WO2014121423A1 - 一种双包锂电割草机 - Google Patents
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- H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
Definitions
- the present invention relates to a garden tool, and more particularly to a double-pack lithium electric lawn mower.
- BACKGROUND OF THE INVENTION Conventional lawn mowers are generally gasoline lawn mowers and electric lawn mowers. Gasoline mowing machines produce waste gas. In Europe, which advocates energy conservation and environmental protection, people tend to use clean and energy-saving electric lawn mowers.
- lithium battery tools Due to the limitation of battery capacity, the use time is limited; and if the battery capacity is increased, the volume and weight of the machine are inevitably increased, which affects the portability and greatly increases the cost.
- the battery pack can be used on the lawn mower in double packs, or it can be used in other DC tools such as electric drills, lychee saws, electric picks, sanders, etc. on 18V DC tools.
- the battery pack can be used on the lawn mower in double packs, or it can be used in other DC tools such as electric drills, lychee saws, electric picks, sanders, etc. on 18V DC tools.
- how to reduce the inefficient energy consumption under the existing battery capacity conditions and increase the single use time (grawing area) of the lawn mower has become a technical problem that must be solved.
- the object of the present invention is to provide a double-package lithium electric lawn mower, which has the flexibility of use.
- the battery pack can be used in a double bag on a lawn mower or in a single package on other DC tools, such as an electric drill and a high branch saw. , electric hammer, sander, etc. 18V DC tool.
- a double-package lithium electric lawn mower comprising a DC motor for driving a cutting blade, a DC motor connected to the control system, and a control system connected to the power source;
- the power source being a lithium battery pack, DC
- the motor is connected to the lithium battery pack through the control system;
- the lithium battery pack power source drives the DC motor through the control system, and then drives the cutting blade to cut the grass;
- the lithium battery pack is two lithium battery packs connected in series;
- the control system includes:
- the power supply unit provides a reference voltage, a driving voltage, and a working voltage of the main control chip U3; a battery temperature collecting unit for measuring the temperature of the lithium battery pack, and continuously feeding the temperature information to the main control chip U3, and the main control chip U3 determines the lithium battery Whether the group is in the normal working temperature range;
- the driving execution unit is used to control the first discharge switch tube Q2, and the brake and the freewheeling switch tube Q1 are controlled;
- the current collecting unit is configured to measure the discharge current of the lithium battery pack, and the The current value is output to the main control chip U3:
- the short-circuit detection unit is used to measure the output of the discharge circuit when it is short-circuited: the start unit is used to open or close the connection between the power supply unit and the battery pack; the voltage acquisition unit is used to collect the battery The total voltage after the series connection of the package, the output is turned off after the over-discharge;
- the main control chip U3 is used for receiving and processing various data, and transmitting the information to the
- the positive pole of the battery pack is connected to the first switch K1, the D pole of the brake switch tube Q1 and the anode of the DC motor, the start unit is connected to the rear end of the first switch K1, and the microcontroller U3, the power supply unit and the voltage collecting unit are respectively connected
- the battery temperature collecting unit, the driving execution unit, the current collecting unit and the short-circuit detecting unit are respectively connected to the microcontroller U3, and the driving unit in the driving executing unit is respectively connected to the brake switch tube Q1 and the discharge switch tube Q2, DC
- the negative pole of the motor is connected to the S pole of the brake switch tube Q1, the D pole of the discharge switch tube Q2 is connected to the S pole of the brake switch tube Q1, and the S pole of the discharge switch tube Q2 is respectively connected to the current collecting unit and the short circuit detecting unit and the current
- the other end of the current sampling resistor R27 is connected to the negative terminal of the battery in series.
- the power supply unit converts the 36V voltage transmitted through the first switch K1 into the +12V required by the driving unit. Voltage, and the +5V voltage required by the microcontroller 1)3, the current collecting unit, and the short-circuit detecting unit, the voltage collecting unit divides the 36V voltage transmitted through the first switch K1 and transmits it to the microcontroller U3.
- A/D conversion judging whether the over-discharge protection action is required according to the converted value, and the battery temperature collecting unit determines whether it is necessary to perform the over-temperature protection action of the battery pack according to the voltage value converted by the temperature sensor of the battery pack, the current collecting unit and The short circuit detecting unit determines whether overcurrent protection or short circuit protection is performed according to the voltage drop voltage value after the current flows through the current sampling resistor R27.
- the invention adopts a soft start circuit, and when the motor is just started, the current is gradually increased from small to large, thereby avoiding damage to the motor and the control board and prolonging the service life. In the case of load, the current is increased to the maximum, which not only meets the requirements of use, but also saves energy, and greatly reduces the noise.
- the weak current control circuit is used to start the pressure bar, cut off the power supply to the control board, and make the control board achieve zero power consumption.
- Figure 1 is a schematic diagram of the power supply unit circuit.
- Figure 2 is a schematic diagram of the circuit of the battery temperature acquisition unit.
- FIG. 3 is a schematic diagram of a circuit of a driving execution unit of the present invention.
- FIG. 4 is a schematic circuit diagram of a current collecting unit of the present invention.
- Figure 5 is a schematic diagram of the short circuit detection unit circuit.
- Figure 6 is a schematic diagram of the startup unit circuit.
- Figure 7 is a schematic diagram of the voltage acquisition unit.
- Figure 8 is a schematic block diagram of the circuit principle of the control system of the present invention.
- a double-package lithium electric lawn mower includes a DC motor that drives a cutting blade.
- the DC motor is connected to a control system, and the control system is connected to a power source.
- the power source is a lithium battery pack, and the DC motor passes the control system.
- the lithium battery pack power supply drives the DC motor through the control system, which in turn drives the cutting blade to cut grass.
- the lithium battery pack is made up of two separate 5-string lithium battery packs connected in series.
- the control system includes:
- Power supply unit 1 Provides reference voltage, drive voltage and U3 operating voltage.
- Battery temperature acquisition unit 2 used to measure the temperature of the lithium battery pack, and continuously feedback the temperature information to The main control chip U3, the main control chip U3 determines whether the lithium battery pack is within the normal operating temperature range.
- Drive Execution Unit 3 Used to control the No. 1 discharge switch tube Q2, and control the brake and freewheel switch tube
- Current detection unit 4 For measuring the discharge current of the lithium battery, and the output current value to the main control chip U3.
- Short-circuit detection unit 5 Used to measure the output of the discharge circuit when it is short-circuited.
- Start unit 6 Used to open or close the connection of the power supply unit to the battery pack.
- Voltage Acquisition Unit 7 Used to collect the total voltage after series connection of the battery pack, and turn off the output after over-discharging.
- Main control chip U3 Used to receive and process various data and send the information to the relevant circuit.
- the positive pole of the battery pack is connected to the first switch K1, the D pole of the brake switch tube Q1, and the positive pole of the DC motor.
- the start unit 6 is connected to the rear end of the first switch K1, and the microcontroller U3, the power supply unit 1 and the voltage collection unit 7 are connected after the start unit 6, respectively.
- the battery temperature collecting unit 2, the driving execution unit 3, the current collecting unit 4, and the short detecting unit 5 are respectively connected to the microcontroller U3.
- the drive unit in the drive execution unit 3 is connected to the brake switch tube Q1 and the discharge switch tube Q2, respectively.
- the negative pole of the DC motor is connected to the S pole of the brake switch tube Q1.
- the D pole of the discharge switch tube Q2 is connected to the S pole of the brake switch tube Q1, and the S pole of the discharge switch tube Q2 is respectively connected to the current collecting unit 4 and the short circuit detecting unit 5 and the current sampling resistor R27, and the current sampling resistor R27 is further One end is connected to the negative pole of the battery after being connected in series.
- the power supply unit 1 converts the 36V voltage transmitted through the first switch K1 into the +12V voltage required by the driving unit, and the +5V voltage required by the microcontroller U3, the current collecting unit 4, and the short detecting unit 5.
- the voltage collecting unit 7 divides the voltage of the 36V transmitted through the first switch K1 and transmits it to the microcontroller U3 for A/D conversion, and determines whether an over-discharge protection operation is required according to the converted value.
- the battery temperature acquisition unit 2 determines whether the battery pack over temperature protection action needs to be performed according to the voltage value converted by the temperature sensor of the battery pack.
- the current collecting unit 4 and the short-circuit detecting unit 5 determine whether overcurrent protection or short-circuit protection is performed according to the voltage drop voltage value after the current flows through the current sampling resistor R27.
- the power supply unit 1 is connected to the rear end of the start-up unit 6 by the anode of the anti-reverse connection first diode D1, the cathode of the first diode D1 is connected to one end of the second resistor R2, and the second resistor R2 is One end is connected to the input terminal 3 of the first three-terminal voltage regulator U1.
- One end of the sixth capacitor C6 is connected to the input terminal 3 of U1, and the other end is connected to the negative pole of the battery pack in series.
- the anode of the seventh electrolytic capacitor C7 is connected to the input terminal 3 of the first three-terminal voltage regulator U1, and the cathode of the seventh electrolytic capacitor C7 is connected to the cathode of the battery pack in series.
- the eighth capacitor C8, the ninth electric The resistor R9 and the thirteenth resistor R13 are connected in parallel to the first leg of the first three-terminal regulator tube li1, and the other end of the parallel connection is connected to the cathode of the battery pack in series.
- One end of the twelfth resistor R12 is connected to the second leg of the first three-terminal voltage regulator tube, and the other end is connected to the first leg of the first three-terminal voltage regulator U1.
- One end of the twelfth capacitor C12 is connected to the input terminal 3 of the fourth three-terminal voltage regulator U4, and the other end is connected to the negative pole of the battery pack in series.
- the anode of the ninth electrolytic capacitor C9 is connected to the input terminal 3 of the fourth three-terminal voltage regulator U4, and the cathode of the ninth electrolytic capacitor C9 is connected to the negative pole of the battery pack in series.
- the fourteenth capacitor C14 and the fifteenth capacitor C15 are connected in parallel to one leg of the fourth three-terminal voltage regulator U4, and the other end connected in parallel is connected to the negative pole of the battery pack in series.
- the second leg of the fourth three-terminal voltage regulator U4 is connected to the negative pole of the battery pack in series.
- the fifteenth resistor R15 and the sixteenth resistor R16 are connected in parallel to the third leg of the fourth three-terminal voltage regulator U4, and the other end of the parallel connection is connected to the one leg of the fourth three-terminal voltage regulator U4.
- the power supply unit 1 is used for voltage regulation, provides +12V power supply as the drive execution unit 3, and provides power supply to the microcontroller U3 while providing a reference +5V voltage for AD sampling.
- the UT pin of the microcontroller U3 (using an 8-bit MCU of STMicroelectronics, the specific model is STM8F103) is connected to the output of the short-circuit detecting unit 5, and the short-circuit detecting unit 5 measures the discharge current of the current lithium-ion battery pack.
- the upper limit overflow signal is output to the microcontroller U3, the microcontroller U3 detects the interrupt input (falling edge), the microcontroller U3 outputs a signal to the drive execution unit, turns off the discharge switch tube Q2, and simultaneously drives the execution unit output signal to control the brake.
- the switch tube Ql performs motor brake control to achieve short circuit protection.
- the U5B of the short detection unit 5 is an operational amplifier, and the 7th output of the U5B of the short detection unit 5 is connected to the INT input of the microcontroller U3 through the 21st resistor R21 for the microcontroller. U3 input to the short circuit signal.
- the fifth input end of U5B of the short circuit detecting unit 5 is connected to the nineteenth resistor R19 and the twentieth resistor R20, the other end of the nineteenth resistor R19 is connected to the +5V reference power supply, and the other end of the twentieth resistor R20 is connected in series.
- the negative pole of the battery pack; one end of the eighteenth resistor R18 is connected to the sixth leg of the U5B of the short-circuit detecting unit 5, and the other end of the eighteenth resistor R18 is connected to the negative pole of the battery pack after the series connection, one end of the sixteenth capacitor C16 It is connected to the 6 pin of U5B, and the other end is connected to the negative pole of the battery pack in series.
- the 4th pin of U5B of short circuit detection unit 5 is connected to the negative pole of battery pack in series, and the 8th pin of U5B of short circuit detection unit 5 is connected to +5V reference power supply.
- the U5A and U5B are an 8-pin dual op amp (for Fairchild's LM358AM).
- the driving execution unit 3 includes a driving unit, a brake switch tube Q1 and a discharge switch tube Q2.
- the driving unit is respectively connected with the brake switch tube Q1 and the discharge switch tube Q2, and the brake switch tube Q1 is connected to the discharge switch tube Q2, and is driven.
- Unit adjustment chip U2 (Adjustment chip U2 uses half of US IR Semiconductor)
- the 2 pin and the 3 pin of the bridge driver IR2103S) are connected to the PWM output terminal of the microcontroller U3, and the 1 pin of the adjustment chip U2 is respectively connected with the positive electrode of the tenth diode D10 and the thirteenth capacitor C13, and the thirteenth capacitor C13
- the other end is grounded, the positive pole of the tenth diode D10 is connected to the +12V power supply, the negative pole of the tenth diode D10 is connected to the positive pole of the eighth pin and the fifth capacitor C5 of the adjustment chip U2, and the negative pole of the fifth capacitor C5 is connected to
- the second resistor R22 and the output terminal Moto the other end of the twenty-second resistor R22 is connected to the 6-pin of the adjustment chip U2, the 4 pin of the chip U2 is connected to the negative pole of the battery pack after the series connection, and the 7-pin connection of the chip U2 is connected to the
- the G pole of the tube Q1, the S pole of the brake switch tube Q1 is connected with the negative pole of the DC motor, and is used for controlling the DC motor to stop for braking;
- the 5 pin of the adjustment chip U2 is connected to the G pole of the discharge switch tube Q2, and the discharge switch tube Q2
- the S pole is connected to one end of the current sample resistor R27, and the other end of the current sample resistor R27 is connected in series with the battery pack cathode.
- the D pole of the discharge switch tube Q2 is connected to the cathode of the DC motor, the D pole of the brake switch tube Q1 is connected to the anode of the DC motor, and the anode of the DC motor is connected to the anode of the battery pack after the series connection.
- the driving execution unit 3 fully utilizes the driving function of the driving chip U2, and the dead time of the brake switch tube Q1 and the discharge switch tube Q2 is 1 microsecond, so that the brake switch tube Q1 and the discharge switch tube Q2 do not simultaneously turn on. .
- the motor load is an inductive load
- the traditional starting method is to directly add voltage to both ends of the motor. The motor starts up at maximum power immediately. The starting current will be more than 3 times the rated current of the motor or higher. At the time of starting, the large current damage to the carbon brush is very large.
- the soft start circuit of the present invention that is, the drive execution unit 3 can solve the above problem.
- the main control chip U3 When the main control chip U3 receives the start signal, it will first drive the brake switch tube Q1 and the discharge switch tube Q2 with a small power output. At this time, the motor runs at a lower speed and lower power first, and the PWM width is continuously adjusted steplessly, so that the motor The speed rises continuously until the set value. When the motor is started slowly, the machine will not vibrate violently and the starting current is small, which effectively protects the safety and life of the lithium battery.
- the soft start circuit adopts PWM (Pulse Width Modulation) mode.
- PWM Pulse Width Modulation
- the main control chip U3 outputs with a minimum duty ratio of 15%, and the 15% duty ratio is transmitted to the drive execution unit to amplify and process the drive signal.
- the output drive brake switch tube Q1 and the discharge switch tube Q2 are turned on at a 15% duty cycle.
- the PWM duty ratio outputted by the main control chip U3 is gradually increased in width, so that the motor speed is gradually increased until it is raised to 85.
- the PWM duty cycle is stopped and the startup is completed.
- the output is stabilized with an 85% duty cycle.
- the current sampling unit 4 detects the current discharge current value, and corresponds to different PWM duty ratios according to different current magnitudes.
- the duty ratio is output at 85%, the motor speed is reduced, energy saving is simultaneously reduced, and noise is reduced;
- the PWM duty cycle is adjusted accordingly.
- the current is maximum, the duty ratio is 100%, and the motor speed reaches the maximum.
- the electronic brake function is that the microcontroller U3 immediately detects that the K1 is disconnected after the first switch K1 is turned off. Since the power supply unit 1 has residual power supplied to the microcontroller U3, the microcontroller U3 makes the brake switch tube through the drive unit.
- the duty cycle of Q1 turn-on is gradually increasing (Q1 and Q2 are complementary turn-on) to achieve the purpose of electronic braking.
- the battery temperature collecting unit 2 is composed of a third resistor R3, a sixth resistor R6 and a fourth capacitor C4.
- the sixth resistor R6 has one end connected to the +5V reference power supply and the other end connected to the temperature sensor signal end of the battery pack.
- One end of the third resistor R3 is connected to the signal terminal of the temperature sensor of the battery pack, and the other end is connected to the AD-NTC of the microcontroller U3.
- One end of the fourth capacitor C4 is connected to the AD-NTC of the microcontroller U3, and the other end of the fourth capacitor C4 is connected to the cathode of the battery pack in series.
- the temperature sensor of the battery pack is a negative temperature coefficient thermistor. When the temperature rises, the AD acquisition voltage of the AD-NTC terminal of the microcontroller U3 decreases, and the voltage value is used to estimate the temperature value to achieve the purpose of over-temperature protection.
- the present invention further includes a current collecting unit 4 for measuring a discharge current of a lithium battery pack, and the current collecting unit 4 includes a detecting circuit main control chip U5A (for LM358AM of Fairchild), and the detecting circuit main control chip U5A is The operational amplifier, the first output terminal of the detection circuit main control chip U5A is connected to the AD_I input terminal of the microcontroller U3 through the seventeenth resistor R17, and is used for inputting the discharge current AD by the microcontroller U3.
- the third input terminal of the main control chip U5A of the current collecting unit 4 is connected to the eleventh resistor R11, and the other end of the eleventh resistor R11 is connected to the S terminal of the discharge switch transistor Q2.
- One end of the current sampling resistor R27 connected to the S end of the discharge switch tube Q2 is the positive pole of the current sampling, and the other end of the current sampling resistor R27 is connected to the negative pole of the battery pack after the series connection.
- One end of the tenth capacitor C10 is connected to the pin 3 of the current collecting unit main control chip U5A, and the other end of the tenth capacitor C10 is connected in series with the negative pole of the battery pack.
- One end of the fourteenth resistor R14 is connected to the second leg of the detecting circuit main control chip U5A, and the other end of the fourteenth resistor R is connected to the first leg of the detecting circuit main control chip U5A, the eleventh capacitor C1 1 and the fourteenth Resistor R14 is connected in parallel.
- the current collecting unit 4 measures the discharge current output of the current lithium battery pack to the microcontroller U3, micro
- the controller U3 determines that the current reaches the discharge overcurrent protection value, and the time reaches the protection time.
- the microcontroller U3 outputs a signal to the drive execution unit 3, turns off the discharge switch tube Q2, and simultaneously drives the execution unit output signal to control the brake switch tube Q1. Motor brake control for discharge overcurrent protection.
- the voltage detecting unit 7 is composed of a fourth resistor R4, a fifth resistor R5, a seventh resistor R7 and a third capacitor C3.
- One end of the fourth resistor R4 is connected to the output of the starting unit 6, and the other end of the fourth resistor R4. It is connected to the AD conversion port AD-V of the main control chip U3.
- the fifth resistor R5, the seventh resistor R7, and the third capacitor C3 are connected in parallel to the AD converter port AD-V of the main microcontroller U3, and the other end is connected to the cathode of the battery pack in series. This unit is used to measure the battery voltage of the lithium battery.
- the microcontroller U3 will turn off the discharge switch Q2 to achieve over-discharge protection of the battery.
- the input terminal of the starter unit 6 is connected to the positive pole of the battery pack after series connection.
- One end of the twenty-third resistor R23 is connected to the output of the start-up unit 6, and the other end is connected to the START pin of the microcontroller U3.
- the seventeenth capacitor C17 and the twenty-fourth resistor R24 are connected in parallel with one end connected to the START of the microcontroller U3, the seventeenth capacitor C17 and the twenty-fourth resistor R24 are connected in parallel and the other end is connected to the negative pole of the battery pack in series.
- the power supply unit 1 When the first switch K1 is closed, the power supply unit 1 is powered, and the power supply to the microcontroller U3 is provided. When the U3 is powered, the soft start function and the economic operation mode can be realized. After the first switch K1 is turned off, the microcontroller U3 immediately detects that the first switch K1 is turned off. Since the power supply unit 1 has residual power supply, the microcontroller U3 gradually increases the duty ratio of the brake switch tube Q1 through the drive unit. Large (Q1 and Q2 are complementary open) To achieve the purpose of electronic braking, the first switch K1 is connected at both ends of the terminal P3. +36V is connected to the positive pole of the battery pack after series connection. After the first switch K1 is closed, the positive terminal of the first diode D1 is connected to +36V through K1 (KEY is the electrical network identifier, representing the same network).
- the current flows through the battery and the positive electrode of the battery pack flows out into the first diode D1, then flows through the second resistor R2, and then filters the sixth capacitor C6 and the seventh electrolytic capacitor C7 to filter into the first A three-terminal voltage regulator, a ninth resistor R9, a twelfth resistor R12, and a thirteenth resistor R13 serve as feedback of the output voltage of the first three-terminal regulator U1, and the eighth capacitor C8 serves as a feedback filter.
- the voltage outputted by the first three-terminal voltage regulator U1 is +12V, and the voltage of +12V supplies power to the driving execution unit 3.
- the voltage of +12V is filtered by the ninth electrolytic capacitor C9 and the twelfth capacitor C12 as the input of the fourth three-terminal voltage regulator U4, and the output of the fourth three-terminal voltage regulator U4 is +5V voltage, and the fourteenth capacitor C14,
- the fifteenth capacitor C15 is a +5V filter capacitor.
- +5V is the pull-up power supply of the microcontroller U3, the U5B of the short-circuit detection unit, the U5A of the current acquisition unit, and the battery temperature acquisition unit 2.
- the microcontroller U3 outputs a PWM signal through its PWM pin to the driving unit of the driving execution unit 3 to adjust the 2 pin and the 3 pin of the chip U2.
- the PWM signal is amplified by the driving unit U2 and then driven and discharged by the 5th and 7th pins respectively.
- the microcontroller U3 adjusts the PWM output to 100% to obtain the maximum output power and improve the working efficiency.
- the voltage drop signal generated by the current flowing through the current sampling resistor R27 is filtered by the eighteenth resistor R18 and the sixteenth capacitor C16, and then the voltage signal obtained by dividing the reference +5V through the nineteenth resistor R19 and the twentieth resistor R20 is performed. In comparison, if the current exceeds the given upper limit, the 7th pin of the short-circuit detection unit U5B will generate a falling edge level signal.
- the microcontroller U3 captures the signal and immediately turns off the discharge switch Q2 through the drive execution unit to achieve short-circuit protection.
- the switch K1 When the switch K1 is closed, +36V flows through the first switch K1 through the fourth resistor R4, the fifth resistor R5, and the seventh resistor R7, and is filtered by the third capacitor C3, and the generated divided voltage signal is input to the AD of the microcontroller U3.
- the sampled value is compared with a predetermined lower voltage limit value. If it is lower than the lower voltage limit value, the microcontroller U3 turns off the discharge switch tube Q2 by the drive execution unit 3 to realize the overdischarge protection function.
- the temperature sensor signal of the battery pack is pulled up by +5V of the sixth resistor R6, and then enters the AD-NTC pin of the microcontroller U3 through the resistance-capacitance filtering of the third resistor R3 and the fourth capacitor C4, and the temperature sensor is a negative temperature. Coefficient, when the temperature rises, the voltage of the AD-NTC pin entering the microcontroller U3 is relatively low. If the battery pack is over temperature if it is lower than the predetermined value, the microcontroller U3 turns off the discharge switch tube by driving the execution unit 3. Q2 realizes the over temperature protection function of the battery pack.
- the START pin of the microcontroller U3 will immediately detect the signal (falling edge), because the sixth capacitor C6, the seventh electrolytic capacitor C7, and the ninth electrolytic capacitor in the power supply unit at this time C9, the twelfth capacitor C12, the fourteenth capacitor C14, the fifteenth capacitor C15 store electrical energy, the microcontroller U3
- the electronic brake function when the system is turned off is realized by driving the execution unit 3 to adjust the PWM output.
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Abstract
本发明公开了一种双包锂电割草机,包括驱动切割刀片的直流电机,直流电机与控制***相连,控制***与电源相连;所述的电源为锂电池组,直流电机通过控制***与锂电池组相连;锂电池组电源通过控制***驱动直流电机,进而带动切割刀片割草;锂电池组为两个串联的锂电池包,控制***在微控制器U3的控制下实现软启动功能;在待机状态下或轻负载状态下,控制输出占空比为80%,此时刀片转速能够维持在2800转左右,当负载加大后使输出占空比达到最大,能够继续维持转速,这样既满足使用要求,又节能,同时大大降低了噪音,本发明将控制***的供电由微动开关传递,静置搁置状态时微动开关处于断开状态,在硬件上保证了其待机的零功耗。
Description
一种双包锂电割草机 技术领域 本发明涉及一种园林工具, 具体说是一种双包锂电割草机。 背景技术 国外常用的割草机一般是汽油式割草机和电动式割草机。汽油式割草机会产 生废气, 在提倡节能环保的欧洲, 人们更倾向于是用清洁节能的电动式割草机。
说
现有的电动式割草机一般使用交流电, 需要使用电线与家用电源接通, 由于电线 的使用, 限制了割草机的工作范围, 以及使用的灵活性。 还有使用铅酸电池供电 的, 但由于铅酸电池的生产制造会污染环境,书因此也在逐步淘汰。
随着电动工具、 园林工具行业的不断发展, 在国外, 家庭用电动及园林工具 无绳化、便携化渐成趋势, 锂电类工具也越来越受到国外消费者的欢迎, 锂电池 是一种轻便的新型供电方式, 己在电动车等多个领域使用。然而锂电工具在使用 上存在如下不足:受到电池容量的制约,使用时间受到限制;而若增加电池容量, 势必增加机器的体积与重量, 影响便携性的同时也大大增加了成本。
在将锂电电源应用到庭院割草机上时, 同样碰到了上述问题。消费者选择家 用庭院割草机时,除了考虑机器的价格、品质,实用性与易用性也是必须考虑的。 目前, 国外锂电割草机普遍使用 36V, 2. 6Ah的锂电电池作为电源, 满充后一次 大约可持续割草坪约 220m2, 虽能满足大部分家庭使用, 但 36V的电池包使用场 合单一且价格昂贵, 直接影响了消费者的使用感受。 同时 36V的锂电池包, 由于 其串联使用节数较多, 很难保证单节的平衡问题, 并且保护板的开发周期比较长 同时单台成本比较高。考虑到市场上直流工具大多数是 18V (即 5串)的,且 18V 保护板都比较成熟,在此基础上我们采用两个 18V电池串联, 再加一块功能板从 而实现 36V割草机的的供电***。这样客户使用时, 电池包既可以用双包使用在 割草机上, 还可以单包使用在其它的直流工具上, 如电钻、 髙枝锯、 电缍、 砂光 机等等 18V的直流工具上。 同时, 如何在现有的电池容量条件下减少无效能耗, 提高割草机的单次使用时间 (割草面积), 成了必须解决的技术问题。 另外, 由 于园林工具的使用季节性较强, 整个冬季都处于搁置状态, 而锂电池的特性, 在 静置状态下同样会产生功耗, 导致锂电池电压慢慢降低, 直至欠压。 长期欠压必
然会影响锂电池寿命, 甚至导致失效。 因此, 设法降低锂电池静态功耗, 延长锂 电池使用寿命也是当务之急。 发明内容
本发明的目的在于提供一种双包锂电割草机, 使用的灵活性, 电池包既可以 用双包使用在割草机上,还可以单包使用在其它的直流工具上,如电钻、高枝锯、 电锤、 砂光机等等 18V的直流工具上。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种双包锂电割草机, 包括驱动切割刀 片的直流电机, 直流电机与控制***相连, 控制***与电源相连; 所述的电源为 锂电池组, 直流电机通过控制***与锂电池组相连; 锂电池组电源通过控制*** 驱动直流电机, 进而带动切割刀片割草; 锂电池组为两个串联的锂电池包; 所述的控制***包括:
供电单元, 提供基准电压、 驱动电压以及主控制芯片 U3工作电压; 电池温 度采集单元, 用于测量锂电池组的温度, 并将温度信息不断反馈给主控制芯片 U3, 主控制芯片 U3判断锂电池组是否在正常工作温度范围内; 驱动执行单元, 用于控制一号放电开关管 Q2, 并且控制刹车及续流开关管 Q1 ; 电流采集单元, 用于测量锂电池组的放电电流, 并将该电流值输出给主控制芯片 U3: 短路侦测 单元, 用于测量放电回路处于短路状态时关闭输出: 启动单元, 用于打开或者关 闭供电单元与电池组的连接;电压采集单元,用于采集电池包的串联后总的电压, 过放后关闭输出; 主控制芯片 U3, 用于接收处理各种数据, 并将信息发送给相 关电路;
串联后电池包的正极连接第一开关 Kl、 刹车开关管 Q1的 D极以及直流电机 的正极, 启动单元连接在第一开关 K1后端, 微控制器 U3、 供电单元以及电压采 集单元分别连接在启动单元之后, 电池温度采集单元、 驱动执行单元、 电流采集 单元以及短路侦测单元分别连接在微控制器 U3上, 驱动执行单元中的驱动单元 分别连接刹车开关管 Q1和放电开关管 Q2 ,直流电机的负极连接在刹车开关管 Q1 的 S极, 放电开关管 Q2的 D极连接在刹车开关管 Q1 的 S极上,放电开关管 Q2 的 S极分别连接电流采集单元和短路侦测单元以及电流采样电阻 R27上,电流采 样电阻 R27的另一端接串联后电池的负极。
供电单元将经第一开关 K1传递过来的 36V电压转换为驱动单元需要的 +12V
电压, 以及微控制器 1)3、 电流采集单元、 短路侦测单元所需的 +5V电压, 电压采 集单元将经第一开关 K1传递过来的 36V电压经分压后传递给微控制器 U3进行 A/D转换, 依据该转换值判断是否需要进行过放电保护动作, 电池温度采集单元 依据电池包的温度传感器转换的电压值来判断是否需要迸行过电池包过温保护 动作,电流采集单元以及短路侦测单元依据电流流经电流采样电阻 R27后的压降 电压值判断是否进行过过流保护或短路保护动作。
本发明与现有技术相比, 其显著优点: 本发明采用软启动电路, 在电动机刚 启动时, 使电流由小到大, 逐步增大, 避免对电机和控制板造成伤害, 延长了使 用寿命; 在负载情况下, 电流增大到最大, 既满足使用要求, 又节能, 同时大大 降低了噪音; 采用弱电控制电路, 在启动压杆, 切断对控制板供电, 使控制板达 到零功耗。
附图说明
图 1为供电单元电路示意图。
图 2为电池温度采集单元电路示意图。
图 3为本发明的驱动执行单元电路示意图。
图 4为本发明的电流采集单元电路示意图。
图 5为短路侦测单元电路示意图。
图 6为启动单元电路示意图。
图 7为电压采集单元示意图。
图 8本发明的控制***的电路原理示意框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图 8, 本发明的一种双包锂电割草机包括驱动切割刀片的直流电机, 直 流电机与控制***相连, 控制***与电源相连; 所述的电源为锂电池组, 直流电 机通过控制***与锂电池组相连。锂电池组电源通过控制***驱动直流电机,进 而带动切割刀片割草。 锂电池组是由两个单独的 5串的锂电池包串联而成。
所述的控制***包括:
供电单元 1 : 提供基准电压、 驱动电压以及 U3工作电压。
电池温度采集单元 2: 用于测量锂电池组的温度, 并将温度信息不断反馈给
主控制芯片 U3, 主控制芯片 U3判断锂电池组是否在正常工作温度范围内。 驱动执行单元 3: 用于控制一号放电开关管 Q2 , 并且控制刹车及续流开关管
Ql。
电流采集单元 4: 用于测量锂电池组的放电电流, 并将该电流值输出给主控 制芯片 U3。
短路侦测单元 5: 用于测量放电回路处于短路状态时关闭输出。
启动单元 6: 用于打开或者关闭供电单元与电池组的连接。
电压采集单元 7: 用于采集电池包的串联后总的电压, 过放后关闭输出。 主控制芯片 U3: 用于接收处理各种数据, 并将信息发送给相关电路。
串联后电池包的正极连接第一开关 Kl、 刹车开关管 Q1的 D极以及直流电机 的正极。 启动单元 6连接在第一开关 K1后端, 微控制器 U3、 供电单元 1以及电 压采集单元 7分别连接在启动单元 6之后。 电池温度采集单元 2、 驱动执行单元 3、电流采集单元 4以及短路侦测单元 5分别连接在微控制器 U3上。驱动执行单 元 3中的驱动单元分别连接刹车开关管 Q1和放电开关管 Q2。 直流电机的负极连 接在刹车开关管 Q1的 S极。 放电开关管 Q2的 D极连接在刹车开关管 Q1的 S极 上,放电开关管 Q2的 S极分别连接电流采集单元 4和短路侦测单元 5以及电流采 样电阻 R27上, 电流采样电阻 R27的另一端接串联后电池的负极。
供电单元 1将经第一开关 K1传递过来的 36V电压转换为驱动单元需要的 +12V 电压, 以及微控制器 U3、 电流采集单元 4、 短路侦测单元 5所需的 +5V电压。 电 压采集单元 7将经第一开关 K1传递过来的 36V电压经分压后传递给微控制器 U3 进行 A/D转换,依据该转换值判断是否需要进行过放电保护动作。 电池温度采集 单元 2 依据电池包的温度传感器转换的电压值来判断是否需要进行过电池包过 温保护动作。 电流采集单元 4 以及短路侦测单元 5依据电流流经电流采样电阻 R27后的压降电压值判断是否进行过过流保护或短路保护动作。
结合图 1,供电单元 1由防反接的第一二极管 D1的阳极接启动单元 6的后端, 第一二极管 D1的阴极接第二电阻 R2的一端, 第二电阻 R2的另一端接第一三端 稳压管 U1的输入端 3脚。 第六电容 C6的一端连接在 U1的输入端 3脚, 另一端 接电池包串联后的负极。第七电解电容 C7的正极连接第一三端稳压管 U1的输入 端 3脚, 第七电解电容 C7的负极接电池包串联后的负极。 第八电容 C8、 第九电
阻 R9、 第十三电阻 R13并联后连接于第一三端稳压管 lil的 1脚, 并联后的另一 端连接于电池包串联后的负极。 第十二电阻 R12的一端连接第一三端稳压管 的 2脚, 另一端连接第一三端稳压管 U1的 1脚。 第十二电容 C12的一端连接在 第四三端稳压管 U4的输入端 3脚, 另一端接电池包串联后的负极。 第九电解电 容 C9的正极连接第四三端稳压管 U4的输入端 3脚, 第九电解电容 C9的负极接 电池包串联后的负极。 第十四电容 C14、 第十五电容 C15并联后连接于第四三端 稳压管 U4的 1脚, 并联后的另一端连接于电池包串联后的负极。 第四三端稳压 管 U4的 2脚接电池包串联后的负极。 第十五电阻 R15、 第十六电阻 R16并联后 连接于第四三端稳压管 U4的 3脚, 并联后的另一端连接第四三端稳压管 U4的 1 脚。 供电单元 1用来稳压, 提供作为驱动执行单元 3的 +12V供电, 同时提供微 控制器 U3的供电, 同时提供 AD采样的基准 +5V电压。
微控制器 U3(采用意法半导体公司的一款 8位单片机,具体型号为 STM8F103 ) 的 INT脚与短路侦测单元 5的输出端相连,短路侦测单元 5测量当前电锂池组的 放电电流上限溢出信号输出给微控制器 U3, 微控制器 U3侦测到中断输入(下降 沿), 微控制器 U3输出信号给驱动执行单元, 关断放电开关管 Q2 , 同时驱动执 行单元输出信号控制刹车开关管 Ql, 进行马达刹车控制, 达到短路保护。
结合图 5, 短路侦测单元 5的 U5B为运算放大器, 短路侦测单元 5的 U5B的 第 7输出端通过第二十一电阻 R21连接到微控制器 U3的 INT输入端, 用于微控 制器 U3对短路信号的输入。 短路侦测单元 5的 U5B的第 5输入端连接到第十九 电阻 R19和第二十电阻 R20, 第十九电阻 R19另一端连接 +5V基准电源, 第二十 电阻 R20的另一端连接串联后电池包的负极;第十八电阻 R18的一端连接到短路 侦测单元 5的 U5B的第 6脚,第十八电阻 R18的另一端连接到串联后电池包的负 极, 第十六电容 C16的一端与 U5B的 6脚相连, 另一端接串联后电池包的负极。 短路侦测单元 5的 U5B的第 4脚接电池包串联后的负极, 短路侦测单元 5的 U5B 的第 8脚接 +5V基准电源。 U5A和 U5B是一个 8脚的双运算放大器 (为仙童公司 的 LM358AM)。
结合图 3,驱动执行单元 3包括驱动单元、刹车开关管 Q1和放电开关管 Q2, 驱动单元分别与刹车开关管 Q1和放电开关管 Q2连接, 刹车开关管 Q1再与放电 开关管 Q2连接, 驱动单元的调整芯片 U2 (调整芯片 U2使用美国 IR半导体的半
桥驱动器 IR2103S ) 的 2脚、 3脚与微控制器 U3的 PWM输出端相连, 调整芯片 U2的 1脚分别与第十二极管 D10的正极以及第十三电容 C13连接, 第十三电容 C13的另一端接地, 第十二极管 D10的正极接 + 12V电源,第十二极管 D10的负极 接调整芯片 U2的第 8脚和第五电容 C5的正极, 第五电容 C5的负极连接到第二 十二电阻 R22与输出端子 Moto , 第二十二电阻 R22另一端接调整芯片 U2的 6 脚,调整芯片 U2的 4脚接串联后电池包的负极,调整芯片 U2的 7脚连接刹车开 关管 Q1的 G极,刹车开关管 Q1的 S极与直流电机的负极相连,用于控制直流电 机急停进行刹车;调整芯片 U2的 5脚连接到放电开关管 Q2的 G极,放电开关管 Q2的 S极连接到电流釆样电阻 R27的一端, 电流釆样电阻 R27的另一端连接串 联后电池包负极。 放电开关管 Q2的 D极与直流电机的负极相连, 刹车开关管 Q1 的 D极接直流电机正极, 直流电机正极和串联后电池包的正极连接。第十八电容 C18的一端接放电开关管 Q2的 G极, 第十八电容 C18另一端接放电开关管 Q2的 S极。 驱动执行单元 3充分发挥了驱动芯片 U2的驱动功能, 刹车开关管 Q1与放 电开关管 Q2的死区时间为 1微秒, 使刹车开关管 Q1与放电开关管 Q2不会产生 同时导通的现象。 由于马达负载为电感性负载,传统的启动方式为直接给马达两 端加入电压, 马达立即以最大功率启动, 此吋启动电流将是马达额定电流的 3 倍以上或者更高; 由于是全功率启动, 在起动时, 大电流对碳刷的损伤非常大。 因此全功率启动对于锂电组池供电***而言,过大的启动电流会对锂电池的寿命 及安全性有极大的影响。本发明的软启动电路, 即驱动执行单元 3可以解决以上 问题。 当主控制芯片 U3接收到启动信号时, 会先以小功率输出驱动刹车开关管 Q1与放电开关管 Q2, 此时马达以较低速低功率先运行, 同时 PWM宽度不间断无 级调整, 使得马达转速不断上升直到给定值, 缓慢的启动马达时, 机器不会有剧 烈的振动, 并且起动电流很小, 有效的保护了锂电池的安全及寿命。 为了免因直 流电机启动时对锂电池组的大电流冲击及设备突然跳动,采用了软起动电路。所 述软启动电路采用 PWM (脉冲宽度调制)的方式, 在启动的初始, 主控制芯片 U3 以最小占空比 15%输出, 15%占空比传输到驱动执行单元对驱动信号进行放大及 处理, 再输出驱动刹车开关管 Q1与放电开关管 Q2以 15%占空比导通, 在启动同 时, 主控制芯片 U3输出的 PWM占空比逐渐增加宽度, 使马达速度逐渐提升, 直 至提升至 85%左右的给定占空比时,停止 PWM占空比调整, 启动完成; 轻负载时,
以 85%占空比稳定输出。 启动完成后, 电流采样单元 4检测当前放电电流值, 以 不同电流大小对应不同 PWM占空比, 当机器工作电流小时, 占空比以 85%输出, 马达转速降低, 节能同时又降低了噪音; 当机器工作电流变动时, PWM占空比随 之调整, 电流最大时占空比为 100%, 此时马达转速达到最大。 通过以上调整过 程达到经济运行效果。
所述电子刹车功能是第一开关 K1断开后微控制器 U3马上检测到了 K1断开, 由于供电单元 1有残余的电量提供给微控制器 U3, 微控制器 U3通过驱动单元使 刹车开关管 Q1开通的占空比逐渐增大 (Q1和 Q2是互补开通) 达到电子刹车的 目的。
结合图 2, 电池温度采集单元 2由第三电阻 R3、 第六电阻 R6和第四电容 C4 组成。 第六电阻 R6的一端接 +5V基准电源, 另一端接电池包的温度传感器信号 端。 第三电阻 R3的一端与电池包的温度传感器信号端连接, 另一端与微控制器 U3的 AD- NTC连接。 第四电容 C4的一端与微控制器 U3的 AD-NTC连接, 第四电 容 C4的另一端与串联后电池包的负极相连。 电池包的温度传感器为负温度系数 热敏电阻, 当温度上升时微控制器 U3的 AD- NTC端的 AD采集电压降低, 由此电 压值来推算温度值, 以实现过温保护的目的。
结合图 4.本发明还包括用于测量锂电池组的放电电流的电流采集单元 4, 电 流采集单元 4包括检测电路主控芯片 U5A (为仙童公司的 LM358AM), 检测电路主 控芯片 U5A为运算放大器,检测电路主控芯片 U5A的第 1输出端通过第十七电阻 R17连接到微控制器 U3的 AD_I输入端, 用于微控制器 U3对放电电流 AD输入。 电流采集单元 4的主控芯片 U5A的第 3输入端连接到第十一电阻 R11 , 第十一电 阻 R11另一端连接到放电开关管 Q2的 S端。 电流采样电阻 R27与放电开关管 Q2 的 S端相连的一端为电流取样的正极,电流采样电阻 R27的另一端与串联后电池 包的负极相连。 第十电容 C10的一端与电流采集单元主控芯片 U5A的 3脚相连, 第十电容 C10的另一端接串联后电池包的负极相连。第十四电阻 R14的一端连接 到检测电路主控芯片 U5A的第 2脚,第十四电阻 R 的另一端连接检测电路主控 芯片 U5A的第 1脚,第十一电容 C1 1与第十四电阻 R14并联。第十电阻 R10的一 端与检测电路主控芯片 U5A的 2脚相连,第十电阻 R10的另一端接串联后电池包 的负极。 电流采集单元 4测量当前锂电池组的放电电流输出给微控制器 U3, 微
控制器 U3判断电流达到放电过流保护值, 并且时间达到保护时间, 微控制器 U3 输出信号给驱动执行单元 3, 关断放电开关管 Q2, 同时驱动执行单元输出信号控 制刹车开关管 Ql, 进行马达刹车控制, 实现放电过流保护。
结合图 7, 电压检测单元 7由第四电阻 R4、 第五电阻 R5、 第七电阻 R7和第 三电容 C3组成, 第四电阻 R4的一端接启动单元 6的输出, 第四电阻 R4的另一 端与主控制芯片 U3的 AD转换端口 AD-V相连接。 第五电阻 R5、 第七电阻 R7、 第 三电容 C3并联后一端接主微控制器 U3的 AD转换端口 AD-V, 另一端接串联后电 池包的负极。该单元用于测量锂电池组电池电压, 如果电池电压降低到放电下限 时, 微控制器 U3会将放电开关管 Q2关闭, 实现电池的过放保护。 ' 结合图 6, 启动单元 6的输入端接串联后电池包的正极。 第二十三电阻 R23 的一端连接启动单元 6的输出, 另一端与微控制器 U3的 START脚连接。 第十七 电容 C17和第二十四电阻 R24并联后一端接微控制器 U3的 START脚, 第十七电 容 C17和第二十四电阻 R24并联后另一端接串联后电池包的负极。 当第一开关 K1闭合后供电单元 1得电, 同时给微控制器 U3提供了电源, U3得电后即可实现 软启动功能以及经济运行模式。第一开关 K1断开后微控制器 U3马上检测到第一 开关 K1断开, 由于供电单元 1有残余的电量供电,微控制器 U3通过驱动单元使 刹车开关管 Q1开通的占空比逐渐增大 (Q1和 Q2是互补开通) 达到电子刹车的 目的, 第一开关 K1接在接线端子 P3两端。 +36V接串联后电池包的正极。 第一 开关 K1闭合后, 第一二极管 D1的正极通过 K1连接到了 +36V上 (KEY为电气网 络标识符, 代表相同的网络)。
当第一开关 K1闭合后,电流经串联后电池包的正极流出流入第一二极管 D1, 然后流经第二电阻 R2,再经滤波第六电容 C6、 第七电解电容 C7滤波后流入第一 三端稳压管 , 第九电阻 R9、 第十二电阻 R12、 第十三电阻 R13作为第一三端 稳压管 U1输出电压的反馈,第八电容 C8作为反馈的滤波。此时第一三端稳压管 U1输出的电压为 +12V,该 +12V电压为驱动执行单元 3提供电源。 +12V电压经第 九电解电容 C9、 第十二电容 C12滤波后作为第四三端稳压管 U4的输入, 第四三 端稳压管 U4输出即为 +5V电压,第十四电容 C14、 第十五电容 C15为 +5V的滤波 电容。 +5V为微控制器 U3、 短路侦测单元的 U5B、 电流采集单元的 U5A以及电池 温度采集单元 2的上拉供电。 第一开关 K1闭合后,经第二十三电阻 R23、 第二十
四电阻 R24的分压以及第十七电容 C17的滤波进入微控制器 U3的 START脚。 微 控制器 U3通过其 PWM引脚输出 PWM信号到驱动执行单元 3的驱动单元调整芯片 U2的 2脚和 3脚, 该 PWM信号经驱动单元 U2的放大后经其 5脚和 7脚分别驱动 放电开关管 Q2和刹车开关管 Ql。 当***进入稳态运行时, +36V电压经直流电机 流经放电开关管 Q2 以及电流采样电阻 R27, 然后回到串联后电池包的负极。 该 电流流经电流采样电阻 R27 时会产生一个压降信号, 该信号经第十一电阻 R11 和第十电容 C10构成的阻容滤波后进入电流采样单元 U5A的 3脚,该信号经第十 四电阻 R14、 第十一电容 Cl l、 第十电阻 R10以及 U5A构成的放大电路的信号放 大后通过第十七电阻 R17进入微控制器 U3的电流采集端口 AD- 1。 当空载时, 由 于转速较高电流较小,此时 AD-I采集到的电压值比较低, 微控制器 U3控制输出 占空比在 80%左右; 当遇到阻力或负载加大时直流电机转速下降, 电流会增加, 此时 AD-I采集到的电压值比较高, 微控制器 U3调节 PWM输出到 100%已获得最 大输出动力,提高工作效率。电流流经电流采样电阻 R27产生的压降电压信号经 第十八电阻 R18、 第十六电容 C16滤波后同基准 +5V经第十九电阻 R19、 第二十 电阻 R20分压取得的电压信号进行比较, 如果电流超过给定上限值时, 短路侦测 单元 U5B的 7脚会产生一个下降沿电平信号, 微控制器 U3捕获该信号后立刻通 过驱动执行单元关闭放电开关管 Q2实现短路保护功能。 当开关 K1 闭合后 +36V 经第一开关 K1流经第四电阻 R4、 第五电阻 R5、 第七电阻 R7, 同时经过第三电 容 C3滤波, 产生的分压信号输入到微控制器 U3的 AD- V,该采样值和事先给定的 电压下限值做比较, 如果低于电压下限值, 微控制器 U3通过驱动执行单元 3关 闭放电开关管 Q2实现过放电保护功能。
电池包的温度传感器信号经第六电阻 R6的 +5V上拉后, 再经第三电阻 R3、 第四电容 C4的阻容滤波后进入微控制器 U3的 AD- NTC脚, 温度传感器为负温度 系数, 当温度升高后进入微控制器 U3的 AD- NTC脚的电压比较低, 如果低于预先 给定值时即认为电池包过温, 微控制器 U3通过驱动执行单元 3关闭放电开关管 Q2实现电池包的过温保护功能。
当第一开关 K1断开后, 微控制器 U3的 START脚会马上侦测到该信号 (下降 沿), 由于此时供电单元中的第六电容 C6、 第七电解电容 C7、 第九电解电容 C9、 第十二电容 C12、 第十四电容 C14、 第十五电容 C15储存有电能, 微控制器 U3
通过驱动执行单元 3调整 PWM输出实现关闭***时的电子刹车功能。 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出, 对于本技术领域的普通技 术人员来说, 在不脱离本发明原理的前提下, 还可以做出若干改进和润饰, 这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims
1.一种双包锂电割草机, 包括驱动切割刀片的直流电机, 直流电机与控制系 统相连, 控制***与电源相连; 所述的电源为锂电池组, 直流电机通过控制*** 与锂电池组相连;锂电池组电源通过控制***驱动直流电机,进而带动切割刀片 割草; 锂电池组为两个串联的锂电池包; 其特征在于:
所述的控制***包括:
供电单元 (1), 提供基准电压、 驱动电压以及主控制芯片 U3工作电压; 电 池温度采集单元(2), 用于测量锂电池组的温度, 并将温度信息不断反馈给主控 制芯片 U3, 主控制芯片 U3判断锂电池组是否在正常工作温度范围内; 驱动执行 单元 (3), 用于控制一号放电开关管 Q2, 并且控制刹车及续流开关管 Q1; 电流 采集单元(4), 用于测量锂电池组的放电电流, 并将该电流值输出给主控制芯片 U3; 短路侦测单元(5), 用于测量放电回路处于短路状态时关闭输出; 启动单元 (6), 用于打开或者关闭供电单元与电池组的连接; 电压采集单元(7), 用于采 集电池包的串联后总的电压, 过放后关闭输出; 主控制芯片 U3, 用于接收处理 各种数据, 并将信息发送给相关电路;
串联后电池包的正极连接第一开关 Kl、 刹车开关管 Q1的 D极以及直流电机 的正极, 启动单元 (6) 连接在第一开关 K1后端, 微控制器 U3、 供电单元 U) 以及电压采集单元(7)分别连接在启动单元(6)之后, 电池温度采集单元(2)、 驱动执行单元(3)、 电流采集单元(4) 以及短路侦测单元(5) 分别连接在微控 制器 U3上, 驱动执行单元 (3) 中的驱动单元分别连接刹车开关管 Q1和放电开 关管 Q2, 直流电机的负极连接在刹车开关管 Q1的 S极, 放电开关管 Q2的 D极 连接在刹车开关管 Q1的 S极上,放电开关管 Q2的 S极分别连接电流采集单元 (4) 和短路侦测单元 (5) 以及电流采样电阻 R27上, 电流采样电阻 R27的另一端接 串联后电池的负极。
供电单元(1)将经第一开关 K1传递过来的 36V电压转换为驱动单元需要的 + 12V电压, 以及微控制器 U3、 电流采集单元(4)、短路侦测单元(5)所需的 +5V 电压, 电压采集单元(7)将经第一开关 K1传递过来的 36V电压经分压后传递给 微控制器 U3进行 A/D转换, 依据该转换值判断是否需要进行过放电保护动作, 电池温度采集单元 (2) 依据电池包的温度传感器转换的电压值来判断是否需要
进行过电池包过温保护动作, 电流采集单元(4 ) 以及短路侦测单元(5 )依据电 流流经电流采样电阻 R27 后的压降电压值判断是否进行过过流保护或短路保护 动作。
2、根据权利要求 1所述的一种双包锂电割草机, 其特征在于: 供电单元 (1 ) 由防反接的第一二极管 D1的阳极接启动单元 (6 ) 的后端, 第一二极管 D1的阴 极接第二电阻 R2的一端, 第二电阻 R2的另一端接第一三端稳压管 U 1的输入端 3脚: 第六电容 C6的一端连接在 U1的输入端 3脚, 另一端接电池包串联后的负 极; 第七电解电容 C7的正极连接第一三端稳压管 U1的输入端 3脚, 第七电解电 容 C7的负极接电池包串联后的负极; 第八电容 C8、 第九电阻 R9、 第十三电阻 R13并联后连接于第一三端稳压管 U1的 1脚, 并联后的另一端连接于电池包串 联后的负极; 第十二电阻 R12的一端连接第一三端稳压管 U1的 2脚, 另一端连 接第一三端稳压管 U1的 1脚; 第十二电容 C12的一端连接在第四三端稳压管 U4 的输入端 3脚, 另一端接电池包串联后的负极, 第九电解电容 C9的正极连接第 四三端稳压管 U4的输入端 3脚,第九电解电容 C9的负极接电池包串联后的负极: 第十四电容 C14、 第十五电容 C15并联后连接于第四三端稳压管 U4的 1脚, 并 联后的另一端连接于电池包串联后的负极。 第四三端稳压管 U4的 2脚接电池包 串联后的负极; 第十五电阻 R15、 第十六电阻 R16并联后连接于第四三端稳压管 U4的 3脚, 并联后的另一端连接第四三端稳压管 U4的 1脚: 供电单元 1用来稳 压, 提供作为驱动执行单元 3的 +12V供电, 同时提供微控制器 U3的供电, 同时 提供 AD采样的基准 +5V电压。
3、 根据权利要求 1所述的一种双包锂电割草机, 其特征在于: 微控制器 U3 的 INT脚与短路侦测单元(5 )的输出端相连, 短路侦测单元(5 )测量当前电锂 池组的放电电流上限溢出信号输出给微控制器 U3 ,微控制器 U3侦测到中断输入, 微控制器 U3输出信号给驱动执行单元 (3 ), 关断放电开关管 Q2, 同时驱动执行 单元 (3 ) 输出信号控制刹车开关管 Q1 , 进行马达刹车控制, 达到短路保护。
4、 根据权利要求 1 所述的一种双包锂电割草机, 其特征在于: 短路侦测单 元(5 )的 U5B为运算放大器, 短路侦测单元(5 )的 U5B的第 7输出端通过第二 十一电阻 R21连接到微控制器 U3的 INT输入端,用于微控制器 U3对短路信号的
输入, 短路侦测单元 (5 ) 的 U5B的第 5输入端连接到第十九电阻 R 19和第二十 电阻 R20, 第十九电阻 R19另一端连接 +5V基准电源, 第二十电阻 R20的另一端 连接串联后电池包的负极; 第十八电阻 R18的一端连接到短路侦测单元 (5 ) 的 U5B的第 6脚, 第十八电阻 R18的另一端连接到串联后电池包的负极, 第十六电 容 C16的一端与 U5B的 6脚相连, 另一端接串联后电池包的负极。短路侦测单元 ( 5 ) 的 U5B的第 4脚接电池包串联后的负极, 短路侦测单元 (5 ) 的 U5B的第 8 脚接 +5V基准电源。
5、 根据权利要求 1所述的一种双包锂电割草机, 其特征在于: 驱动执行单 元 (3 ) 包括驱动单元、 刹车开关管 Q1 和放电开关管 Q2, 驱动单元分别与刹车 开关管 Q1和放电开关管 Q2连接,刹车开关管 Q1再与放电开关管 Q2连接, 驱动 单元的调整芯片 112的 2脚、 3脚与微控制器 U3的 PWM输出端相连, 调整芯片 U2 的 1脚分别与第十二极管 D10的正极以及第十三电容 C 13连接, 第十三电容 C13 的另一端接地, 第十二极管 D10的正极接 +12V电源, 第十二极管 D10的负极接 调整芯片 U2的第 8脚和第五电容 C5的正极, 第五电容 C5的负极连接到第二十 二电阻 R22与输出端子 Moto- , 第二十二电阻 R22另一端接调整芯片 U2的 6脚, 调整芯片 U2的 4脚接串联后电池包的负极,调整芯片 U2的 7脚连接刹车开关管 Q1的 G极, 刹车开关管 Q1的 S极与直流电机的负极相连, 用于控制直流电机急 停进行刹车: 调整芯片 U2的 5脚连接到放电开关管 Q2的 G极, 放电开关管 Q2 的 S极连接到电流采样电阻 R27的一端,电流采样电阻 R27的另一端连接串联后 电池包负极; 放电开关管 Q2的 D极与直流电机的负极相连, 刹车开关管 Q1的 D 极接直流电机正极, 直流电机正极和串联后电池包的正极连接, 第十八电容 C 18 的一端接放电开关管 Q2的 G极, 第十八电容 C18另一端接放电开关管 Q2的 S 极。
6、 根据权利要求 1 所述的一种双包锂电割草机, 其特征在于: 电池温度采 集单元 (2 ) 由第三电阻 R3、 第六电阻 R6和第四电容 C4组成, 第六电阻 R6的 一端接 +5V基准电源, 另一端接电池包的温度传感器信号端; 第三电阻 R3的一 端与电池包的温度传感器信号端连接, 另一端与微控制器 U3的 AD-NTC连接; 第 四电容 C4的一端与微控制器 U3的 AD- NTC连接,第四电容 C4的另一端与串联后
电池包的负极相连; 电池包的温度传感器为负温度系数热敏电阻, 当温度上升时 微控制器 U3的 AD-NTC端的 AD采集电压降低, 由此电压值来推算温度值, 以实 现过温保护的目的。
7、 根据权利要求 I 所述的一种双包锂电割草机, 其特征在于: 电流采集单 元 (4 ) 包括检测电路主控芯片 U5A, 检测电路主控芯片 U5A为运算放大器, 检 测电路主控芯片 U5A的第 1输出端通过第十七电阻 R17连接到微控制器 U3的 AD— I输入端, 用于微控制器 U3对放电电流 AD输入; 电流采集单元 (4 ) 的主控 芯片 U5A的第 3输入端连接到第十一电阻 Rl l, 第十一电阻 R1 1另一端连接到放 电开关管 Q2的 S端,电流采样电阻 R27与放电开关管 Q2的 S端相连的一端为电 流取样的正极, 电流采样电阻 R27的另一端与串联后电池包的负极相连; 第十电 容 C10的一端与电流采集单元主控芯片 U5A的 3脚相连,第十电容 C10的另一端 接串联后电池包的负极相连; 第十四电阻 R14 的一端连接到检测电路主控芯片 U5A的第 2脚, 第十四电阻 R14的另—端连接检测电路主控芯片 U5A的第 1脚, 第十一电容 C1 1与第十四电阻 R14并联;第十电阻 R10的一端与检测电路主控芯 片 U5A的 2脚相连, 第十电阻 R10的另一端接串联后电池包的负极; 电流采集单 元 (4 ) 测量当前锂电池组的放电电流输出给微控制器 U3, 微控制器 U3判断电 流达到放电过流保护值, 并且时间达到保护时间, 微控制器 U3输出信号给驱动 执行单元 3, 关断放电开关管 Q2 , 同时驱动执行单元输出信号控制刹车开关管 Q1 , 进行马达刹车控制, 实现放电过流保护。
8、 根据权利要求 1 所述的一种双包锂电割草机, 其特征在于: 电压检测单 元(7 ) 由第四电阻 R4、 第五电阻 R5、 第七电阻 R7和第三电容 C3组成, 第四电 阻 R4的一端接启动单元 (6 ) 的输出, 第四电阻 R4 的另一端与主控制芯片 U3 的 AD转换端口 AD-V相连接: 第五电阻 R5、 第七电阻 R7、第三电容 C3并联后一 端接主微控制器 U3的 AD转换端口 AD-V, 另一端接串联后电池包的负极; 该单 元用于测量锂电池组电池电压, 如果电池电压降低到放电下限时, 微控制器 U3 会将放电开关管 Q2关闭, 实现电池的过放保护。
9、根据权利要求 1所述的一种双包锂电割草机,其特征在于: 启动单元(6 ) 的输入端接串联后电池包的正极; 第二十三电阻 R23的一端连接启动单元 (6 )
的输出, 另一端与微控制器 U3的 START脚连接, 第十七电容 C17和第二十四电 阻 R24并联后一端接微控制器 U3的 START脚, 第十七电容 C 17和第二十四电阻 R24并联后另一端接串联后电池包的负极; 当第一开关 K1闭合后供电单元 (1 ) 得电, 同时给微控制器 U3提供了电源, U3得电后即可实现软启动功能以及经济 运行模式, 第一开关 K1断开后微控制器 U3马上检测到第一开关 K 1断开, 由于 供电单元 (1 ) 有残余的电量供电, 微控制器 U3通过驱动单元使刹车开关管 Q1 开通的占空比逐渐增大达到电子刹车的目的,第一开关 K1接在接线端子 P3两端。 +36V接串联后电池包的正极。 第一开关 K1 闭合后, 第一二极管 D1的正极通过 K1连接到了 +36V上, 其中 KEY为电气网络标识符, 代表相同的网络。
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