CN107437833B - 一种基于定时充电的移动电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于定时充电的移动电源，包括输入端接口、电压转换电路、充电开关、电池组、控制单元以及定时器；输入端接口、电压转换电路、充电开关和电池组依次连接；充电开关受控于所述的控制单元；在充电开始时，启动定时器，定时器预设的定时时间到达时，控制充电电路断开，停止充电。移动电源内的MCU还连接有电池电量检测模块；若在定时器时间到达前，检测到电池已经充满，则通过充电开关自动控制充电结束。移动电源内的MCU还连接有温度检测模块；若在定时器时间到达前，检测到电池温度或移动电源内温度达到预设值，则通过充电开关自动控制充电结束。该基于定时充电的移动电源具有充电快速且安全性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于定时充电的移动电源。
背景技术
现有的汽车应急启动电源或无人机配套产品的充电技术大多是小电流恒流充电，充电时间长，且必须使用原配充电器，以策安全，这样一来给使用者带来不便。充电慢，不能替代充电是其明显的缺点，尤其是汽车应急启动电源或无人机在没电或电量不足的情况下，而此时恰好又急需要使用的场合，有个急速安全的充电方式或应急充电方式很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于定时充电的移动电源，该基于定时充电的移动电源具有充电快速且安全性高的特点。
发明的技术解决方案如下：
一种基于定时充电的移动电源，包括输入端接口、电压转换电路、充电开关、电池组、控制单元以及定时器；
输入端接口、电压转换电路、充电开关和电池组依次连接；
充电开关受控于所述的控制单元；
在充电开始时，启动定时器，定时器预设的定时时间到达时，控制充电电路断开，停止充电。
电压转换电路是将输入电压变压(升压或降压)到合适的电压值，升压或降压电路为现有成熟电路。电压转换电路也可以能根据负载电池(电池组)的不同而自动调节，如：负载为3节3.7V串联的电池组，则电压转换电跟会跟随输出电压是15V(最高限压值)，确保能进行大电流充电的同时，对电池组施加的电压也是安全的。
所述的控制单元和定时器均集成在MCU中。
电压转换电路中包括直充电路。直充是指直接通过充电开关加载直流电压对电池充电；有两种优选方法：(1)采用的车载点烟口的12V直流电压对电池充电；(2)市电(如220V或110V的交流电源)依次经变压器和整流器获得直流电压，由该直流电压对电池充电。
电压转换电路中包括限流充电电路。【本发明还配置有限流电路，控制最高充电电流在1-10A范围内。
基于定时充电的移动电源还包括温度传感器和温度采样电路；所述温度传感器通过温度采样电路与控制单元输入端口连接，温度传感器用于检测电池组温度或检测移动电源内部温度。
基于定时充电的移动电源还包括电压采样电路；电压采样电路与控制单元输入端口连接，电压采样电路用于检测电池组的电压(从而用于检测电池是否充满)。
充电开关为功率MOS管，继电器，可控硅或IGBT，MCU通过驱动电路控制所述的充电开关动作。
所述的移动电源为启动电源，具有点火电路，或所述的移动电源为无人机用电池组。
定时器的定时时间为3-120分钟。优选值为20-40分钟。
定时器为机械定时器；机械定时器串接在充电回路中。
定时器设置在外置充电器中。
充电方法如下：在充电开始时，启动定时器，定时器预设的定时时间到达时，控制充电电路断开，停止充电。
定时器为移动电源内的MCU中集成的定时器；由MCU启动定时器，定时器预设的定时时间到达时，MCU控制充电开关断开，停止充电。
所述的定时器为机械定时器，机械定时器串接在充电回路中。
所述的充电是指直充。直充是指直接通过充电开关加载直流电压对电池充电；有两种优选方法：(1)采用的车载点烟口的12V直流电压对电池充电；(2)市电依次经变压器和整流器获得直流电压，由该直流电压对电池充电。
定时时间为3-120分钟。优选值为20-40分钟。
移动电源内的MCU还连接有电池电量检测模块；若在定时器时间到达前，检测到电池已经充满(电量达到100％)，则通过充电开关自动控制充电结束。此为第二重保护。
移动电源内的MCU还连接有温度检测模块；若在定时器时间到达前，检测到电池温度或移动电源内温度达到预设值，预设值为55C-75C中的某一值，则通过充电开关自动控制充电结束。此为第3重保护。
所述的充电为限流充电。本发明还配置有限流电路，控制最高充电电流在1-10A范围内。
MCU和充电开关位于充电器中。
充电开关为功率MOS管，继电器，可控硅或IGBT，MCU通过驱动电路控制所述的充电开关动作。
所述的移动电源为启动电源，具有点火电路。或无人机电池组。
一种移动电源，包括外壳和设置在外壳内的储能模块；外壳上设有挂钩。
外壳的背面或正面设有铰接部件；挂钩通过所述的铰接部件与外壳相连。
所述的铰接部件为转轴；
转轴与挂钩通过以下任一种方式连接：
(1)转轴通过万向节与挂钩的根部连接；
(2)转轴的中段还设有一个插孔(插孔的轴线与与转轴的轴线垂直)，挂钩的根部插装在该插孔中，挂钩的根部能在该插孔中旋转；
(3)转轴的中段接有一个连接段，连接段与转轴组成一个T字型部件；连接段的端部设有一个插孔(插孔的轴线与与转轴的轴线垂直)，挂钩的根部插装在该插孔中，挂钩的根部能在该插孔中旋转。
由于插孔的外口出设有限位部件，挂钩的根部不会从插孔中脱出，限位部件可以是带通孔的螺纹盖。
外壳的正面或背面上还设有用于容纳翻折后挂钩的避空凹陷部，所述的避空凹陷部和铰接部件同位于正面或背面。避空凹陷部为方形的凹陷部，挂钩翻折后，存放于该避空凹陷部中，这样，不使用挂钩时，挂钩不会向外突出，从而不影响美观。
外壳的前端部设有前端LED照明灯；前端LED照明灯为圆形照明灯，外壳上设有用于控制前端LED照明灯的第一按键开关。
外壳的正面或背面设有条形灯。
所述的条形灯中的LED灯包括多颗三色灯，采用三色灯实现各种颜色。或者所述的条形灯中的LED灯包括蓝色LED灯、红色LED灯和白光LED灯。外壳上设有用于控制条形灯的第二按键开关。
外壳上还设有挂环。具体的，挂环设置在上侧面。
外壳上设有汽车点火输出端口，汽车点火输出端口处设有起保护作用的点火端口盖。
所述的外壳上设有电量显示装置，电量显示装置为液晶显示屏或由多个LED灯组成的电量显示模块。
MCU采用T66F0175嵌入式处理器，也可以采用其他的处理器。
外壳上设有2路USB输出端口。
外壳内设有锂离子电池和为锂电子电池充电的恒流充电电路。
外壳内设有主板，主板上设有用于驱动LED灯的LED恒流驱动电路。
LED恒流驱动电路说明如下：
采用PWM通过NMOS管控制LED灯串的发光亮度(调光)；
NMOS管SE2300
LED灯串的阳极通过电阻R22接直流电压端Vout，LED灯串的阴极接NMOS管Q1的D极；NMOS管Q1的S极接地；NMOS管Q1的G极经电阻R20接DOP3端口，DOP3端口为MCU的IO端口。NMOS管Q1的G极和S极之间跨接有电阻R27。这种调光电路结构简单，易于实施，而且调光效果好。
有益效果：
本发明的基于定时充电的移动电源，具有以下特点：
A,充电电流大，充电效率高，充电电流是现有技术的5-10倍，可以达到1-10A，具体地：通常的启动电源或无人机如用原配充电器需要充电3.5小时以上才能充满，而采用本发明，只需20分钟到40分钟。
B，现有的充电器都要经过充电器内部或应急电源内部转换成恒流给电池组充电,充电慢，充电效率低，本发明可直接对电池组充电，快速，安全。也可以通过按键切换到恒流充电，兼容性好，灵活性好。
C.现有充电器经与应急电源联接，电源内部虽有各种安全保护电路，但当电路或元件出现短路故障时，充电回路一直维持着定电流给电池或电池组，即使电池因过充过热甚至冒烟都不能使其断电，这在没人看管时容易出现各种火灾事故。前有媒体报道，充电器及电池夜间着火，可能就是因为内部充电保护电路失效而一直对电池过充电发热引起。本发明设有强制定时器，可起到双重保护作用，不管电池组有没有充满，都会定时断电，进一步确保电池充电安全。
因此，这种移动电源，充电快速，并且具有多重保护，安全性高。
另外，本发明的移动电源还具有以下特点：
(1)具有挂钩；防止汽车发动机表面高温传导于产品内，阻隔高温传导，可以360度旋转挂钩，更好的适合不同方位悬挂，悬挂且与照明等相结合，在修车时或其他需要稳定照明的场合，能按某一方向悬挂固定，且改变方向也非常便利。且挂钩可以翻折后放入避空凹陷部中，不会影响移动电源的整体美观。
本发明在原来的移动电源的基础上，增加悬挂挂钩，阻隔高温传导，电池的使用寿命可以不受到影响；
(2)具有挂环。
通过挂环，使用者能方便地用绳带等物品将移动电源固定在蓄电池附近，从而在汽车蓄电池和发电机故障时，能维持汽车供电前行十多公里。
(3)条形灯可以作为照明灯和警示灯；增加红蓝闪烁警示灯，在产品内安装上红蓝交替闪烁LED排灯，表面盖上透光档板，汽车夜间故障时当危险警示灯用。条形灯内还设有白光LED灯用于提供照明。当汽车电瓶没电，夜间故障时，当危险警示灯用，因而可以减少交通事故的发生。
(4)调光方面
产品内加入了灯光调节功能，能调节灯光(条形灯和前端LED灯)的亮度。而且，采用MOS管并基于PWM调光，电路实现简单，相比专用的恒流芯片，成本更低。
(5)另外，移动电源内集成有充电自动识别功能，在USB输出口增加能够自动识别充电电流集成电路。
综上所述，这种移动电源功能丰富，集成度高，使用方便，是一种独特的产品，适合推广实施。
附图说明
图1为启动电源的底部接口示意图；
图2为启动电源的正面结构示意图；
图3为启动电源的前端面结构示意图；
图4为启动电源的顶部示意图(挂钩打开时的状态图)；
图5为启动电源的背面示意图(挂钩打开时的状态图)；
图6为MCU部分电路原理图；
图7为调光电路原理图；
图8为USB充电电路原理图；
图9为电量指示灯电路原理图；
图10为恒流充电电路原理图；
图11为恒流充电电路应用场景图；
图12为移动电源定时系统的框图(定时器直接与控制端单元相连)；
图13为移动电源定时系统的框图(定时器直接串接在充电回路中)。
标号说明：1-外壳，2-电量显示灯，3-第一按键开关，4-USB接口，5-充电端口，6-第二按键开关，7-点火端口盖，8-条形灯，9-挂环，10-前端LED照明灯；11-挂钩，12-铰接部件，13-避空凹陷部。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：如图12-13，一种基于定时充电的移动电源，在充电开始时，启动定时器，定时器预设的定时时间到达时，控制充电电路断开，停止充电。
定时器为移动电源内的MCU中集成的定时器；由MCU启动定时器，定时器预设的定时时间到达时，MCU控制充电开关断开，停止充电。
所述的定时器为机械定时器，机械定时器串接在充电回路中。
所述的充电是指直充。直充是指直接通过充电开关加载直流电压对电池充电；有两种优选方法：(1)采用的车载点烟口的12V直流电压对电池充电；(2)220V交流电压依次经变压器和整流器获得直流电压，由该直流电压对电池充电。
定时时间为3-120分钟。优选值为20-40分钟。
移动电源内的MCU还连接有电池电量检测模块；若在定时器时间到达前，检测到电池已经充满(电量达到100％)，则通过充电开关自动控制充电结束。此为第二重保护。
移动电源内的MCU还连接有温度检测模块；若在定时器时间到达前，检测到电池温度或移动电源内温度达到预设值，预设值为55C-75C中的某一值，则通过充电开关自动控制充电结束。此为第3重保护。
所述的充电为限流充电。本发明还配置有限流电路，控制最高充电电流在1-10A范围内。
MCU和充电开关位于充电器中。
充电开关为功率MOS管，继电器，可控硅或IGBT，MCU通过驱动电路控制所述的充电开关动作。
所述的移动电源为启动电源，具有点火电路。或无人机电池组。
外部由输入电压S101进入本电路作为本电路工作电压，输入电压范围为直流10V-36V之间；
输入电压S101经过电压转换S102，变成适合给电池充电的输出电压；
输出电压经限流输出S103，以控制总输出的的最大电流；
大电流器件开关S104起控制输出电流通断作用，电流流经输出座S105，
输出座S105是具有正负极定向的专用电池组连接座，与电池组连接端口S106相连接，被充电的电池组S107与电池组连接端口相连接；
输出座S105与电池组连接端口S106之间设有电压取样S108单元，将电池电压取样后送到控制单元S110，由此产生控制信号给电压转换S102，以产生合适的充电电压；
其中大电流器件开关S104由开关驱动S109完成驱动，并受控制单元S110控制；
进一步地，所述大电流器件开关S104可以是以下几个种类其中一种或多种组合：
1)、大功率MOS管
2)、继电器
3)、可控硅
4)、IGBT
温度传感器S113将电池组S107的温度变化经温度取样S112电路送到控制单元S110，由此控制大电流器件开关S104，当超温发生时，关断大电流器件开关S104
进一步地，所述温度传感器S113可以被安放在电池组表面或者安放在大电流器件开关S104表面
进一步地，温度传感器S113感测温度范围+45℃—+100℃。
定时器S111功能，将定时信号发送到控制单元S110，由控制单元S110输出关断信号，强制大电流器件开关S104断开，从主电流回路切断电池充电回路，确保电池不被过充。
进一步地，定时器S111，定时时间可以是固定式，即用户不能自已更改定时时间，也可以是可编程式，即用户可以自定义更改定时时间。
进一步地，定时器S111，定时范围为3分钟至120分钟。
注：本发明是不以充满为目的，只是应急快速充电，随时都可充，如电池没有充满，在原有基础上续充电，到定时到为止，这是第一层保护，如果定时未到已充满，内电路会检测到从而断充，这是第二层保护，以保电池安全，不会过充。如异常出现，会出现高温情况，则高温保护电路动作，停充，这是第三层保护。
如图1～11，一种移动电源，包括外壳1和设置在外壳内的储能模块；其特征在于，外壳上设有挂钩11。
外壳的背面或正面设有铰接部件12；挂钩通过所述的铰接部件与外壳相连。
所述的铰接部件为转轴；
转轴与挂钩通过以下任一种方式连接：
(1)转轴通过万向节与挂钩的根部连接；
(2)转轴的中段还设有一个插孔(插孔的轴线与与转轴的轴线垂直)，挂钩的根部插装在该插孔中，挂钩的根部能在该插孔中旋转；
(3)转轴的中段接有一个连接段，连接段与转轴组成一个T字型部件；连接段的端部设有一个插孔(插孔的轴线与与转轴的轴线垂直)，挂钩的根部插装在该插孔中，挂钩的根部能在该插孔中旋转。
由于插孔的外口出设有限位部件，挂钩的根部不会从插孔中脱出，限位部件可以是带通孔的螺纹盖。
外壳的正面或背面上还设有用于容纳翻折后挂钩的避空凹陷部13，所述的避空凹陷部和铰接部件同位于正面或背面。避空凹陷部为方形的凹陷部，挂钩翻折后，存放于该避空凹陷部中，这样，不使用挂钩时，挂钩不会向外突出，从而不影响美观。
外壳的前端部设有前端LED照明灯10；前端LED照明灯为圆形照明灯，外壳上设有用于控制前端LED照明灯的第一按键开关3。
外壳的正面或背面设有条形灯。
所述的条形灯中的LED灯包括多颗三色灯，采用三色灯实现各种颜色。或者所述的条形灯中的LED灯包括蓝色LED灯、红色LED灯和白光LED灯。外壳上设有用于控制条形灯的第二按键开关6。
外壳上还设有挂环9。具体的，挂环设置在上侧面。
外壳上设有汽车点火输出端口，汽车点火输出端口处设有起保护作用的点火端口盖7。
所述的外壳上设有电量显示装置，电量显示装置为液晶显示屏或由多个LED灯组成的电量显示模块。
外壳上设有2路USB输出端口。
外壳内设有锂离子电池和为锂电子电池充电的恒流充电电路。
外壳内设有主板，主板上设有用于驱动LED灯的LED恒流驱动电路。
LED恒流驱动电路说明如下：
采用PWM通过NMOS管控制LED灯串的发光亮度(调光)；
NMOS管SE2300
LED灯串的阳极通过电阻R22接直流电压端Vout，LED灯串的阴极接NMOS管Q1的D极；NMOS管Q1的S极接地；NMOS管Q1的G极经电阻R20接DOP3端口，DOP3端口为MCU的IO端口。NMOS管Q1的G极和S极之间跨接有电阻R27。这种调光电路结构简单，易于实施，而且调光效果好。
与定时充电相配合的，是直充或恒流充电；比如定时时间到达后还可以通过切换开关(如继电器或MOS管等)切换到恒流充电(恒流充电为传统充电模式)；
恒流充电电路如图10-11所示，各元件或标号说明：
VIN+ -----输入电源正极。
VIN- -----输入电源负极。
VOUT+ -----输出电源正极。
VOUT- ----输出电源负极。
VREF+ -----参考电源的正极
C1为输入滤波电容。
C2为输出滤波电容。
C3为电流采样反馈滤波。
R1，R2，R5，C3组成电流采样反馈线路。
R3，R4，为电压采样反馈电路。
D1为隔离二级管。
工作原理说明：
采用稳定参考电源作为基准电压，采用R1，R2，R5分压得到与FB相等的电压，从而通过FB去调整DCDC IC的内部PWM而控制输出电流的大小。例如，当输出电流变大，在取样电阻R5上的电压就会升高，由于VRFE+是固定的值，从而是FB电压变大，FB变大，占空比就会减少，从而是输出电流减少，而完成一个完整的反馈，达到稳定电流输出的目的。
恒流计算：
设R5上流过电流产生的电压为VIo,输出电流为Io
参考电压为VREF+＝2.5V，
FB电压为VFB＝0.6V，
R5＝0.1Ω，R1＝40KΩ，R2＝10KΩ
则：
VIo＝Io*R5
VFB＝VIo+((VREF+-VIo)*R2/(R1+R2))
计算得：
Io＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1*R5
如果取K＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1则等式
Io＝K/R5
从计算公式看,Io输出电流与输出电压和输入电压没有任何关系，只与VFB.R1,R2,VREF有关，而这些参数在具体的设计中，它们都是固定的(VFB在稳态时是固定的，对于芯片fp7192恒压芯片，其稳态值为0.6v)，所以K必然为一个固定的值，所以算式：
Io＝K/R5具有极好的线性度，及具有优良的可控性。
把上面的参数赋予上面设定的具体值可得：
Io＝(VFB*(R1+R2)-R2*VREF+)/R1*R5
＝(0.6*(40+10)-10*2.5)/40*0.1
＝1.25A
恒压芯片，成本约0.8元
从以上的等式中可以看到，此方案引入固定的VREF+，从而使Io变成一个只与R5取样电阻成线性关系的等式，使Io变成恒定，从而达到恒流的目的。
本方案参考电压恒流法的特点如下：
1.使用稳定固定VREF+电压，便于精度的控制和稳定性控制。
2.使用将电流采样变成电阻分压反馈，更简单可靠。
3.适用性广，任何需要恒流的线路都可以使用。
4.成本大幅降低，成本约为使用IC恒流方案做12V/1A输出的1/3。
恒流充电电路是一种全新的恒流实现方案。其核心是通过用恒压芯片实现恒流。而且，输出电流的大小可以灵活设定，灵活性好。比原来的采用恒流芯片应用效果好。实践表明，本发明的充电电路控制效果突出，成本显著降低。
Claims (3)
1.一种基于定时充电的移动电源，其特征在于，包括输入端接口、电压转换电路、充电开关、电池组、控制单元以及定时器；
输入端接口、电压转换电路、充电开关和电池组依次连接；
充电开关受控于所述的控制单元；
在充电开始时，启动定时器，定时器预设的定时时间到达时，控制充电电路断开，停止充电；
所述的控制单元和定时器均集成在MCU中；
电压转换电路中包括直充电路；
电压转换电路中包括限流充电电路；
还包括温度传感器和温度采样电路；所述温度传感器通过温度采样电路与控制单元输入端口连接，温度传感器用于检测电池组温度或检测移动电源内部温度；
还包括电压采样电路；电压采样电路与控制单元输入端口连接，电压采样电路用于检测电池组的电压,从而用于检测电池是否充满；
充电开关为功率MOS管，继电器，可控硅或IGBT，MCU通过驱动电路控制所述的充电开关动作；
所述的移动电源为启动电源，具有点火电路，或所述的移动电源为无人机用电池组；
定时器的定时时间为3-120分钟；
移动电源，包括外壳和设置在外壳内的储能模块，外壳上设有挂钩；
外壳的背面或正面设有铰接部件；挂钩通过所述的铰接部件与外壳相连；
所述的铰接部件为转轴；
转轴与挂钩通过以下任一种方式连接：
(1)转轴通过万向节与挂钩的根部连接；
(2)转轴的中段还设有一个插孔，挂钩的根部插装在该插孔中，挂钩的根部能在该插孔中旋转；
(3)转轴的中段接有一个连接段，连接段与转轴组成一个T字型部件；连接段的端部设有一个插孔，挂钩的根部插装在该插孔中，挂钩的根部能在该插孔中旋转；
外壳的正面或背面上还设有用于容纳翻折后挂钩的避空凹陷部，所述的避空凹陷部和铰接部件同位于正面或背面；避空凹陷部为方形的凹陷部，挂钩翻折后，存放于该避空凹陷部中，不使用挂钩时，挂钩不会向外突出；
外壳的前端部设有前端LED照明灯；前端LED照明灯为圆形照明灯，外壳上设有用于控制前端LED照明灯的第一按键开关；
外壳的正面或背面设有条形灯；
所述的条形灯中的LED灯包括多颗三色灯，采用三色灯实现各种颜色；外壳上设有用于控制条形灯的第二按键开关；
外壳上还设有挂环，挂环设置在上侧面；
外壳上设有汽车点火输出端口，汽车点火输出端口处设有起保护作用的点火端口盖；
所述的外壳上设有电量显示装置，电量显示装置为液晶显示屏或由多个LED灯组成的电量显示模块；
外壳上设有2路USB输出端口；
外壳内设有锂离子电池和为锂电子电池充电的恒流充电电路；
外壳内设有主板，主板上设有用于驱动LED灯的LED恒流驱动电路。
2.根据权利要求1所述的基于定时充电的移动电源，其特征在于，定时器为机械定时器；机械定时器串接在充电回路中。
3.根据权利要求2所述的基于定时充电的移动电源，其特征在于，定时器设置在外置充电器中。
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