CN108054796B - 一种蓄电池充电自动控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池充电自动控制电路，包括：高压继电器、第一低压继电器、第二低压继电器、按键控制模块以及主控模块；主控模块在按键控制信号为控制蓄电池进行放电时，断开连接在充电器与工频信号之间的高压继电器和连接在充电器和蓄电池之间的第一低压继电器，并将连接在蓄电池和输出之间的第二低压继电器接通，使蓄电池放电；在按键控制信号为控制蓄电池进行充电时，断开第二低压继电器，并在蓄电池的电压值低于预设放电电压值时，将高压继电器和第一低压继电器接通进行充电，直到电压值达到预设充电电压值，断开高压继电器和第一低压继电器，充电结束。本发明安全稳定，控制规范，操作简洁，可一键切换工作状态，有效监控蓄电池的电压。

Description

一种蓄电池充电自动控制电路

技术领域

本发明属于蓄电池充电自动控制领域，更具体地，涉及一种蓄电池充电自动控制电路。

背景技术

铅酸蓄电池由于具备电压稳定、价格便宜等优点而被广泛应用于生产生活中。然而，无论是何种电池，普遍存在的一个问题是电量可能会放空的情况。然而，有些供电设备需要稳定地持续供电，一旦电量不足，必然造成其无法正常工作。

针对蓄电池的自动充电电路的设计有过不少研究。但是，经过研究发现，传统的自动充电电路，其基本原理是通过从充电器稳压输出端上对电压进行分压并送到比较器的正向输入端，作为充电控制的基准电压；同时在反向输入端输入蓄电池的采样电压，通过比较器产生控制信号，经过三极管放大后驱动三极管或继电器，从而接通充电电路。另外一种思路是采用稳压二极管。当低电压时，稳压二极管不导通，从而使与其相邻的三极管不导通，另一个三极管则导通，从而启动对蓄电池充电的电路，实现对蓄电池的充电；反之，当电压较高时，稳压二极管导通，与之相连的三极管导通，另一个三极管则进入截至状态，充电回路被断开，从而停止充电。而无论哪种控制方法，都需要产生一个比较电压，并利用这个电压来产生控制信号。

现在比较新的控制手段是直接采用微控制器。由铅酸蓄电池，CPU，充电控制系统和充电电源构成一个回路，同时加入I/O设备，可以实现对控制的人工合理干预。这种设计的优点是结构简单、便于操作、维修方便。但是，在这种控制手段中，却采用了大功率IGBT以及PWM控制，这也就决定了这种控制方法在器件成本上也比较昂贵，在控制上比较复杂。因此在商业大规模应用上仍然有待商榷。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种蓄电池充电自动控制电路，由此解决目前采用微控制器作为自动控制手段存在的控制复杂及器件成本较高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种蓄电池充电自动控制电路，包括：高压继电器、第一低压继电器、第二低压继电器、按键控制模块以及主控模块；

所述高压继电器用于将工频信号接入充电器；

所述第一低压继电器用于连接所述充电器与蓄电池，以使所述充电器通过所述第一低压继电器为所述蓄电池进行充电；

所述第二低压继电器用于连接所述蓄电池与输出负载，以控制所述蓄电池的输出；

所述按键控制模块用于向所述主控模块发送控制信号，所述控制信号用于控制所述蓄电池的充放电状态；

所述主控模块，用于在所述控制信号为控制所述蓄电池进行放电时，断开所述高压继电器和所述第一低压继电器，并将所述第二低压继电器接通，以使所述蓄电池对外放电；

所述主控模块，还用于在所述控制信号为控制所述蓄电池进行充电时，断开所述第二低压继电器，并在所述蓄电池的电压值低于预设放电电压值时，将所述高压继电器和所述第一低压继电器接通，以使所述充电器对所述蓄电池进行充电，直到所述蓄电池的电压值达到预设充电电压值时，断开所述高压继电器和所述第一低压继电器，以结束充电过程。

优选地，所述蓄电池充电自动控制电路还包括：隔离驱动模块；

所述隔离驱动模块分别位于所述主控模块与所述高压继电器、所述第一低压继电器以及所述第二低压继电器之间，用于使所述主控模块通过所述隔离驱动模块驱动控制所述高压继电器、所述第一低压继电器以及所述第二低压继电器的接通与关断。

优选地，所述蓄电池充电自动控制电路还包括：分压电路模块；

所述分压电路模块位于所述主控模块与所述蓄电池之间，用于将所述蓄电池的电压进行分压以满足所述主控模块的采样电压。

优选地，所述蓄电池充电自动控制电路还包括：显示模块；

所述显示模块，用于将所述主控模块的基准源电压、所述主控模块的供电电压和采样得到的所述蓄电池的电压进行显示。

优选地，所述蓄电池充电自动控制电路还包括：稳压电路模块；

所述稳压电路模块，用于将外部供电电源的电压进行分压以满足所述主控模块的供电电压需求。

优选地，所述隔离驱动模块包括：第一电阻R1、光耦、发光二极管D1、第二电阻R2、三极管以及二极管D2；

所述第一电阻R1的第一端接电源正极端，所述第一电阻R1的第二端接所述光耦的第一输入端；

所述发光二极管D1的负极端接所述主控模块的输出端，所述发光二极管D1的正极端接所述光耦的第二输入端；

所述第二电阻R2的第一端接所述光耦的第三输出端，所述第二电阻R2的第二端接所述三极管的基极端；

所述二极管D2的负极端与所述光耦的第四输出端以及电源正极端连接，所述二极管D2的正极端与所述三极管的集电极端连接，且所述二极管D2反向并联于继电器两端。

优选地，所述主控模块采用具备A/D转换功能和内部基准源电压的单片机。

优选地，所述主控模块为STC15单片机或者STC12单片机。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明通过使用高压继电器来控制工频进入到蓄电池充电器中，同时在蓄电池充电器和蓄电池之间添加第一低压继电器，如此形成双重保障，可保证蓄电池不充电时，充电器的输入端悬空，输出端也悬空，而且是完全意义上的没有任何其它连接。通过继电器这样的接法，可以完全保证蓄电池工作时处于“悬浮地”状态，并且对蓄电池的充电不造成任何不良影响，还不存在任何安全隐患问题。

(2)本发明减少了多器件连接可能存在的耦合性问题以及合理使用多个继电器，提高了电路的可靠性和安全性。通过使用发光二极管作为指示灯和使用液晶显示模块，使电路的工作状态一目了然。

(3)使用了光耦隔离，保证了控制部分和工作部分的隔离，避免信号的干扰。通过按键控制，合理控制开关的动作次序，可以稳定实现对蓄电池充放电的控制，可保证蓄电池的电量始终处于充沛状态，输出负载不会因为电量不足而无法工作。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种蓄电池充电自动控制电路的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的STC15单片机的管脚图；

图3为本发明实施例提供的基于STC15单片机和显示模块的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的分压模块的电路结构示意图；

图5为本发明实施例提供的稳压电路模块的电路结构示意图；

图6为本发明实施例提供的隔离驱动模块的电路结构示意图。

图7为本发明实施例提供的基于STC15单片机的自动充电控制示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

通常电池使用的输出器件要求使用“悬浮地”，而且要求非常可靠，这也就决定了现有充电自动控制电路并不能适用于我们的实际应用，因此，在本发明中使用了多个继电器，它们有力地保证了蓄电池在对外输出时，始终处于悬浮地的状态。另外，外接输出要求电池的输出电压始终稳定在11.8～13.6V之间，这也就对蓄电池的电压稳定度提出了要求：蓄电池的电压既不能过高，也不能过低，否则都会影响输出的正常工作。而且，蓄电池的电压参数，重要器件的主要工作参数能够通过液晶显示出来，随时可以呈现在观察者的视野之中。

面对这种问题或者需求，本发明设计了一种针对蓄电池的简易自动充电控制电路，可显示蓄电池的电压并实现自动控制功能，节省了人力并保证了蓄电池的持续稳定工作。本发明通过使用高压继电器来控制工频AC220V进入到蓄电池充电器中，同时在蓄电池充电器和蓄电池之间添加第一低压继电器，如此形成双重保障。可保证蓄电池不充电时，充电器的输入端悬空，输出端也悬空，而且是完全意义上的没有任何其它连接。像蓄电池的充电器，既不宜处于接入高压输入却没输出的状态(可能存在潜在的安全风险)，也不宜处于无高压输入却长期接在蓄电池两端(增加蓄电池耗能，减少蓄电池的使用时间，甚至可能对蓄电池的输出信号造成一定的影响)。通过继电器这样的接法，可以完全保证蓄电池工作时处于“悬浮地”状态，并且对蓄电池的充电不造成任何不良影响，还不存在任何安全隐患问题。

考虑到输出要求“悬浮地”，所以，在蓄电池的输出端和输出之间添加了第二低压继电器，从而控制蓄电池的充放电状态。另外，考虑到输出不是一直供电，因此添加了一个控制按键模块，这个按键控制模块起着一键切换的作用，如图7所示：通过按键的接通关断，送给单片机一个控制信号，从而控制各个继电器的动作状态。当收到的是要求蓄电池输出的信号时，单片机会控制接在充电器两端的高压继电器和第一低压继电器，使它们先断开，然后接入蓄电池和输出之间的第二低压继电器，如此，蓄电池即可实现对外输出；反之，单片机会控制蓄电池与输出之间的第二低压继电器，使其断开，然后，单片机会分析检测到的蓄电池的电压值与预设放电电压值：如果高于预设放电电压值，单片机不作任何操作；如果低于预设放电电压值，单片机会接通充电器两端的高压继电器和第一低压继电器，实现对蓄电池的充电。当充电的电压值达到了预设充电电压值时，单片机会控制充电器两端的第一低压继电器和高压继电器，使其断开。如此，可保证蓄电池的电量始终处于充沛状态，避免输出的不连续现象，输出负载不会因为电量不足而无法工作。另外，通过这种控制操作，也有力地保证了输出始终处于悬浮地状态。

如图1所示为本发明实施例提供的一种蓄电池充电自动控制电路，包括：高压继电器、第一低压继电器、第二低压继电器、按键控制模块以及主控模块；

高压继电器用于将工频信号接入充电器；第一低压继电器用于连接充电器与蓄电池，以使充电器通过第一低压继电器为蓄电池进行充电；第二低压继电器用于连接蓄电池与输出负载，以控制蓄电池的输出；按键控制模块用于向主控模块发送控制信号，控制信号用于控制蓄电池的充放电状态；主控模块，用于在控制信号为控制蓄电池进行放电时，断开高压继电器和第一低压继电器，并将第二低压继电器接通，以使蓄电池对外放电；主控模块，还用于在控制信号为控制蓄电池进行充电时，断开第二低压继电器，并在蓄电池的电压值低于预设放电电压值时，将高压继电器和第一低压继电器接通，以使充电器对蓄电池进行充电，直到蓄电池的电压值达到预设充电电压值时，断开高压继电器和第一低压继电器，以结束充电过程。

其中，预设充电电压值和预设放电电压值可以根据实际使用情况进行确定。

在一个可选的实施方式中，蓄电池充电自动控制电路还包括：隔离驱动模块；隔离驱动模块分别位于主控模块与高压继电器、第一低压继电器以及第二低压继电器之间，用于使主控模块通过隔离驱动模块驱动控制高压继电器、第一低压继电器以及第二低压继电器的接通与关断，从而起到隔离和驱动作用。

在一个可选的实施方式中，蓄电池充电自动控制电路还包括：分压电路模块；分压电路模块位于主控模块与蓄电池之间，用于将蓄电池的电压进行分压以满足主控模块的采样电压。

在一个可选的实施方式中，蓄电池充电自动控制电路还包括：显示模块；显示模块，用于将主控模块的基准源电压、主控模块的供电电压和采样得到的蓄电池的电压进行显示。

在一个可选的实施方式中，蓄电池充电自动控制电路还包括：稳压电路模块；稳压电路模块，用于将外部供电电源的电压进行分压以满足主控模块的供电电压需求。

在一个可选的实施方式中，隔离驱动模块包括：第一电阻R1、光耦、发光二极D1、第二电阻R2、三极管以及二极管D2；

第一电阻R1的第一端接电源正极端，第一电阻R1的第二端接光耦的第一输入端；发光二极管D1的负极端接主控模块的输出端，发光二极管D1的正极端接光耦的第二输入端；第二电阻R2的第一端接光耦的第三输出端，第二电阻R2的第二端接三极管的基极端；二极管D2的负极端与光耦的第四输出端以及电源正极端连接，二极管D2的正极端与三极管的集电极端连接，且二极管D2反向并联于继电器两端。

在一个可选的实施方式中，主控模块采用具备A/D转换功能和内部基准源电压的单片机，例如，主控模块为STC15单片机或者STC12单片机。

以采用STC15单片机结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

图2为STC15单片机的管脚图，图3为基于STC15单片机的与显示模块LCD1602的连接、电量报警指示灯、声音报警用的蜂鸣器和一键控制用的开关。STC15单片机和LCD1602的连接如图3所示，接线基本准则是LCD1602的数据传输部分使用一组完整的I/O口，此处使用的是P2口，其余需要提供高低电平控制的口则使用其它空余接口。用来调节LCD1602亮度和对比度的口接上3296W滑动变阻器，从而实现LCD1602的亮度和对比度的连续可调，可以适应更广泛的外界条件。所连接的按键具备自锁功能，拨动或按下按键，单片机会接收到电平变化，通过检测到的电平变化，单片机会调整蓄电池的充放电状态。

图4为分压电路模块。由于STC15单片机不能对超过5V的电压进行A/D采样，因此，采用了分压电阻进行降压处理。

由于此处分压电阻对电压结果有重要影响，因此，实际使用中，使用的是高精度(1％)金属膜电阻。考虑到STC15系列单片机集成了10位分辨率的A/D(处于P1口)，因此，可以直接将分压后的电压值送到P1口上。通常来说，使用A/D转换功能都需要使用基准源，这也相当于比较器中必须使用参考基准。而STC15单片机可以外接基准，也可以直接使用内部基准——第9通道的BandGap电压(带隙电压)。只要单片机一直工作在其工作电压范围之内(2.5～5.5V)，这个参考电压几乎不会波动，始终维持在1.27V左右。因此，它是一个非常好的基准源。鉴于STC15单片机具备A/D和内部基准电压，可明显减少外部器件。同时，第9通道的电压值还可用于单片机工作电压的计算。计算单片机工作电压和采样的电压的公式分别如下：

ADC_Voltage＝bandgap×adc_res10/adc_9gallery_res

Power_Voltage＝bandgap×1024/adc_9gallery_res

其中，BandGap值可通过读取内部RAM区或ROM区所占用的地址的值获得，adc_res10是实际测得的P1.0口的A/D转换值，adc_9gallery_res是测得的第9通道的A/D值，ADC_Voltage和Power_Voltage分别是计算得到的P1.0口的电压值和单片机的输入电压值。

图5为稳压电路。单片机的工作电压在2.5～5.5V之间，而蓄电池直接提供的电压通常在6V左右，因此，不能直接用蓄电池对单片机进行供电，于是，此处可以采用LM2940芯片对蓄电池的电压进行降压处理。

图6为隔离驱动模块的电路结构图。单片机输出电流的能力弱于接手灌电流的能力，而且，考虑到需要使用多个这样的电路，因此，采用了灌电流设计。靠近I/O口处使用了一个发光二极管D1，可充当工作指示灯。光耦能起到一定的隔离效果。即使光耦处于导通状态，光耦直接驱动继电器的能力始终显得不足，为保证可靠性，再接了一个三极管对电流进行放大，这样可以顺利地对继电器进行开关。电阻在隔离驱动电路中的主要作用是限流。考虑到继电器关断或切换时继电器内部线圈会产生反向电压(楞次定律)，同时叠加电源电压，可能会损伤三极管甚至将其击穿，故与继电器反向并联二极管D2以抑制该电压，达到保护三极管，实现电路稳定运行的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蓄电池充电自动控制电路，其特征在于，包括：高压继电器、第一低压继电器、第二低压继电器、按键控制模块以及主控模块、隔离驱动模块；

所述高压继电器用于将工频信号接入充电器；

所述第一低压继电器用于连接所述充电器与蓄电池，以使所述充电器通过所述第一低压继电器为所述蓄电池进行充电；

所述第二低压继电器用于连接所述蓄电池与输出负载，以控制所述蓄电池的输出；

所述按键控制模块用于向所述主控模块发送控制信号，所述控制信号用于控制所述蓄电池的充放电状态；

所述主控模块，用于在所述控制信号为控制所述蓄电池进行放电时，断开所述高压继电器和所述第一低压继电器，并将所述第二低压继电器接通，以使所述蓄电池对外放电；

所述主控模块，还用于在所述控制信号为控制所述蓄电池进行充电时，断开所述第二低压继电器，并在所述蓄电池的电压值低于预设放电电压值时，将所述高压继电器和所述第一低压继电器接通，以使所述充电器对所述蓄电池进行充电，直到所述蓄电池的电压值达到预设充电电压值时，断开所述高压继电器和所述第一低压继电器，以结束充电过程；

所述隔离驱动模块分别位于所述主控模块与所述高压继电器、所述第一低压继电器以及所述第二低压继电器之间，用于使所述主控模块通过所述隔离驱动模块驱动控制所述高压继电器、所述第一低压继电器以及所述第二低压继电器的接通与关断。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述蓄电池充电自动控制电路还包括：分压电路模块；

所述分压电路模块位于所述主控模块与所述蓄电池之间，用于将所述蓄电池的电压进行分压以满足所述主控模块的采样电压。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述蓄电池充电自动控制电路还包括：显示模块；

所述显示模块，用于将所述主控模块的基准源电压、所述主控模块的供电电压和采样得到的所述蓄电池的电压进行显示。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的电路，其特征在于，所述蓄电池充电自动控制电路还包括：稳压电路模块；

所述稳压电路模块，用于将外部供电电源的电压进行分压以满足所述主控模块的供电电压需求。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述隔离驱动模块包括：第一电阻R1、光耦、发光二极管D1、第二电阻R2、三极管以及二极管D2；

所述第一电阻R1的第一端接电源正极端，所述第一电阻R1的第二端接所述光耦的第一输入端；

所述发光二极管D1的负极端接所述主控模块的输出端，所述发光二极管D1的正极端接所述光耦的第二输入端；

所述第二电阻R2的第一端接所述光耦的第三输出端，所述第二电阻R2的第二端接所述三极管的基极端；

所述二极管D2的负极端与所述光耦的第四输出端以及电源正极端连接，所述二极管D2的正极端与所述三极管的集电极端连接，且所述二极管D2反向并联于继电器两端。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述主控模块采用具备A/D转换功能和内部基准源电压的单片机。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述主控模块为STC15单片机或者STC12单片机。

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