CN209282888U - 智能充电管理模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种智能充电管理模块。包括分别和CPU控制电路连接的开关电路、涓流检测电路、计量检测电路、DCDC隔离模块、启动按键，电源电路分别和计量检测电路、DCDC隔离模块连接；开关电路用于控制充电器和外界电源闭合或断开，涓流检测电路用于获取和测量充电器输出的电压和输出的电流，计量检测电路用于计算输出功率，DCDC隔离模块为CPU控制电路提供安全电压，电源电路分别为计量检测电路、DCDC隔离模块提供驱动电压，启动按键用于手动控制开关电路。能为蓄电池充电器提供过流、过压、反充等保护及涓流检测功能，充电异常，能自行断电，有效的防止超期电池过热自燃。
Description
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种智能充电管理模块。
背景技术
蓄电池供电的应用领域越来越多，特别是电动自行车行业。对于蓄电池组一般的正常使用时间周期为一年，但对于普通老百姓来说往往时间到了还在继续使用，此时蓄电池内部性能已经开始下降，有的甚至有损坏。具体表现为充电速度快，放电时间短，严重的还会一直进入不了涓流状态或涓流后又进入大电流充电状态，目前市面上的充电器无法实现完全切断电源等保护功能，导致长时间反复不正常充电后引起自燃。
发明内容
为了解决上述问题并而提出一种智能充电管理模块。
一种智能充电管理模块，其特点是，包括CPU控制电路、开关电路、涓流检测电路、计量检测电路、DCDC隔离模块、电源电路、启动按键，开关电路、涓流检测电路、计量检测电路、DCDC隔离模块、启动按键分别和CPU控制电路连接，电源电路分别和计量检测电路、DCDC隔离模块连接；开关电路用于控制充电器和外界电源闭合或断开，涓流检测电路用于获取和测量充电器输出的电压和电流，计量检测电路用于计算输出功率，DCDC隔离模块为CPU控制电路提供安全电压，电源电路分别为计量检测电路、DCDC隔离模块提供驱动电压，启动按键用于手动控制开关电路。本申请的智能充电管理模块可以为充电器提供过压、过流、短路、反充保护功能，还为充电器提供涓流检测和保护，避免给超期电池充电时发生自燃问题。
优选的，CPU控制电路包括STC15型单片机、与STC15型单片机连接的电压检测电路、与STC15型单片机连接的电流检测电路。通过电流检测电路和电压检测电路检测充电器输出电压电流信息，以提供过压、过流、欠压、短路、反充保护功能，使得出现意外情况迅速断电。
优选的，STC15型单片机型号为STC15W408AS。STC15W408AS芯片具有宽电压、高速度、高可靠、低功耗、超强抗干扰的特点，内部集成高精度R/C时钟和复位电路，可彻底省掉外部晶振及复位电路，从而，使得本申请的充电管理模块反应灵敏，受环境干扰性小。
优选的，所述的电压检测电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R15和电容C6，电阻R12、电阻R13、电阻R15依次串联组成的串联电路连接在充电器的输出电压端口和STC15W408AS芯片的接脚4上。在STC15W408AS芯片的接脚4上还连接用于滤波的电容C6，在电容C6上并联电阻R15避免断电后电容C6向外放电。
优选的，所述的电流检测电路包括运算放大器U2A、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R9、电容C4，运算放大器U2A的反向输入端通过电阻R5接地，运算放大器U2A的正向输入端通过电阻R9连接充电器的充电电路取样点，运算放大器U2A的输出端通过电阻R2连接STC15W408AS芯片的接脚1，运算放大器U2A的反向输入端和输出端连接电阻R3，STC15W408AS芯片的接脚1通过电容C4接地。本申请中的运算放大器U2A的正向输入端通过电阻R9连接充电器，用于采集充电器的实时充电电流，进而测定充电电流是否正常。在电阻R2与STC15W408AS芯片的接脚1的接点接入电容C4，可以消除电路杂波的影响。
优选的，开关电路包括三极管Q1、电阻R14、二极管D1，三极管Q1的基极通过电阻R14连接STC15W408AS芯片的接脚12，三极管Q1的集电极通过二极管D1连接高电平，三极管Q1的集电极还设置用于外接继电器的接口。
优选的，计量检测电路包括计量芯片U1、连接计量芯片U1电流通道的电流滤波电路、连接计量芯片U1电压通道V2N的电压滤波电路、计量芯片U1脉冲输出电路；电压滤波电路包括电阻R8、电阻R10、电阻R11、电容C5，市电零线通过串联的电阻R8、电阻R10接入计量芯片U1的V2N端，计量芯片U1的V2N端还通过电阻R11和电容C5并联电路接地；计量芯片U1的CF端、电阻R7、光耦U3的阳极依次连接，光耦U3的阴极连接计量芯片U1的GND端，光耦U3的集电极连接STC15W408AS芯片引脚15，光耦U3的集电极还通过电阻R4连接高电平，光耦U3的发射极接地。市电经过采样电阻RS1与负责串联，可以获取流过负载的电流，采样电阻RS1两端的电压经R1、R6、C2、C3滤波后提供给计量芯片，实现电流通道采样，电压通道信号由R8、R10、R11分压后经C5滤波后提供给计量芯片，实现电压通道采样。计量芯片将电压、电流通道信号内部计算后以脉冲的形式通过CF引脚输出，通过U3光电隔离后给CPU脉冲检测信号。其中电容C5接地端、电容C2和电容C3接地端接入同一接地通道，且与光耦U3的发射极接地端不在同一通道上，避免相互干扰。
优选的，电源电路包括依次串联的电阻RF1、二极管D3、电容C13、并联在电容C13两端由线圈L1和电容C12串联的电路、并联在电容C12两端由电源控制芯片U5和二极管D4串联的电路、并联在二极管D4两端由线圈L2和电容C10组成的电路、并联在电容C10两端的电容C11、并联在电容C11两端的电阻R21，电源控制芯片U5的BP引脚通过电容C8连接S引脚，电源控制芯片U5的FB引脚和S引脚之间接入电阻R18，在电阻R18之间并联接入电阻R17和电容C9串联的电路，在线圈L2和电容C10接点连接二极管D2的阳极，在电阻R17和电容C9接点连接二极管D2的阴极。本申请中，电源控制芯片U5采用型号为LNK306D芯片，内置过流保护电路、防过载保护电路、输出短路保护电路、温度保护电路及光藕失效保护电路；内置斜坡补偿电路，保证在低电压及大功率输出时的电路稳定；内置高压保护，当输入母线电压高于保护电压时，芯片将自动关闭并进行延时重启；内建斜坡电流驱动电路，降低了芯片的功耗并提高了电路的效率。通过电源控制芯片U5实现将高压直流转换成低压电压，R17、R18可以调整输出电压大小，C10、C11将输出电压滤波。
本发明的有益效果是：本发明涉及的一种智能充电管理模块，能为蓄电池充电器提供过流、过压、反充保护及涓流检测功能，充电异常，能自行断电，有效的防止超期电池过热自燃。
附图说明
图1是本发明智能充电管理模块电路原理图。
图2是本发明智能充电管理模块工作原理图。
图3是本发明计量检测电路图。
图4是本发明计量检测和模块接口连接电路图。
图5是本发明电源电路图。
图6是本发明CPU控制电路图。
图7是本发明涓流检测电路图。
图8是本发明隔离模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1是本发明智能充电管理模块电路原理图。图2是本发明智能充电管理模块工作原理图。图8是本发明隔离模块电路图。一种智能充电管理模块，包括CPU控制电路、开关电路、涓流检测采样电路、计量检测电路、DCDC隔离模块、电源电路、启动按键，开关电路、涓流检测采样电路、计量检测电路、DCDC隔离模块、启动按键分别和CPU控制电路连接，电源电路分别和计量检测电路、DCDC隔离模块连接；开关电路用于控制充电器和外界电源闭合或断开，涓流检测电路用于获取和测量充电器输出的电压和电流，计量检测电路用于计算输出功率，DCDC隔离模块为CPU控制电路提供安全电压，电源电路分别为计量检测电路、DCDC隔离模块提供5V驱动电压，启动按键用于手动控制开关电路。本申请是基于蓄电池充电器的智能充电管理模块，电源电路将220V交流市电转变成本充电管理模块可使用的5V低压直流电。计量检测电路可直接采用电源电路提供的5V直流电。DCDC隔离模块将电源电路产生的5V直流电转变成CPU控制电路用的电压。可通过启动按键手动启动开关电路，使充电器得电工作。通过涓流检测电路获得充电器的输出电流值，以对充电涓流进行实施检测，当检测到充电电流波动较大且充电电流进入涓流状态后大电流充电时，CPU控制电路控制开关电路，将继电器断开，使得充电器和市电断开，避免充电电池过热而发生燃烧事故。同时计量检测电路获得充电器的实时电压和电流值，并计算获得实时充电功率，进而获得用电量。本申请的智能充电管理模块还包括模块接口，模块接口用于提供智能充电管理模块的外接接口，方便和充电器安装。
电源电路采用非隔离降压方案，将市电转化为直流电给计量电路提供电源。为了保证后级CPU模数转换及控制的正常工作，前级电源与CPU电源通过DCDC模块隔离。CPU外围电路包括模数转换（对充电电压、电流采样）、按键和继电器控制电路。充电器上电后智能充电管理模块开始工作，只要不触发启动按键，继电器不吸合，充电器本身并不工作，后级无输出。当人工启动后继电器闭合，充电器进入工作状态进行充电，同时涓流检测电路实时检测充电各项参数进行多方面保护。当人工启动后智能充电管理模块自动计时与电量统计，一旦达到设置值充电器断电无输出，充电过程中如果出现反复充电也会控制充电器断电无输出。
实施例2
如图6是本发明CPU控制电路图。进一步，在实施例1的基础上。CPU控制电路包括STC15型单片机、与STC15型单片机连接的电压检测电路、与STC15型单片机连接的电流检测电路。本申请中CPU控制电路可通过电流检测电路和电压检测电路检测充电器获得充电器的输出电压电流信息，当获得的电压电流值超出正常范围，如过压、过流、欠压、短路，CPU控制开关电路，将继电器断开，使得充电器和市电断开，避免出现事故。
实施例3
如图6是本发明CPU控制电路图。进一步，在实施例1或2的基础上。STC15型单片机型号为STC15W408AS。STC15W408AS芯片是STC生产的单时钟/机器周期的单片机，是宽电压、高速度、高可靠、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，采用STC第九代加密技术，无法解密，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟和复位电路，可彻底省掉外部晶振及复位电路。3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/换，1组超高速异步串行通信口，1组高速同步串行通信口。使用STC15W408AS芯片，使得本申请的充电管理模块反应灵敏，受环境干扰性小。
实施例4
如图6是本发明CPU控制电路图。进一步，在实施例3的基础上。所述的电压检测电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R15和电容C6，电阻R12、电阻R13、电阻R15依次串联组成的串联电路连接在充电器的输出电压端口和STC15W408AS芯片的接脚4上。充电器的通过电阻R12和电阻R13接入STC15W408AS芯片的接脚4，使得STC15W408AS芯片获得充电器的输出电压，在STC15W408AS芯片的接脚4上还连接用于滤波的电容C6，在电容C6上并联电阻R15避免断电后电容C6向外放电。
实施例5
如图6是本发明CPU控制电路图。进一步，在实施例3的基础上。所述的电流检测电路包括运算放大器U2A、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R9、电容C4，运算放大器U2A的反向输入端通过电阻R5接地，运算放大器U2A的正向输入端通过电阻R9连接充电器的充电电路取样点详见上文，运算放大器U2A的输出端通过电阻R2连接STC15W408AS芯片的接脚1，运算放大器U2A的反向输入端和输出端连接电阻R3，STC15W408AS芯片的接脚1通过电容C4接地。本申请中的运算放大器U2A的正向输入端通过电阻R9连接充电器，用于采集充电器的实时充电电流，进而测定充电电流是否正常。运算放大器U2A通过电阻R2接入STC15W408AS芯片的接脚1，并在电阻R2与STC15W408AS芯片的接脚1的接点接入电容C4，可以消除电路杂波的影响。
实施例6
如图6是本发明CPU控制电路图。进一步，在实施例3的基础上。开关电路包括三极管Q1、电阻R14、二极管D1，三极管Q1的基极通过电阻R14连接STC15W408AS芯片的接脚12，三极管Q1的集电极通过二极管D1连接高平，三极管Q1的集电极还设置用于外接继电器的接口。
实施例7
如图3是本发明计量检测电路图。图4是本发明计量检测和模块接口连接电路图。如图7是本发明涓流检测电路图。进一步，在实施例3的基础上。计量检测电路包括计量芯片U1、连接计量芯片U1电流通道的电流滤波电路、连接计量芯片U1电压通道V2N的电压滤波电路、计量芯片U1脉冲输出电路；电压滤波电路包括电阻R8、电阻R10、电阻R11、电容C5，市电零线通过串联的电阻R8、电阻R10接入计量芯片U1的V2N端，计量芯片U1的V2N端还通过电阻R11和电容C5并联电路接地；计量芯片U1的CF端、电阻R7、光耦U3的阳极依次连接，光耦U3的阴极连接计量芯片U1的GND端，光耦U3的集电极连接STC15W408AS芯片引脚15，光耦U3的集电极还通过电阻R4连接高电平，光耦U3的发射极接地。计量芯片U1可以采用型号为IM1253或者IM1281B的电能计量模块。光耦U3采用型号为PC817S的芯片。计量电路由采样电阻RS1、计量芯片U1及电压、电流滤波电路组成。市电经过采样电阻RS1与负责串联，可以获取流过负载的电流，采样电阻RS1两端的电压经R1、R6、C2、C3滤波后提供给计量芯片，实现电流通道采样，电压通道信号由R8、R10、R11分压后经C5滤波后提供给计量芯片，实现电压通道采样，计量芯片将电压、电流通道信号内部计算后以脉冲的形式通过CF引脚输出，通过U3光电隔离后给CPU脉冲检测信号。其中电容C5接地端、电容C2和电容C3接地端接入同一接地通道，且与光耦U3的发射极接地端不在同一通道上，避免相互干扰。
其中，电流滤波电路包括用于接入市电进行采样的电阻RS1，还包括并联在电阻RS1两端的滤波电路，所述的滤波电路为依次串联的电阻R1、电容C2、电容C3、电阻R6，电容C2、电容C3中间接点接地，电容C2和电阻R1接点连接计量芯片U1的V1P端，电容C3和电阻R6接点连接计量芯片U1的V1N端。涓流检测电路包括三极管Q2、三极管Q2集电极连接电阻R16、三极管Q2基极连接的电阻R19、连接在三极管Q2基极和发射极之间的电阻R20，三极管Q2的集电极直接连接STC15W408AS芯片引脚3，三极管Q2基极通过电阻R19连接充电器电流输出端。
实施例8
如图5是本发明电源电路图。进一步，在实施例1或2的基础上。。电源电路包括依次串联的电阻RF1、二极管D3、电容C13、并联在电容C13两端由线圈L1和电容C12串联的电路、并联在电容C12两端由电源控制芯片U5和二极管D4串联的电路、并联在二极管D4两端由线圈L2和电容C10组成的电路、并联在电容C10两端的电容C11、并联在电容C11两端的电阻R21，电源控制芯片U5的BP引脚通过电容C8连接S引脚，电源控制芯片U5的FB引脚和S引脚之间接入电阻R18，在电阻R18之间并联接入电阻R17和电容C9串联的电路，在线圈L2和电容C10接点连接二极管D2的阳极，在电阻R17和电容C9接点连接二极管D2的阴极。本申请中，电源控制芯片U5采用型号为LNK306D芯片，内置过流保护电路、防过载保护电路、输出短路保护电路、温度保护电路及光藕失效保护电路；内置斜坡补偿电路，保证在低电压及大功率输出时的电路稳定；内置高压保护，当输入母线电压高于保护电压时，芯片将自动关闭并进行延时重启；内建斜坡电流驱动电路，降低了芯片的功耗并提高了电路的效率。市电经过保险电阻RF1后由二级管D3整流，C13、L1、C12组成π型滤波器将纯净的直流提供给U5，U5内部自带开关控制器及MOS管，实现将高压直流转换成低压电压，R17、R18可以调整输出电压大小，C10、C11将输出电压滤波。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (8)
1.一种智能充电管理模块，其特征在于：包括CPU控制电路、开关电路、涓流检测电路、计量检测电路、DCDC隔离模块、电源电路、启动按键，开关电路、涓流检测电路、计量检测电路、DCDC隔离模块、启动按键分别和CPU控制电路连接，电源电路分别和计量检测电路、DCDC隔离模块连接；开关电路用于控制充电器和外界电源闭合或断开，涓流检测电路用于获取和测量充电器输出的电压和电流，计量检测电路用于计算输出功率，DCDC隔离模块用于为CPU控制电路提供安全电压，电源电路分别为计量检测电路、DCDC隔离模块提供驱动电压，启动按键用于手动控制开关电路。
2.根据权利要求1所述的智能充电管理模块，其特征在于：CPU控制电路包括STC15型单片机、与STC15型单片机连接的电压检测电路、与STC15型单片机连接的电流检测电路。
3.根据权利要求1或2所述的智能充电管理模块，其特征在于：STC15型单片机型号为STC15W408AS。
4.根据权利要求3所述的智能充电管理模块，其特征在于：所述的电压检测电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R15和电容C6，电阻R12、电阻R13、电阻R15依次串联组成的串联电路连接在充电器的输出电压端口和STC15W408AS芯片的接脚4上。
5.根据权利要求3所述的智能充电管理模块，其特征在于：所述的电流检测电路包括运算放大器U2A、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R9、电容C4，运算放大器U2A的反向输入端通过电阻R5接地，运算放大器U2A的正向输入端通过电阻R9连接充电器的充电电路的取样点，运算放大器U2A的输出端通过电阻R2连接STC15W408AS芯片的接脚1，运算放大器U2A的反向输入端和输出端连接电阻R3，STC15W408AS芯片的接脚1通过电容C4接地。
6.根据权利要求3所述的智能充电管理模块，其特征在于：开关电路包括三极管Q1、电阻R14、二极管D1，三极管Q1的基极通过电阻R14连接STC15W408AS芯片的接脚12，三极管Q1的集电极通过二极管D1连接高平，三极管Q1的集电极还设置用于外接继电器的接口。
7.根据权利要求3所述的智能充电管理模块，其特征在于：计量检测电路包括计量芯片U1、连接计量芯片U1电流通道的电流滤波电路、连接计量芯片U1电压通道V2N的电压滤波电路、计量芯片U1脉冲输出电路；电压滤波电路包括电阻R8、电阻R10、电阻R11、电容C5，市电零线通过串联的电阻R8、电阻R10接入计量芯片U1的V2N端，计量芯片U1的V2N端还通过电阻R11和电容C5并联电路接地；计量芯片U1的CF端、电阻R7、光耦U3的阳极依次连接，光耦U3的阴极连接计量芯片U1的GND端，光耦U3的集电极连接STC15W408AS芯片引脚15，光耦U3的集电极还通过电阻R4连接高电平，光耦U3的发射极接地。
8.根据权利要求1或2所述的智能充电管理模块，其特征在于：电源电路包括依次串联的电阻RF1、二极管D3、电容C13、并联在电容C13两端由线圈L1和电容C12串联的电路、并联在电容C12两端由电源控制芯片U5和二极管D4串联的电路、并联在二极管D4两端由线圈L2和电容C10组成的电路、并联在电容C10两端的电容C11、并联在电容C11两端的电阻R21，电源控制芯片U5的BP引脚通过电容C8连接S引脚，电源控制芯片U5的FB引脚和S引脚之间接入电阻R18，在电阻R18之间并联接入电阻R17和电容C9串联的电路，在线圈L2和电容C10接点连接二极管D2的阳极，在电阻R17和电容C9接点连接二极管D2的阴极。
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| CN201920118449.6U CN209282888U (zh) | 2019-01-24 | 2019-01-24 | 智能充电管理模块 |
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| CN117200771A (zh) * | 2023-09-14 | 2023-12-08 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种应用于智能直流计量及控制设备的电源开关电路 |
| CN117200771B (zh) * | 2023-09-14 | 2024-06-07 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种应用于智能直流计量及控制设备的电源开关电路 |
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