CN107635339A - 一种可更换电池的矿用照明灯具及该灯具的充电管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可更换电池的矿用照明灯具及该灯具的充电管理方法，由主控模块和分别与主控模块连接的电源模块、PWM充电电路模块、检值通道切换电路模块、主灯/副灯电路模块、运算放大器与比较器电路模块、电池故障与容量指示灯模块、串口ESD保护模块构成，其中：串口ESD保护模块与PWM充电电路模块连接，PWM充电电路模块与电源模块连接，所述PWM充电电路模块分N路独立运行的PWM充电通道，分别为N路电源模块充电通道独立充电，当其中一路充电通道出现故障时，不影响其它电源模块充电通道的正常工作。这种结构的矿灯当电池容量衰减后只需更换新电池即可保证矿灯继续稳定使用，并且具有安全可靠的充电管理方案和电量指示功能。

Description

一种可更换电池的矿用照明灯具及该灯具的充电管理方法

技术领域

本发明涉及照明灯具领域，具体是一种可更换电池的矿用照明灯具及该灯具的充电管理方法。

背景技术

矿灯是矿井里用的特制照明灯具，是井下作业人员的必备工具，因而矿灯性能非常重要。为了保证矿灯的可靠性，在其使用一段时间电池容量衰减后，只能报废处理，造成极大的浪费。且市面上在售的矿灯没有电池容量提示功能，矿工使用过程中，对其剩余可用时间难于准确预估。另一方面，大多数矿灯没有充电管理功能或者充电管理方法简陋。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可更换电池的矿用照明灯具及该灯具的充电管理方法，这种结构的矿灯当电池容量衰减后只需更换新电池即可保证矿灯继续稳定使用，并且具有安全可靠的充电管理方案和电量指示功能。

实现本发明目的的技术方案是：

一种可更换电池的矿用照明灯具，由主控模块和分别与主控模块连接的电源模块、PWM充电电路模块、检值通道切换电路模块、主灯/副灯电路模块、运算放大器与比较器电路模块、电池故障与容量指示灯模块、串口ESD保护模块构成，其中：

串口ESD保护模块与PWM充电电路模块连接，PWM充电电路模块与电源模块连接，所述PWM充电电路模块分N路独立运行的PWM充电通道，分别为N路电源模块充电通道独立充电，当其中一路充电通道出现故障时，不影响其它电源模块充电通道的正常工作；

电源模块包括N路独立运行的充电电源和与充电电源对应连接的照明电源，充电电源由DC降压芯片提供，其输出电压由主控模块通过PWM充电电路模块改变其反馈并调整；

照明电源通过升压芯片与主灯/副灯电路模块连接，由电池输出经升压芯片升压处理后提供；

电源模块还通过检值通道切换电路模块与运算放大器与比较器电路模块连接，电源充电电流信息与电压信息分别进入检值通道切换电路模块，通过主控模块分别对其进行编码选择其中一个充电通道输出至运算放大器，运算放大器的输出端分为两路，分别与主控模块、比较器连接，如出现过流，比较器输出翻转产生中断信息送入主控模块，主控模块根据检测到的数据控制主灯/副灯发出灯光信息，用于指示充电故障、充电正常、电池容量等信息。

所述主灯/副灯均由恒流驱动芯片驱动。

上述可更换电池的矿用照明灯具的充电管理方法，包括：

（1）充电开始前，***对每颗电池电压进行检测；

（2）当电池电压在2.7V～3.0V之间时，进入预充阶段，预充以100mA电流进行；

（3）至电池电压上升至3.0V～4.2V之间时，进入恒流充电阶段，恒流充电阶段以700mA电流进行；

（4）至电池电压上升至4.2V时，进入恒压充电阶段，恒压充电阶段以4.2V电压持续进行，直至充电电流降至30mA结束充电；

（5）充电过程中，如果检测到过流，温度异常，电压迅速上升等情况则立即停止充电，并使对应LED红灯恒亮提示充电故障，矿灯将电池故障信息上传至服务器，提示灯房管理员更换故障电池，消除故障，再次正常充电；

（6）充电过程中对应LED绿灯闪烁提示充电正常进行，电池充满后则对应的LED绿灯恒亮表示电量充满。

通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、电池可更换：世面现有的矿灯均为一体式设计，长期使用后电池容量衰减矿灯只能报废处理，本***使用N节可更换的18650锂电池，总容量可达7～9Ah，容量衰减后可直接更换更换电池；

2、单颗充电设计：N颗电池各自独立使用一路PWM充电，充电过程中主控芯片对每颗电池的状态进行监控，任一电池出现故障均不影响其它两路正常充电；

3、使用PWM方式进行充电，在充电的过程中,单片机可实时检测ADC端口上充电电流及电压的大小，并根据ADC检值决定占空比调整方向，从而灵活地改变充电电流及电压大小，降低对电池的冲击破坏；

4、双色LED指示灯：矿灯使用时绿灯指示电池容量，充电过程中每颗电池均有LED灯提示，正常充电绿灯闪烁，出现故障则红灯恒亮提示；

5，充电过程中所有充电信息均可通过串口传输给充电架，便于充电架对矿灯充电过程的进行监控，实现矿灯充电过程的信息化管理；

6、主灯与副灯均采用恒流驱动方案，矿灯亮度恒定不会随着电池逐渐放电而慢慢减弱，同时低电池电压侦测电路保证电池不会过放。

附图说明

图1为本发明实施例矿用照明灯具的结构框图；

图2为本发明实施例电源模块的电路图；

图3为本发明实施例PWM充电电路模块的电路图；

图4为本发明实施例检值通道切换电路模块的电路图；

图5为本发明实施例运算放大器与比较器电路模块的电路图；

图6为本发明实施例电池故障与容量指示灯模块的电路图；

图7为本发明实施例主灯/副灯电路模块的电路图；

图8为本发明实施例主控模块的电路图；

图9为本发明实施例充电管理方法的方法流程图。

具体实施方式

实施例：

参见图1，本发明矿用照明灯具主要由电源模块，PWM充电电路，检值通道切换电路，主灯与副灯电路，运算放大器与比较器电路，充电状态与电池容量指示电路，主控电路，串口ESD保护等部分组成。串口ESD保护模块与PWM充电电路模块连接，PWM充电电路模块与电源模块连接，所述PWM充电电路模块分N路独立运行的PWM充电通道，分别为N路电源模块充电通道独立充电，当其中一路充电通道出现故障时，不影响其它电源模块充电通道的正常工作；

参见图2，电源模块分为充电电源与照明电源两部分。充电电源由DC降压芯片IC1提供，其输出电压可由主控通过PWM改变其反馈而调整。照明电源由电池输出经升压芯片IC3升压处理后提供。当电池电压过低或者有充电电源输入时，电池输出将被切断，以防止电池过放及边充电边放电情况的发生。IC3为ESD保护芯片，防止静电通过串口损坏或者影响主控芯片正常工作。

参见图3，三路PWM充电通道分别为三颗电池进行充电，各自独立运行，当一路出现故障时不影响其它两路正常工作。BAT-采集的是电池的充电电流信息，BAT+采集的是电池的电压信息。

参见图4，三颗电池的充电电流与电压信息送入通道切换芯片IC7，主控通过对A、B、C三个引脚进行编码选择X0～X7八个通道中的一个通道输出至运算放大器和主控芯片。选择BAT+输出时直接送入主控芯片进行ADC转换，选择BAT-输出时先送入运算放大器作放大后再送入主控进行ADC转换。

参见图5，运算放大器输出端分两路，一路给主控ADC，另一路给比较器。如果出现过流，比较器输出翻转产生中断信号送入主控芯片。

参见图6，主控根据检测到的数据控制LED发出红绿灯光信息，用于指示充电故障、充电正常、电池容量等信息。

参见图7，主、副灯均由恒流驱动芯片驱动，主灯使用1W白光LED灯珠，副灯使用4颗白光贴片LED灯。

参见图8，主控芯片根据检值信息控制上述各模块的工作状态。R52为热敏电阻，用于检测电池温度；D12为3.3V稳压管，分别为主控和比较器提供参考电压。

参见图9，充电开始前***对每颗电池电压进行检测，电池电压范围异常将不进行充电，同时对应的LED红灯恒亮提示电池故障。电池电压在2.7V～3.0V之间则进入预充阶段，电池电压在3.0V～4.2V之间则直接进入恒流充电阶段。预充以100mA电流进行，直至电池电压上升至3.0V。恒流充电阶段以700mA电流进行，直至电池电压上升至4.2V。恒压充电阶段以4.2V电压持续进行，直至充电电流降至30mA结束充电。充电过程中对应LED绿灯闪烁提示充电正常进行，如果检测到过流，温度异常，电压迅速上升等情况则立即停止充电，并使对应LED红灯恒亮提示充电故障，矿灯将电池故障信息上传至服务器，提示灯房管理员更换故障电池，消除故障，再次正常充电；电池充满后则对应的LED绿灯恒亮表示电量充满。

Claims (3)

1.一种可更换电池的矿用照明灯具，其特征是：由主控模块和分别与主控模块连接的电源模块、PWM充电电路模块、检值通道切换电路模块、主灯/副灯电路模块、运算放大器与比较器电路模块、电池故障与容量指示灯模块、串口ESD保护模块构成，其中：

串口ESD保护模块与PWM充电电路模块连接，PWM充电电路模块与电源模块连接，所述PWM充电电路模块分N路独立运行的PWM充电通道，分别为N路电源模块充电通道独立充电，当其中一路充电通道出现故障时，不影响其它电源模块充电通道的正常工作；

电源模块包括N路独立运行的充电电源和与充电电源对应连接的照明电源，充电电源由DC降压芯片提供，其输出电压由主控模块通过PWM充电电路模块改变其反馈并调整；

照明电源通过升压芯片与主灯/副灯电路模块连接，由电池输出经升压芯片升压处理后提供；

电源模块还通过检值通道切换电路模块与运算放大器与比较器电路模块连接，电源充电电流信息与电压信息分别进入检值通道切换电路模块，通过主控模块分别对其进行编码选择其中一个充电通道输出至运算放大器，运算放大器的输出端分为两路，分别与主控模块、比较器连接，如出现过流，比较器输出翻转产生中断信息送入主控模块，主控模块根据检测到的数据控制主灯/副灯发出灯光信息，用于指示充电故障、充电正常、电池容量信息。

2.根据权利要求1所述的可更换电池的矿用照明灯具，其特征是：所述主灯/副灯均由恒流驱动芯片驱动。

3.一种可更换电池的矿灯照明灯具的充电管理方法，其特征是：

（1）充电开始前，***对每颗电池电压进行检测；

（2）当电池电压在2.7V～3.0V之间时，进入预充阶段，预充以100mA电流进行；

（3）至电池电压上升至3.0V～4.2V之间时，进入恒流充电阶段，恒流充电阶段以700mA电流进行；

（4）至电池电压上升至4.2V时，进入恒压充电阶段，恒压充电阶段以4.2V电压持续进行，直至充电电流降至30mA结束充电；

（5）充电过程中，如果检测到过流，温度异常，电压迅速上升等情况则立即停止充电，并使对应LED红灯恒亮提示充电故障，矿灯将电池故障信息上传至服务器，提示灯房管理员更换故障电池，消除故障，再次正常充电；

（6）充电过程中对应LED绿灯闪烁提示充电正常进行，电池充满后则对应的LED绿灯恒亮表示电量充满。