CN113193627B - 一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统 - Google Patents

一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，包括：依次电性连接的充电电源接口、充电管理模块、电源开关、电池电压采样电路、单片机和主控模块；电池电压采样电路对电池电压进行采样，得到采样电压值；单片机根据预先导入的电池电量曲线生成电池当前电量与采样电压值之间的对应关系；在当前电量达到92％且小于100％时，判断为已充满，在当前电量等于或低于25％时，判断为低电量；主控模块根据单片机的判断结果，发送“断开充电”或“执行充电”指令至单片机；单片机根据主控模块发送的指令控制扫地机器人执行“退出充电桩”或“寻找充电桩充电”的动作本发明通过控制电池的充电量，防止电池被充饱和，能够显著提高电池的使用寿命。

Description

一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统
技术领域
本发明涉及充电管理技术领域，更具体的说是涉及一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统。
背景技术
扫地机器人内部的电池是扫地机器人的关键安全元器件，其使用寿命越长越好，随着电池使用时间的延长，电池内阻增加，电池电量损失在电池内阻发热的功率不断增加，这样，会减少电池对外供电提供的功率。
目前的充电方案电池虽然有保护板，防止电池过充电和过放电，一定程度上保护了电池，延长了电池使用寿命。但是现有充电方案存在电池被充饱和的情况，仍然会减损使用寿命。
因此，如何提供一种能够能够显著提高扫地机器人电池使用寿命的充电控制系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，通过控制电池的充电量，防止电池被充饱和，能够显著提高电池的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，包括：充电电源接口、充电管理模块、电源开关、电池电压采样电路、单片机和主控模块；
所述充电管理模块的输入端与所述充电电源接口电性连接，输出端与扫地机器人的电池连接；
所述电源开关用于实现所述充电管理模块和所述电池电压采样电路之间的连接或断开；
所述电池电压采样电路用于在所述电源开关处于闭合状态时，对电池电压进行采样，得到采样电压值；
所述单片机用于确定电池当前电压值与采样电压值之间的对应关系，并根据预先导入的电池电量曲线生成电池当前电量与采样电压值之间的对应关系；在当前电量大于等于92％且小于100％时，判断为已充满，在当前电量等于或低于25％时，判断为低电量；
所述主控模块根据所述单片机的判断结果，发送“断开充电”或“执行充电”指令至所述单片机；
所述单片机根据所述主控模块发送的指令控制扫地机器人执行“退出充电桩”或“寻找充电桩充电”的动作。
优选的，在上述一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统中，所述主控模块还电性连接有语音播报模块；所述主控模块在电池处于已充满或低电量的状态时，控制所述语音播报模块发出相应的语音提示。
优选的，在上述一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统中，所述充电管理模块与电池之间通过电池连接器连接；所述电池电压采样电路通过所述电源开关与所述电池连接器连接。
优选的，在上述一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统中，所述电池电量曲线为：电池厂提供的电池电压与电量之间的对应关系曲线图。
优选的，在上述一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统中，电池电量的计算公式为：
K＝(V'-V0)/(V1-V0)；
其中，K表示电池当前电压值与达到满电量电压值的比值，V’表示电池当前电压值，V0表示电池电芯保护电压值，V1表示电池达到满电量时的电压值。
优选的，在上述一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统中，扫地机器人的电池的满电量电压值为16.8V，电芯保护电压值为12V；电池当前电压值12V对应的采样电压值为2.36V，对应的K值为0；电池当前电压值13.2V对应的采样电压值为2.59V，对应的K值为25％；电池当前电压值16.4V对应的采样电压值为3.22V，对应的K值为92％。
优选的，在上述一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统中，所述充电管理模块由CS5318E芯片及外围电路组成；CS5318E芯片的VIN引脚与所述充电电源接口连接；VIN引脚与STAT1引脚之间串联有电阻R3和发光二极管D2；VIN引脚与STAT2引脚之间串联有电阻R2和发光二极管D1；VIN引脚与AGND引脚之间连接有电容C2；AGND引脚接地，并通过电容C1分别与VCC引脚和ITFRM引脚连接；NTC引脚和EN引脚分别接地；BST引脚与SW引脚之间连接有电容C5；SW引脚与电容C5相连的一端还依次连接有电阻R1和电容C6；电容C6接地；DSP引脚与SW引脚之间连接有电感L1；BAT引脚连接有电池连接器J2，且BAT引脚与PGND引脚之间并联有电容C7、C4和C3；电容C3和CSP引脚之间还连接有电阻R5。
优选的，在上述一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统中，所述单片机采用GD32F303ZGT6单片机。
优选的，在上述一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统中，所述电池电压采样电路包括电阻R6、电阻R9、电阻R23、电容C23和电阻R0；电阻R9、电阻R23和电容C23并联后，分别与电阻R6和电阻R0串联；电阻R6通过电源开关与电池连接器相连；电阻R0与GD32F303ZGT6单片机的PA4引脚相连。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，在防止电池过充电和过放电的基础上，再增加一层电池保护措施，实现防止电池被充饱和，电池每一次充电都不被充饱和，电池内阻增加缓慢，电池发热量就低，电解液，电极，胶壳都因为温度的降低得到了保护，从而能够延长电池的使用寿命，电阻增加缓慢，热损耗较低，电池对外供电的功率就相应增加，该方法控制实现简单，且能够显著提高电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统的结构框图；
图2附图为本发明提供的充电管理模块、电源开关和电池电压采样电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，包括：充电电源接口、充电管理模块、电源开关、电池电压采样电路、单片机和主控模块；
充电管理模块的输入端与充电电源接口电性连接，输出端与扫地机器人的电池连接；
电源开关用于实现充电管理模块和电池电压采样电路之间的连接或断开；
电池电压采样电路用于在电源开关处于闭合状态时，对电池电压进行采样，得到采样电压值；
单片机用于确定电池当前电压值与采样电压值之间的对应关系，并根据预先导入的电池电量曲线生成电池当前电量与采样电压值之间的对应关系；在当前电量达到92％且小于100％时，判断为已充满，在当前电量等于或低于25％时，判断为低电量；
主控模块根据单片机的判断结果，发送“断开充电”或“执行充电”指令至单片机；
单片机根据主控模块发送的指令控制扫地机器人执行“退出充电桩”或“寻找充电桩充电”的动作。
具体的，充电管理模块与电池之间通过电池连接器连接；电池电压采样电路通过电源开关与电池连接器连接。
电池电量曲线为：电池厂提供的电池电压与电量之间的对应关系曲线图。
电池电量的计算公式为：
K＝(V'-V0)/(V1-V0)；
其中，K表示电池当前电压值与达到满电量电压值的比值，V’表示电池当前电压值，V0表示电池电芯保护电压值，V1表示电池达到满电量时的电压值。
在一些具体实施例中，充电管理模块为四节锂离子电池的电池管理IC，例如：智浦欣微的CS5318E。每节锂离子电池满电量电压为4.8V，那么扫地机器人的电池的满电量电压值为16.8V，电芯保护电压值为12V；电池当前电压值12V对应的采样电压值为2.36V，对应的K值为0；电池当前电压值13.2V对应的采样电压值为2.59V，对应的K值为25％；电池当前电压值16.4V对应的采样电压值为3.22V，对应的K值为92％；电池满电量电压值16.8V对应的采样电压为3.3V。
在一个实施例中，主控模块还电性连接有语音播报模块；主控模块在电池处于已充满或低电量的状态时，控制语音播报模块发出相应的语音提示。
具体工作过程为：
充电管理模块对电池直接充电，电源开关拨通后，电池电压采样电路工作，通过精密电阻分压采样，并将采样电压值输入到单片机的ADC输入口，单片机根据电池当前电压值与采样电压值之间的对应关系，以及预先导入的电池电量曲线，生成电池当前电量与采样电压值之间的对应关系，进而实现根据采样电压值便可以得知电池的当前电量，根据电池电压与电量之间的对应关系，可知当四节锂离子电池充满电到16.4V(采样电压值为3.22V)认为已经充满，主控模块控制语音播报模块发出语音提示，提示充电已满，同时单片机控制扫地机器人退出充电桩，断开充电。当电池电压为13.2V(采样电压值为2.59V)时，认为低电量，语音播报模块会发出语音提示低电量，同时单片机控制扫地机器人寻找充电桩去充电。电池实际充满电电压为16.8V(采样电压对应为3.3V)，电池电芯保护电压12V(采样电压为2.36V)。
在一个具体实施例中，如图2所示，充电管理模块由CS5318E芯片及外围电路组成；CS5318E芯片的VIN引脚与充电电源接口连接；VIN引脚与STAT1引脚之间串联有电阻R3和发光二极管D2；VIN引脚与STAT2引脚之间串联有电阻R2和发光二极管D1；VIN引脚与AGND引脚之间连接有电容C2；AGND引脚接地，并通过电容C1分别与VCC引脚和ITFRM引脚连接；NTC引脚和EN引脚分别接地；BST引脚与SW引脚之间连接有电容C5；SW引脚与电容C5相连的一端还依次连接有电阻R1和电容C6；电容C6接地；DSP引脚与SW引脚之间连接有电感L1；BAT引脚连接有电池连接器J2，且BAT引脚与PGND引脚之间并联有电容C7、C4和C3；电容C3和CSP引脚之间还连接有电阻R5。
单片机采用GD32F303ZGT6单片机。
电池电压采样电路包括电阻R6、电阻R9、电阻R23、电容C23和电阻R0；电阻R9、电阻R23和电容C23并联后，分别与电阻R6和电阻R0串联；电阻R6通过电源开关与电池连接器相连；电阻R0与GD32F303ZGT6单片机的PA4引脚相连。
电池电压采样电路的工作原理为：
电源开关闭合后，单片机GD32F303ZGT6的ADC检测口PA4口检测到通过R6(39K±1％)、R9(10K±1％)、R23(200K±1％)组成分压电路，其中R9和R23为并联，然后与R6串联分压，C23(500pF)做采样滤波去除抖动，分压得到的采样电压(R6与R9的公共端)，最后通过电阻R0连接到单片机GD32F303ZGT6的PA4引脚，该引脚可以用做ADC功能(ADC01_IN4),进而得到采样电压值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，其特征在于，包括：充电电源接口、充电管理模块、电源开关、电池电压采样电路、单片机和主控模块；
所述充电管理模块的输入端与所述充电电源接口电性连接，输出端与扫地机器人的电池连接；
所述电源开关用于实现所述充电管理模块和所述电池电压采样电路之间的连接或断开；
所述电池电压采样电路用于在所述电源开关处于闭合状态时，对电池电压进行采样，得到采样电压值；
所述单片机用于确定电池当前电压值与采样电压值之间的对应关系，并根据预先导入的电池电量曲线生成电池当前电量与采样电压值之间的对应关系；在当前电量大于等于92％且小于100％时，判断为已充满，在当前电量等于或低于25％时，判断为低电量；
所述主控模块根据所述单片机的判断结果，发送“断开充电”或“执行充电”指令至所述单片机；
所述单片机根据所述主控模块发送的指令控制扫地机器人执行“退出充电桩”或“寻找充电桩充电”的动作；
其中，所述充电管理模块由CS5318E芯片及外围电路组成；CS5318E芯片的VIN引脚与所述充电电源接口连接；VIN引脚与STAT1引脚之间串联有电阻R3和发光二极管D2；VIN引脚与STAT2引脚之间串联有电阻R4和发光二极管D1；VIN引脚与AGND引脚之间连接有电容C1；AGND引脚接地，并通过电容C2分别与VCC引脚和ITFRM引脚连接；NTC引脚和EN引脚分别接地；BST引脚与SW引脚之间连接有电容C5；SW引脚与电容C5相连的一端还依次连接有电阻R1和电容C6；电容C6接地；DSP引脚与SW引脚之间连接有电感L1；BAT引脚连接有电池连接器J2，且BAT引脚与PGND引脚之间并联有电容C7、C4和C3；电容C3和CSP引脚之间还连接有电阻R5；
所述电池电压采样电路包括电阻R6、电阻R9、电阻R23、电容C23和电阻R0；电阻R9、电阻R23和电容C23并联后，分别与电阻R6和电阻R0串联；电阻R6通过电源开关与电池连接器相连；电阻R0与单片机的PA4引脚相连；
采样时，电源开关闭合后，单片机的ADC检测口PA4口检测到通过R6、R9、R23组成分压电路，其中R9和R23为并联，然后与R6串联分压，C23做采样滤波去除抖动，分压得到的采样电压，通过电阻R0连接到单片机的PA4引脚，该引脚用做ADC功能，进而得到采样电压值。
2.根据权利要求1所述的一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，其特征在于，所述主控模块还电性连接有语音播报模块；所述主控模块在电池处于已充满或低电量的状态时，控制所述语音播报模块发出相应的语音提示。
3.根据权利要求1所述的一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，其特征在于，所述充电管理模块与电池之间通过电池连接器连接；所述电池电压采样电路通过所述电源开关与所述电池连接器连接。
4.根据权利要求1所述的一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，其特征在于，所述电池电量曲线为：电池厂提供的电池电压与电量之间的对应关系曲线图。
5.根据权利要求1所述的一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，其特征在于，电池电量的计算公式为：
K＝(V'-V0)/(V1-V0)；
其中，K表示电池当前电压值与达到满电量电压值的比值，V’表示电池当前电压值，V0表示电池电芯保护电压值，V1表示电池达到满电量时的电压值。
6.根据权利要求5所述的一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，其特征在于，扫地机器人的电池的满电量电压值为16.8V，电芯保护电压值为12V；电池当前电压值12V对应的采样电压值为2.36V，对应的K值为0；电池当前电压值13.2V对应的采样电压值为2.59V，对应的K值为25％；电池当前电压值16.4V对应的采样电压值为3.22V，对应的K值为92％。
7.根据权利要求1所述的一种延长扫地机器人电池寿命的充电控制系统，其特征在于，所述单片机采用GD32F303ZGT6单片机。
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Address after: 5 / F, 277 Huqingping Road, Minhang District, Shanghai, 201100

Patentee after: Shanghai Thermosphere Information Technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 518000 room 515, block B, huashengtai science and technology building, No. 36, hanghang Road, Hangcheng street, Bao'an District, Shenzhen, Guangdong Province

Patentee before: Stratospheric (Shenzhen) robot technology Co.,Ltd.

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