柴油割草机或者使用铅酸电池的割草机，它们体积过大、噪声大、污染环境较严重且在使用过程中不够安全等缺点，因此设计出一种具有高容量、噪声小、循环寿命长且可以进行大电流充放电、安全性能高、重量轻、拆装方便的锂电割草机是具有非常广阔的市场前景。
针对上述问题，专利文件CN 103053265 A中公开了一种双包锂电割草机，将双锂电电池包应用于电动工具方面，但是，该技术方案检测的是整体电路的电流，不能针对单个电池包的过流进行检测，一旦有一个电池包出现过流不能及时发现将存在一定的安全隐患；另一方面该专利无针对电池包的连接进行检测的设置，且无针对电路异常的显示方案，这不便于使用者掌握工具的工作状态以便及时处理相关异常情况，另外，该专利未对电动工具的机体温度进行监控，如果等到电动工具因散热不良而引起的电池温度上升，不能及时发现将会对机体造成较大的损害。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种多电池包锂电工具放电控制电路
为了解决上述问题，本发明的多电池包锂电工具放电控制电路,包括至少两个电池包和一个主控单元，分别与各个电池包相连的过流检测模块，所述过流检测模块的输出端口连接至主控单元的相应管脚，连接在电池包正极与电机之间的开关单元，与所述开关单元相连的电机驱动控制模块，其中，所述电机驱动控制模块的输入端口与主控单元的相应管脚相连，以及分别与总线和主控单元的相应管脚相连的过放检测模块，其特征在于：还包括电池包连接检测单元，所述主控单元的相应管脚通过所述电池包连接检测单元分别连接至各个电池包中的NTC端口，其中，过流检测模块和电池包连接检测单元的数量与电池包的数量相同。
优选的，所述过流检测模块包括电流检测单元和开关驱动单元，所述开关驱动单元包含一比较器U3C，其同相输入端通过电信号K1与主控单元的相应管脚相连，其反相输入端接地，其输出端通过电信号DRV1连接至电流检测单元；所述电流检测单元包含一MOS管Q1、采样电阻RCS1和比较器U3A，其中，所述MOS管串联在采样电阻RCS1与电池包负极之间，所述采样电阻RCS1两端分别通过电阻R2和电阻R3连接至比较器U3A的同相输入端和反相输入端，所述比较器U3A的输出端通过电阻R4将信号反馈至其反相输入端，同时通过电阻R5连接至所述主控单元的相应管脚；其中，所述开关驱动单元的输出端与MOS管的栅极相连。
优选的，还包括机体温度检测单元，其中设置于散热片处的热敏电阻NTC与电阻R32形成分压网络并通过电阻R33输出，所述机体温度检测单元的输出端通过电信号NTC_AD3连接至主控单元的相应管脚。
优选的，还包括LED显示单元，其中设置有至少两个发光二极管,所述发光二极管串联在所述主控单元和与所述发光二极管相对应的上拉电阻之间，所述发光二极管的负极与主控单元的相应管脚相连;所述LED显示单元中包含的发光二极管数量与电池包数量相同。
为解决上述问题，本发明还提供一种割草机，该割草机内置上述任一多电池包锂电工具放电控制电路。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
一、本发明可独立进行单包放电或多包同时进行放电，提供一种具有高容量、噪声小、循环寿命长且可以进行大电流充放电、安全性能高、拆装方便的锂电割草机，真正实现了环保、高容量、大功率、噪声小、循环寿命长、轻便等特点。
二、本发明通过控制MOS管的关断来进行切换单包与多包的工作，与使用继电器进行切换的方案，具有非常可观的价格优势，同时可实现单多、包的快速切换与低功耗。
三、本发明线路结构简单，各模块的控制简便，容易控制与操作。在调速系统采用PWM进行控制，其脉宽调制电路的开关频率高，响应速度快，动态抗干扰能力强。
四、本发明实用性强，所选用的元器件都是常见通用型的元件就可实现其功能，这有利于缩短产品开发周期，节约采购成本。
附图说明
图1 为本发明实施的多电池包锂电工具放电控制电路示意图。
图2 为图1各个模块、单元的内部电路图。
图3 为图2中电机驱动控制模块的电路图。
图4 为图2过流检测模块中电流检测单元的电路图。
图5 为图2过流检测模块中开关驱动单元的电路图。
图6 为图2中第一电池包连接检测单元的电路图。
图7 为图2中过放检测模块的电路图。
图8 为图2中机体温度检测单元的电路图。
图9 为图2中LED显示单元的电路图。
图10 为图2中主控单元的电路图。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
本发明的具体实施方式如图1～图10所示，该多电池包锂电工具放电控制电路以两个电池包为例，包括两个电池包和一个主控单元2，分别与各个电池包相连的第一过流检测模块31和第二过流检测模块32，两个过流检测模块的输出端口均连接至主控单元2的相应管脚，连接在电池包正极与电机10之间的开关单元4，与开关单元4相连的电机驱动控制模块5，其中，电机驱动控制模块5的输入端口与主控单元2的相应管脚相连，以及分别与总线和主控单元2的相应管脚相连的过放检测模块6，还包括第一电池包连接检测单元71和第二电池包连接检测单元72，主控单元2的相应管脚通过分别通过第一电池包连接检测单元71和第二电池包连接检测单元72连接至各自相对应电池包中的NTC端口。本实施例中，主控单元2为单片机。
其中，第一过流检测模块31包括第一电流检测单元311和第一开关驱动单元312，所述第一开关驱动单元312包含比较器U3C，其同相输入端通过电信号K1与主控单元2的相应管脚相连，其反相输入端接地，其输出端通过电信号DRV1连接至第一电流检测单元311；所述第一电流检测单元311包含MOS管Q1、采样电阻RCS1和比较器U3A，其中，MOS管Q1串联在采样电阻RCS1与第一电池包11负极之间，所述采样电阻RCS1两端分别通过电阻R2和电阻R3连接至比较器U3A的同相输入端和反相输入端，所述比较器U3A的输出端通过电阻R4将信号反馈至其反相输入端，同时通过电阻R5连接至所述主控单元2的相应管脚；其中，第一开关驱动单元312的输出端与MOS管Q1的栅极相连。
第二过流检测模块32的电路结构与第一过流检测模块31的电路结构相同，包括第二电流检测单元321和第二开关驱动单元322，所述第二开关驱动单元322包含比较器U3D，其同相输入端通过电信号K2与主控单元2的相应管脚相连，其反相输入端接地，其输出端通过电信号DRV2连接至第二电流检测单元321；第二电流检测单元321包含MOS管Q2、采样电阻RCS2和比较器U3B，其中，MOS管Q2串联在采样电阻RCS2与第二电池包12负极之间，所述采样电阻RCS2两端分别通过电阻R7和电阻R8连接至比较器U3B的同相输入端和反相输入端，所述比较器U3B的输出端通过电阻R9将信号反馈至其反相输入端，同时通过电阻R10连接至所述主控单元2的相应管脚；其中，第二开关驱动单元322的输出端与MOS管Q2的栅极相连。
还包括机体温度检测单元8，其中设置于散热片处的热敏电阻NTC与电阻R32形成分压网络并通过电阻R33输出，所述机体温度检测单元8的输出端通过电信号NTC_AD3连接至主控单元2的相应管脚。
还包括LED显示单元9，其中设置有发光二极管LED1和发光二极管LED2,发光二极管LED1串联在所述主控单元2和上拉电阻R19之间，发光二极管LED2串联在所述主控单元2和上拉电阻R20之间，两个发光二极管的负极均与主控单元2的相应管脚相连。
需要说明的是，本发明所指模块定义为结构较复杂的、能够实现一定功能的电路，所指单元定义为结构较简单的、能够实现一定功能的电路，且模块可包含单元。
本实施例的工作原理如下：
开关S1闭合，通过电池包连接检测单元检测电池包的NTC端口来识别是哪个电池包已经连接上，并通过过流检测模块中的电流检测单元检测相关电流值来判定哪个电池包正在进行工作。
当有电池包连接上的时候，电池包中的热敏电阻NTC会与电阻R34或R36进行分压，NTC_AD端口会输出一个分压值到主控单元2中并进行判断，如果空包，NTC_AD端口将一直保持近+5V的电压值，因此可以检测到具体哪个电池包连接上。
此时，MOS管Q1/Q2截止，通过流经MOS管Q1/Q2的体二极管、采样电阻RCS1/RCS2的小电流，进而转换成检测其两端的压降，只要其放电电流大于设定数值时（如150mA）,就认为该回路的电池包工作，即此包符合放电条件。通过电信号K1/K2打开子开关，即MOS管Q1/Q2,同时表示此包可以放电；当多于一个电池包符合放电条件,就认为是多包放电。
当放电电路进入工作状态时，电机驱动控制模块5将驱使电机10开始工作。电机驱动控制模块5采用功率MOSFET并联，具有输入阻抗大、开关速度快、导通内阻小、功耗小， 满足高速开关动作需求。当DIM端口输出低电平到单片机Pin14的I/O口时，则单片机Pin8的I/O口一直输出高电平的控制信号，经过MOS管Q5和MOS管Q6组成的推挽式驱动电路，从而控制MOS管Q3和MOS管Q4为一直导通，电机10进入全速状态；当DIM端口输出高电平到单片机Pin14的I/O口时，则单片机Pin8的I/O口一直输出PWM的控制信号，经过MOS管Q5和MOS管Q6组成的推挽式驱动电路，从而控制MOS管Q3和MOS管Q4的开关动作，电机10进入调速状态。
在电机10工作过程中，第一电池包11的放电电流经过采样电阻RCS1所产生的压降，经过运放U3A把其压降值进行放大，通过单片机Pin19的AD口读取当前的电压值，从而根据I=U/R的算法算出当前实际上的电流值，当超出设定的范围值时，则进入过流保护状态，并启动发光二极管LED1指示当前的过流工作状态，显示第一电池包11处于过流保护状态。
同理，如果第二电池包12也连接上并处以工作状态，第二电池包12的放电电流经过采样电阻RCS2所产生的压降，经过运放U3B把其压降值进行放大，通过单片机Pin20的AD口读取当前的电压值，从而根据I=U/R的算法算出当前实际上的电流值，当超出设定的范围值时，则进入过流保护状态，并启动发光二极管LED2指示当前的过流工作状态，显示第二电池包12处于过流保护状态。
当开关S1闭合后，单片机Pin7的I/O口则立即输出检测总线电压VP+的控制信号PW_CTR，单片机Pin15的AD口进行检测当前总线电压VP+。如当前电压低于设定的值，则进入过放保护状态，并开启相对应的LED指示当前的过放工作状态，显示电机电源处于过放保护状态。
各电池包中的热敏电阻NTC与各自连接的电阻形成分压比，单片机可根据当前的分压值进行判别当前的电池温度检测状态，当分压值超出设定值的范围时，则进入放电时的高低温保护状态，并启动LED显示单元9显示当前过温的工作状态。针对单个电池包的过温检测，由电池包连接检测单元7来实现。
另外，针对电动工具机体的温度检测，则由上述温度检测模块实现。当电信号NTC_AD3的输出信号超出设定值的范围时，则进入放电时的高低温保护状态，并启动LED显示单元9中所有的LED灯同时闪烁，以显示当前过温的工作状态。
LED显示单元9中，用LED灯分别显示各个电池包的当前的电池包工作状态，不同的发光二极管对应不同的电池包。具体工作原理如下：
当检测到当前的电池包工作时，启动对应的LED灯显示当前的电池包（即LED灯常亮），如检测到第一个电池包在工作，则发光二极管LED1常亮，如第二电池包12在工作，则发光二极管LED2常亮，如两个电池包同时工作，则发光二极管LED1和发光二极管LED2都常亮；
当单包进行放电，则开启相对应的LED指示当前过温、过流、过放的异常状态，LED闪的频率不一样分别代表不同的保护状态，如过温时LED灯闪的频率为1次/s，过流时LED灯闪的频率为2次/s、过放时LED灯闪的频率为3次/s；
同理，当双包进行放电时，第一电池包11处于异常状态时，发光二极管LED1根据相应准则进行显示，第二电池包12处于异常状态时，发光二极管LED2根据相应准则进行显示。
当检测散热片过温及整体过放时，则启动全部工作的LED灯指示当前的工作异常状态，LED灯闪的频率为4次/s；
为解决上述问题，本发明还提供一种割草机，该割草机内置上述任一多电池包锂电工具放电控制电路。该割草机的放电控制电路的工作原理同上，在此不做赘述。
需要说明的是，本发明主要应用于锂电割草机方面，但不仅限于该运用领域。
需要说明的是，在本实施例中，未详细展开进行阐述的地方，均为本领域技术人员可根据现有公知常识与实践经验来实现。
以上所述为本发明的较佳实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。需要说明的是，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种多电池包锂电工具放电控制电路，包括至少两个电池包（11、12）和一个主控单元（2），分别与各个电池包相连的过流检测模块（31、32），所述过流检测模块的输出端口连接至主控单元的相应管脚，连接在电池包正极与电机（10）之间的开关单元（4），与所述开关单元相连的电机驱动控制模块（5），其中，所述电机驱动控制模块的输入端口与主控单元的相应管脚相连，以及分别与总线和主控单元的相应管脚相连的过放检测模块（6），其特征在于：还包括电池包连接检测单元（71、72），所述主控单元的相应管脚通过所述电池包连接检测单元分别连接至各个电池包中的NTC端口，其中，过流检测模块和电池包连接检测单元的数量与电池包的数量相同。
2.根据权利要求2所述的多电池包锂电工具放电控制电路，其特征在于，所述过流检测模块（31）包括电流检测单元（311）和开关驱动单元（312），所述开关驱动单元包含比较器U3C，其同相输入端通过电信号K1与主控单元的相应管脚相连，其反相输入端接地，其输出端通过电信号DRV1连接至电流检测单元；所述电流检测单元包含MOS管Q1、采样电阻RCS1和比较器U3A，其中，所述MOS管串联在采样电阻RCS1与电池包负极之间，所述采样电阻RCS1两端分别通过电阻R2和电阻R3连接至比较器U3A的同相输入端和反相输入端，所述比较器U3A的输出端通过电阻R4将信号反馈至其反相输入端，同时通过电阻R5连接至所述主控单元的相应管脚；其中，所述开关驱动单元的输出端与MOS管的栅极相连。
3.根据权利要求3所述的多电池包锂电工具放电控制电路，其特征在于，还包括机体温度检测单元（8），其中设置于散热片处的热敏电阻NTC与电阻R32形成分压网络并通过电阻R33输出，所述机体温度检测单元的输出端通过电信号NTC_AD3连接至主控单元的相应管脚。
4.根据权利要求3所述的多电池包锂电工具放电控制电路，其特征在于，还包括LED显示单元（9），其中设置有至少两个发光二极管,所述发光二极管串联在所述主控单元和与所述发光二极管相对应的上拉电阻之间，所述发光二极管的负极与主控单元的相应管脚相连;所述LED显示单元中包含的发光二极管数量与电池包数量相同。
5.一种割草机，其特征在于，该割草机内置权利要求1-4中任一所述多电池包锂电工具放电控制电路。
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