一種水下機器人的鋰電池組過放電保護電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋰電池組保護電路，特別涉及一種適用于水下機器人的鋰電池組過放電保護電路。本發(fā)明包括基準電壓電路1、輸入電壓濾波電路2、比較電路3、水下感知電路4、邏輯控制電路5、電池組正電位輸入端子VIN、電池組地電位輸入端子GND、第一繼電器接線端子JO1、第二繼電器接線端子JO2、導電探頭接線端子PB1、導線探頭接線端子PB2與外部電路器件。本發(fā)明能對鋰電池組過放電進行保護，又不影響水下機器人的自身安全性能。輸入電壓濾波保護電路能夠濾除瞬態(tài)干擾，提高保護電路的抗干擾能力。
【專利說明】—種水下機器人的鋰電池組過放電保護電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰電池組保護電路，特別涉及一種適用于水下機器人的鋰電池組過放電保護電路。
【背景技術】
[0002]由于鋰電池具有能量密度高、無記憶效應、循環(huán)壽命長、自放電率低等優(yōu)點，自主式水下機器人常采用鋰電池組作為主要電源。然而由于鋰電池的化學特性，在使用過程中，如果對其過充電或過放電，會嚴重影響電池的使用性能與使用壽命，有時還會導致電池的安全問題，所以做好鋰電池的過充、過放保護尤為重要。
[0003]水下機器人鋰電池組在陸上充電時，一般采用具有過充、過流保護且能夠自動平衡各單體鋰電池電壓的鋰電池專用平衡充電器，因此，水下機器人的鋰電池組的過充保護可以由鋰電池充電器來完成。水下機器人在工作過程中，雖然有相應的檢測設備對鋰電池組的電壓和電流進行實時檢測，并將檢測結果傳送給主控制臺，但是并不具備過放電斷電保護功能，因此，水下機器人的鋰電池組過放電保護電路是不可缺少的。
[0004]水下機器人在陸上調試或存放時，由于持續(xù)調試時間過長或者調試結束后沒有關掉水下機器人主電源等各種原因導致鋰電池組電壓低于設定的閾值時，過放電保護電路應斷開供電回路以防止對電池發(fā)生過放電損害。此時，由于水下機器人在陸地上，所以水下機器人的這種斷電保護不會對機器人的自身安全造成影響。但是當水下機器人在水下執(zhí)行作業(yè)任務時，一旦因某種原因導致供電鋰電池組輸出電壓低于保護閾值時，這種斷電保護將使水下機器人失去控制，造成任務失敗，甚至水下機器人失事，對水下機器人的自身安全造成極大的威脅。此時，應屏蔽這種保護，而由主控制臺根據(jù)鋰電池組的電壓、電流狀態(tài)信息制定相應的保護策略。因此，能夠感知自身所處環(huán)境(陸上或者水下)，并根據(jù)感知結果自主選擇工作模式的鋰電池過放電保護電路，對于延長水下機器人的鋰電池組使用壽命以及保證水下機器人的自身安全具有重要意義。
[0005]目前，鋰電池保護電路技術相對成熟，如專利申請?zhí)枮?01220651300.2，名稱為《鋰電池保護電路》的中國專利，能夠在鋰電池放電電壓過低或放電電流過大時斷開電池與負載的連接，在充電電壓過高或者充電電流過大時斷開電池與充電器的連接，可靠保護鋰電池，但是不具備水下環(huán)境感知功能，并不適用于自主式水下機器人。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種既能對鋰電池組過放電進行保護，又不影響水下機器人自身安全性能的水下機器人的鋰電池組過放電保護電路。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明包括基準電壓電路1、輸入電壓濾波電路2、比較電路3、水下感知電路4、邏輯控制電路5、電池組正電位輸入端子VIN、電池組地電位輸入端子GND、第一繼電器接線端子J01、第二繼電器接線端子J02、導電探頭接線端子PB1、導線探頭接線端子PB2與外部電路器件，電池組電壓輸入端子VIN連接電池組BT的正極，電池組地電位輸入端子GND連接電池組BT的負極，用于采集電池組電壓以及給保護電路供電；第一繼電器接線端子J01、第二繼電器接線端子J02連接電池組供電回路上的繼電器開關J1，用以控制繼電器開關的開合；導電探頭接線端子PBl、導電探頭接線端子PB2通過水下感知電路4連接外置導電探頭，用以感知水下環(huán)境。
[0009]基準電壓電路I由穩(wěn)壓芯片U1、第一比較器U2、以及第一電阻R1、第二電阻R2組成，穩(wěn)壓芯片Ul的輸入與電池組輸入的正電位相連,穩(wěn)壓芯片Ul的輸入地與電池組輸入的地電位相連，穩(wěn)壓芯片Ul輸出連接到第一比較器U2的正向輸入端，第二電阻R2的兩端分別連接穩(wěn)壓芯片Ul的輸出和地，第一電阻Rl連接比較器的負向輸入端和輸出端，構成跟隨電路。
[0010]輸入電壓濾波電路2由第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第四二極管D4、電容Cl組成，第五電阻R5、第六電阻R6串聯(lián)，構成分壓電路，將電池組輸入電壓進行分壓；電容Cl和第七電阻R7并聯(lián)后與第四二極管D4串聯(lián)，構成濾波電路，濾除瞬態(tài)干擾電壓值，最后輸出到比較電路3。
[0011]比較電路3由第三電阻R3、第四電阻R4以及第二比較器U3組成，基準電壓電路I的輸出、輸入電壓濾波電路2的輸出分別經(jīng)第三電阻R3、第四電阻R4后連接到第二比較器U3的負向、正向輸入端，第二比較器U3通過第一二極管Dl輸出比較結果到邏輯控制電路5，當電池組電量充足時，正向高于負向，第二比較器U3輸出高電位，反之，第二比較器U3輸出地電位。
[0012]水下感知電路4由第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第五二極管D5、第三比較器U4以及由第一導電探頭接線端子PBl、第二導電探頭接線端子PB2接入的外置導電探頭組成，第八電阻R8和第五二極管D5串聯(lián)，組成分壓電路接入第三比較器U4的負向輸入端，第九電阻R9、導電探頭、第十電阻RlO依次串聯(lián)，組成分壓電路接入第三比較器U4的正向輸入端，第三比較器U4通過第三二極管輸出比較結果到邏輯控制電路5。
[0013]邏輯控制電路5由第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3組成，第一二極管D1、第三二極管D3并聯(lián)，組成邏輯“或”電路，第二二極管D2作為續(xù)流二極管反向并聯(lián)接入繼電器接線端，邏輯控制電路5通過第一繼電器接線端子J01、第二繼電器接線端子J02與繼電器開關Jl相連。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]本鋰電池組保護電路具有水下感知功能，能夠感知水下機器人所處工作環(huán)境(陸上或者水下)，并根據(jù)感知結果自主選擇工作模式，從而既能對鋰電池組過放電進行保護，又不影響水下機器人的自身安全性能。抗干擾能力強。水下機器人在陸上調試過程中，推進器等執(zhí)行器上電瞬間，電流較大，會將鋰電池組電壓拉低，甚至低于設定閾值，從而引起保護電路實行斷電保護，造成水下機器人斷電。本發(fā)明專利的輸入電壓濾波保護電路能夠濾除這種瞬態(tài)干擾，提高保護電路的抗干擾能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明專利的電路框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明專利的一個實施例的電路圖?！揪唧w實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步描述。
[0019]本發(fā)明專利涉及一種水下機器人的鋰電池組過放電保護電路。該保護電路主要由基準電壓電路、輸入電壓濾波電路、比較電路、水下感知電路以及邏輯控制電路等電路單元組成，通過電池組電壓輸入端子、繼電器接線端子、導電探頭接線端子與外部電路器件連接。當水下機器人陸上調試以及存放時，該保護電路能夠在鋰電池組電壓低于閾值時，斷開供電回路以防止對電池發(fā)生損害；當水下機器人水中作業(yè)時，該保護電路能夠感知水下環(huán)境，自主屏蔽過放電保護功能，防止水下機器人因意外斷電而陷于危險之中。該保護電路既能對鋰電池組過放電進行保護，又不影響水下機器人自身安全性能，尤其適用于自主式水下機器人，也可應用于其他自主水下作業(yè)設備。
[0020]該保護電路包括，電池組正電位輸入端子VIN，電池組地電位輸入端子GND，繼電器接線端子JOlJS電器接線端子J02，導電探頭接線端子PBl，導線探頭接線端子PB2 ；電池組電壓輸入端子VIN、GND連接鋰電池組，用于采集鋰電池組電壓以及給保護電路供電，繼電器接線端子J01、J02連接鋰電池組供電回路上的繼電器開關，用以控制其開合，導電探頭接線端子PB1、PB2連接外置導電探頭，用以感知水下環(huán)境。
[0021]保護電路內部包括以下單元:
[0022]基準電壓電路，產生一基準電壓，作為后續(xù)電壓比較的基準值，送入比較電路；
[0023]輸入電壓濾波電路，采集電池組電壓，濾除瞬態(tài)干擾的電壓值，然后送入比較電路；
[0024]比較電路，接收基準電壓電路和輸入電壓濾波電路的電壓值并比較，得出比較結果，送入邏輯控制電路；
[0025]水下感知電路，感知水下環(huán)境，得出感知結果，送入邏輯控制電路；
[0026]邏輯控制電路，將比較電路和水下感知電路的結果進行邏輯運算，產生控制信號控制繼電器開關開合。
[0027]電池組正電位輸入端子VIN，電池組地電位輸入端子GND，繼電器接線端子JOl，繼電器接線端子J02，導電探頭接線端子PB1，導線探頭接線端子PB2 ；電池組電壓輸入端子連接鋰電池組，用于采集鋰電池組電壓以及給保護電路供電，繼電器接線端子連接鋰電池組供電回路上的繼電器開關，用以控制其開合，導電探頭接線端子連接外置導電探頭，用以感知水下環(huán)境。
[0028]保護電路內部包括以下單元:基準電壓電路，產生一基準電壓，作為后續(xù)電壓比較的基準值，送入比較電路；輸入電壓濾波電路，采集電池組電壓，濾除瞬態(tài)干擾的電壓值，然后送入比較電路；比較電路，接收基準電壓電路和輸入電壓濾波電路的電壓值并比較，得出比較結果，送入邏輯控制電路；水下感知電路，感知水下環(huán)境，得出感知結果，送入邏輯控制電路；邏輯控制電路，將比較電路和水下感知電路的結果進行邏輯運算，產生控制信號控制繼電器開關開合。
[0029]水下機器人的鋰電池組過放電保護電路的工作過程如下:當水下機器人在陸上調試或存放時，水下感知電路輸出低電位，此種情況下，邏輯控制電路輸出與比較電路輸出一致，輸入電壓濾波電路采集鋰電池組電壓值并濾除瞬態(tài)干擾后，在比較電路中與基準電壓電路產生的基準電壓值進行比較，當前者高于后者時，說明電池電量充足，比較電路輸出高電位，邏輯控制電路輸出高電位，驅動鋰電池組供電電路上的常開繼電器開關閉合，對水下機器人內部系統(tǒng)進行供電，當前者低于后者時，說明電池電量不足，比較電路輸出低電位，邏輯控制電路輸出低電位，繼電器開關斷開，關斷鋰電池組供電回路；當水下機器人在水下作業(yè)時，水下感知電路輸出高電位，此種情況下，無論比較電路輸出何種電位，邏輯控制電路均輸出高電位，驅動繼電器開關閉合。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明專利主要由基準電壓電路1、輸入電壓濾波電路2、比較電路3、水下感知電路4、邏輯控制電路5等電路單元組成，通過電池組正電位輸入端子VIN、電池組地電位輸入端子GND、繼電器接線端子JOl、繼電器接線端子J02、導電探頭接線端子PB 1、導線探頭接線端子PB2與外部電路器件連接。其中，電池組電壓輸入端子VIN、GND連接電池組BT的正、負極，用于采集電池組電壓以及給保護電路供電；繼電器接線端子J01、J02連接電池組供電回路上的繼電器開關J1，用以控制其開合；導電探頭接線端子PB1、PB2連接外置導電探頭，用以感知水下環(huán)境。
[0031]如圖2所示，基準電壓電路I由穩(wěn)壓芯片U1、比較器U2、以及電阻R1、R2組成，穩(wěn)壓芯片Ul的輸入和地與電池組輸入的正、地電位相連，Ul輸出連接到比較器的正向輸入端，電阻R2的兩端分別連接穩(wěn)壓芯片Ul的輸出和地，Rl連接比較器的負向輸入端和輸出端，構成跟隨電路。其工作過程是:穩(wěn)壓芯片Ul在鋰電池組BT的供電下，產生基準電壓，并通過由比較器U2和電阻Rl構成的跟隨電路，輸出到比較電路3。
[0032]如圖2所示，輸入電壓濾波電路2由電阻R5、R6、R7、二極管D4、電容Cl組成。電阻R5、R6串聯(lián)，構成分壓電路，將電池組輸入電壓進行分壓，以利于檢測；電容Cl和電阻R7并聯(lián)后與二極管D4串聯(lián)，構成濾波電路，濾除瞬態(tài)干擾電壓值，最后輸出到比較電路3。
[0033]如圖2所示，比較電路3由電阻R3、R4以及比較器U3組成，基準電壓電路I的輸出、輸入電壓濾波電路2的輸出分別經(jīng)電阻R3、R4后連接到比較器U3的負向、正向輸入端，比較器輸出比較結果到邏輯控制電路5。當電池組電量充足時，正向高于負向，比較器U3輸出高電位，反之，比較器U3輸出地電位。
[0034]如圖2所示，水下感知電路4由電阻R8、R9、R10、二極管D5、比較器U4以及由導電探頭接線端子PB1、PB2接入的外置導電探頭組成。電阻R8和二極管D5串聯(lián)，組成分壓電路接入比較器U4的負向輸入端，電阻R9、導電探頭、電阻RlO串聯(lián)，組成分壓電路接入比較器U4的正向輸入端。比較器U4輸出比較結果到邏輯控制電路5。當機器人處于陸上時，t匕較器輸出地電位，當機器人處于水下時，PB1、PB2導通，比較器輸出高電位。
[0035]如圖2所示，邏輯控制電路5由二極管D1、D2、D3組成。二極管D1、D3并聯(lián)，組成邏輯“或”電路，二極管D2作為續(xù)流二極管反向并聯(lián)接入繼電器接線端。邏輯控制電路5通過繼電器接線端子J01、J02與繼電器開關Jl相連，控制供電回路導通和關斷。
【權利要求】
1.一種水下機器人的鋰電池組過放電保護電路，包括基準電壓電路(I)、輸入電壓濾波電路(2)、比較電路(3)、水下感知電路(4)、邏輯控制電路(5)、電池組正電位輸入端子(VIN)、電池組地電位輸入端子(GND)、第一繼電器接線端子(JOl)、第二繼電器接線端子(J02)、導電探頭接線端子(PBl)、導線探頭接線端子(PB2)與外部電路器件，其特征在于:電池組電壓輸入端子(VIN)連接電池組(BT)的正極，電池組地電位輸入端子(GND)連接電池組(BT)的負極，用于采集電池組電壓以及給保護電路供電；第一繼電器接線端子(JOl)、第二繼電器接線端子(J02)連接電池組供電回路上的繼電器開關(Jl)，用以控制繼電器開關的開合；導電探頭接線端子(PBl)、導電探頭接線端子(PB2)通過水下感知電路(4)連接外置導電探頭，用以感知水下環(huán)境。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種水下機器人的鋰電池組過放電保護電路，其特征在于:所述基準電壓電路(I)由穩(wěn)壓芯片(Ul)、第一比較器(U2)、以及第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)組成,穩(wěn)壓芯片(Ul)的輸入與電池組輸入的正電位相連,穩(wěn)壓芯片(Ul)的輸入地與電池組輸入的地電位相連，穩(wěn)壓芯片(Ul)輸出連接到第一比較器(U2)的正向輸入端,第二電阻(R2)的兩端分別連接穩(wěn)壓芯片(Ul)的輸出和地，第一電阻(Rl)連接比較器的負向輸入端和輸出端，構成跟隨電路。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種水下機器人的鋰電池組過放電保護電路，其特征在于:輸入電壓濾波電路(2)由第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第四二極管(D4)、電容(Cl)組成，第五電阻(R5)、第六電阻(R6)串聯(lián)，構成分壓電路，將電池組輸入電壓進行分壓；電容(Cl)和第七電阻(R7)并聯(lián)后與第四二極管(D4)串聯(lián)，構成濾波電路，濾除瞬態(tài)干擾電壓值，最后輸出到比較電路(3)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種水下機器人的鋰電池組過放電保護電路，其特征在于:比較電路(3)由第三電阻(R3)、第四電阻(R4)以及第二比較器(U3)組成，基準電壓電路(I)的輸出、輸入電壓濾波電路(2)的輸出分別經(jīng)第三電阻(R3)、第四電阻(R4)后連接到第二比較器(U3)的負向、正向輸入端，第二比較器(U3)通過第一二極管(Dl)輸出比較結果到邏輯控制電路(5)，當電池組電量充足時，正向高于負向，第二比較器(U3)輸出高電位，反之，第二比較器(U3)輸出地電位。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種水下機器人的鋰電池組過放電保護電路，其特征在于:水下感知電路(4)由第八電阻(R8)、第九電阻(R9)、第十電阻(RlO)、第五二極管(D5)、第三比較器(U4)以及由第一導電探頭接線端子(PBl)、第二導電探頭接線端子(PB2)接入的外置導電探頭組成，第八電阻(R8)和第五二極管(D5)串聯(lián)，組成分壓電路接入第三比較器(U4)的負向輸入端，第九電阻(R9)、導電探頭、第十電阻(RlO)依次串聯(lián)，組成分壓電路接入第三比較器(U4)的正向輸入端，第三比較器(U4)通過第三二極管輸出比較結果到邏輯控制電路(5)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種水下機器人的鋰電池組過放電保護電路，其特征在于:邏輯控制電路(5)由第一二極管(Dl)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)組成，第一二極管(Dl)、第三二極管(D3)并聯(lián)，組成邏輯“或”電路，第二二極管(D2)作為續(xù)流二極管反向并聯(lián)接入繼電器接線端，邏輯控制電路(5)通過第一繼電器接線端子(JOl)、第二繼電器接線端子(J02)與繼電器開關(Jl)相連。
【文檔編號】H02J7/00GK103944232SQ201410174623
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權日:2014年4月28日
【發(fā)明者】張銘鈞, 殷寶吉, 王玉甲, 劉星, 郭冠群 申請人:哈爾濱工程大學