CN112787377A - 一种应用于服务机器人的电池快充保护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于服务机器人的电池快充保护装置及方法，包括充电桩，以及与所述充电桩连接的电池管理保护盒，电池管理保护盒分别连接主控制器盒和服务机器人上的电池，主控制器盒分别连接显示屏和扬声器；充电时，电池管理保护盒采集充电桩上的充电状态数据和电池的温度数据，发送给主控制器盒处理与存储；所述主控制器对实时采集的数据进行判断，若超出预警阈值，则通过显示屏显示；若超出报警阈值，则通过扬声器发出报警信号，同时主控制器向电源管理保护盒发出切断电源的信号。本发明建立了一级预警门限和二级断路保护门限，通过完整的电池充电预警保护机制实现对电池故障快速预警，灵敏性强且分级保护时效性高。
Description
技术领域
本发明属于自动化控制应用技术，具体涉及一种应用于服务机器人的电池快充保护装置及方法。
背景技术
随着科技的不断进步，人们对于电池的使用需求越来越高，电池作为一种易燃易爆的能源装置，安全问题显得尤为重要。电池在服务机器人上的应用，面临机器人线路老化，充电放电环境恶劣(有水渍油污)等问题。传统的电池充电保护技术，在产品出厂时，设定固定的实验室保护参数，只是在过载、短路发生时才能触发门限保护，与季节变化、现实环境场景脱节。因此，有必要设计一种能够适应现场环境、季节变化，提前预警防护的电池保护技术。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种能够适应现场环境、季节变化，还能实现提前预警防护的应用于服务机器人的电池快充保护装置及方法。
技术方案：本发明包括一种应用于服务机器人的电池快充保护装置，包括充电桩，还包括与所述充电桩连接的电池管理保护盒，电池管理保护盒分别连接主控制器盒和服务机器人上的电池，主控制器盒分别连接显示屏和扬声器；当充电桩对服务机器人进行充电操作时，电池管理保护盒采集充电桩上的充电状态数据和电池的温度数据，并发送给主控制器盒进行数据处理与存储；所述主控制器对实时采集的数据进行判断，若超出预警阈值，则通过显示屏显示；若超出报警阈值，则通过扬声器发出报警信号，同时主控制器向电源管理保护盒发出切断电源的信号。
所述电池上设有温度传感器，温度传感器实时向电源管理保护盒输出温度数据。
所述电池管理保护盒与充电桩之间采用二总线载波调制通信技术进行双向连接。
所述电池管理保护盒与主控制器之间、电池管理保护盒与电池之间均通过通过UART串行接口双向连接。
所述电池管理保护盒中主控芯片采用STM32F103型号的芯片。
本发明还包括一种应用于服务机器人的电池快充的保护方法，包括以下步骤：
(1)电池管理保护盒实时采集充电桩上的充电状态数据以及电池的温度数据，并发送给主控制器；
(2)主控制器计算接收到的各项数据的最值和均值，绘制各项数据的变化曲线，并根据各项数据的变化曲线自动调整各项数据的预警阈值和报警阈值；
(3)主控制器将实时采集的各项数据与步骤(2)计算出的均值进行比较，当各项数据的变化曲线出现异常波动时进行分级处理；
(4)若实时采集的数据在预警阈值和报警阈值之间，主控制器将数据传输至显示屏，显示屏提示电池充电指标异常；
(5)若实时采集的数据超出报警阈值，主控制器向扬声器发出报警信号，同时主控制器向电源管理保护盒发出切断电源的信号。
步骤(1)中，所述电池管理保护盒实时采集充电桩充电接口的电压模拟量数据和电流模拟量数据。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：使电池管理系统具有良好的环境适应性，在高温、湿热的环境下；同时，能及时判断电源系统异常，提前预警报警，增强了系统的可靠性和自我保护的能力；本优化方法使得服务机器人的电池电源系统更加安全，适应的工作环境更加宽广。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构框图；
图2为本发明中服务机器人的电池快充保护硬件架构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，本发明的应用于服务机器人的电池快充保护装置，包括充电桩，充电桩连接电池管理保护盒，电池管理保护盒还分别连接主控制器盒和服务机器人上的电池，主控制器盒分别连接显示屏和扬声器。本实施例中，电池管理保护盒与充电桩之间采用二总线载波调制通信技术进行双向连接。电池管理保护盒与主控制器之间、电池管理保护盒与电池之间均通过收发独立的UART串行接口双向连接。电池上设有温度传感器，温度传感器实时向电源管理保护盒输出温度数据。电池管理盒采用ST公司的STM32F103型芯片作为电源管理的主控芯片，其具有丰富的逻辑元件和I/O资源。主控制器的主芯片采用瑞芯微公司的RK3399Pro芯片，该芯片增加了神经网络处理单元NPU，总算力高达2.4Tops。
当充电桩对服务机器人进行充电操作时，电池管理保护盒采集充电桩上的充电状态数据和电池的温度数据，并发送给主控制器盒进行数据处理与存储；主控制器对实时采集的数据进行判断，若超出预警阈值，则通过显示屏显示；若超出报警阈值，则通过扬声器发出报警信号，同时主控制器向电源管理保护盒发出切断电源的信号。
如图2所示，本发明的保护装置涉及到软件程序，软件程序直接面向微控制器及外围设备，其分为两部分：电源管理盒程序和主控制器软件。电源管理盒程序是一个实时RTOS系统，承担所有电池充电数据的实时采集，以及电池温度的采集、数据传输、切断保护等操作；主控制器软件则是一个安卓系统。在安卓系统中，APP应用程序是将收到的各项参数数据进行MySQL数据库管理分析，同时对电源管理盒传输过来新的数据与数据库计算出来的阈值进行比对判断。异常时，并预警信息直接显示到显示屏上，提醒用户注意安全，当参数异常危险等级较高时，通过扬声器将报警信号输出，同时通知电源管理盒进行紧急切断操作。为了不影响主控制器处理数据的速度，程序及调用函数的代码要设计简练且逻辑结构严谨。后台APP应用程序对数据库的管理分析，要求实时性尽可能高，数据处理及时。
本发明还包括一种用于服务机器人的电池快充保护装置的保护方法，具体包括以下步骤：
(1)电池管理保护盒实时采集充电桩上的充电状态数据以及电池的温度数据，并发送给主控制器处理并存储，主控制器存储的有效数据越多，动态调整的门限阈值越贴近实际环境，智能灵敏程度越高；
(2)主控制器计算接收到的各项数据的最值和均值，对充电数据库进行AI自学习优化处理，根据最近一个月自学习存储的充电参数有效数据曲线，动态上浮10％作为预警阈值，动态上浮20％作为报警阈值；其中，数据的接收处理选择中断的方式，选择中断处理的工作方式是要保证能及时快速的响应通信要求，数据不丢包。
(3)主控制器将实时采集的各项数据与步骤(2)计算出的均值进行比较，当各项数据变化曲线出现异常波动时进行分级处理；
(4)若实时采集的数据在预警阈值和报警阈值之间，主控制器将数据传输至显示屏，显示屏提示电池充电指标异常，用户经检查确认没有问题，点击确认，该数据作为有效的正常数据，更新到数据库中；
(5)若实时采集的数据超出报警阈值，主控制器向扬声器发出报警信号，同时主控制器向电源管理保护盒发出切断电源的信号，保护整个电池系统。
步骤(1)中，所述电池管理保护盒实时采集充电桩充电接口的电压模拟量数据和电流模拟量数据。
本发明能够对电池各项参数曲线出现异常波动的情况进行分级处理，在安全范围内的异常波动进行预警处理，显示屏弹出提示消息，等待用户确认处理；在明显的超出安全范围内的曲线异常变化，电源管理盒直接切断电源输入回路，进行安全保护。
Claims (7)
1.一种应用于服务机器人的电池快充保护装置，包括充电桩，其特征在于：还包括与所述充电桩连接的电池管理保护盒，电池管理保护盒分别连接主控制器盒和服务机器人上的电池，主控制器盒分别连接显示屏和扬声器；
当充电桩对服务机器人进行充电操作时，电池管理保护盒采集充电桩上的充电状态数据和电池的温度数据，并发送给主控制器盒进行数据处理与存储；所述主控制器对实时采集的数据进行判断，若超出预警阈值，则通过显示屏显示；若超出报警阈值，则通过扬声器发出报警信号，同时主控制器向电源管理保护盒发出切断电源的信号。
2.根据权利要求1所述应用于服务机器人的电池快充保护装置，其特征在于：所述电池上设有温度传感器，温度传感器实时向电源管理保护盒输出温度数据。
3.根据权利要求1所述应用于服务机器人的电池快充保护装置，其特征在于：所述电池管理保护盒与充电桩之间采用二总线载波调制通信技术进行双向连接。
4.根据权利要求1所述应用于服务机器人的电池快充保护装置，其特征在于：所述电池管理保护盒与主控制器之间、电池管理保护盒与电池之间均通过通过UART串行接口双向连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述应用于服务机器人的电池快充保护装置，其特征在于：所述电池管理保护盒中主控芯片采用STM32F103型号的芯片。
6.一种基于权利要求1所述应用于服务机器人的电池快充保护装置的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)电池管理保护盒实时采集充电桩上的充电状态数据以及电池的温度数据，并发送给主控制器；
(2)主控制器计算接收到的各项数据的最值和均值，绘制各项数据变化曲线，并根据各项数据的变化曲线自动调整各项数据的预警阈值和报警阈值；
(3)主控制器将实时采集的各项数据与步骤(2)计算出的均值进行比较，当各项数据变化曲线出现异常波动时进行分级处理；
(4)若实时采集的数据在预警阈值和报警阈值之间，主控制器将数据传输至显示屏，显示屏提示电池充电指标异常；
(5)若实时采集的数据超出报警阈值，主控制器向扬声器发出报警信号，同时主控制器向电源管理保护盒发出切断电源的信号。
7.根据权利要求6所述应用于服务机器人的电池快充保护方法，其特征在于：步骤(1)中，所述电池管理保护盒实时采集充电桩充电接口的电压模拟量数据和电流模拟量数据。
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