本實用新型涉及充放電裝置領(lǐng)域，具體的來說是涉及一種蓄電池自動充放電裝置。

背景技術(shù)：

蓄電池自19世紀(jì)60年代面世以來，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備上，包括電動汽車、各種手提設(shè)備和不間斷供電系統(tǒng)。在新能源應(yīng)用的今天，蓄電池作為一種可重復(fù)使用的儲能設(shè)備，其性能和技術(shù)的發(fā)展，更是引起了全社會的廣泛關(guān)注。在蓄電池的實際應(yīng)用中，由于蓄電池的充放電過程是一個極其復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過程，長時間的充放電經(jīng)常會出現(xiàn)蓄電池過充/放、欠充/放的情況，嚴(yán)重影響了蓄電池的使用壽命。

在蓄電池的充電過程中，由于初期蓄電池兩端的電壓是小于對蓄電池充電電源兩端的電壓的。隨著時間的一步步增加，蓄電池兩端的電壓也會增加；當(dāng)蓄電池兩端的電壓達(dá)到蓄電池所規(guī)定的額定電壓時，蓄電池兩端的電壓就不會進一步增加了。此時，隨著蓄電池充電時間的進一步延長，蓄電池內(nèi)部的充電電流也會慢慢減小；當(dāng)蓄電池內(nèi)部的電流達(dá)到蓄電池規(guī)定的最小電流時，蓄電池內(nèi)的電流也不會進一步減小。但是，此時蓄電池內(nèi)部的電量并不是停止增加，而是會進一步的增加。如果長時間的對蓄電池進行充電，很容易發(fā)生過充現(xiàn)象，造成蓄電池的損壞。在蓄電池的放電過程中，由于初期蓄電池兩端的電壓，隨著放電時間的延長，蓄電池兩端的電壓也會逐漸減小；當(dāng)蓄電池兩端的電壓降低到蓄電池所規(guī)定的額定電壓時，蓄電池兩端的電壓就不會進一步減小了。此時，隨著蓄電池放電時間的進一步延長，蓄電池內(nèi)部的充電電流也會慢慢減小；蓄電池內(nèi)部的剩余容量還會進一步減少。如果長時間的對蓄電池進行放電，很容易發(fā)生過放現(xiàn)象，造成蓄電池的充電時間過長，最終使電池?fù)p壞。

傳統(tǒng)的蓄電池充放電過程是基于人的控制過程。由專門人員在特定環(huán)境中對蓄電池進行充放電的操作。這樣做不僅會耗費大量的人力、物力和財力，也會導(dǎo)致對蓄電池維護效率的大大降低。隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)以及相應(yīng)處理算法的出現(xiàn)和快速發(fā)展，蓄電池的充放電過程和維護越來越無人化和智能化。目前所使用的蓄電池充放電管理裝置一般都是依據(jù)蓄電池的充放電曲線，根據(jù)蓄電池的SOC量來對蓄電池進行充放電管理。這樣做的問題是算法復(fù)雜，計算量大，成本相對較高，不能夠有效地實現(xiàn)對蓄電池的維護，從而有效地延長蓄電池的使用壽命。而且頻繁地充放電也會對蓄電池造成損害，從而影響蓄電池的使用壽命。另一方面，蓄電池會被用于某些無人值守的地方，如果派專人進行維護，不僅工作量大，同時也會降低蓄電池維護的效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型需要解決的是現(xiàn)有蓄電池?zé)o法實現(xiàn)自動充放電的問題，提供一種蓄電池自動充放電裝置。

本實用新型通過以下技術(shù)方案解決上述問題：

一種蓄電池自動充放電裝置，包括單片機、信號調(diào)理模塊、電流檢測模塊、電壓檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)控制模塊、充電控制模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、輸入模塊、時鐘模塊、斷電檢測模塊和通信模塊；

外部儲電池的信號采集端經(jīng)信號調(diào)理模塊分別與電流檢測模塊和電壓檢測模塊連接；電流檢測模塊和電壓檢測模塊的輸出端均經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊與單片機連接；時鐘模塊與單片機連接；輸入模塊的輸出端與單片機連接；開關(guān)控制模塊的輸入端與單片機連接；外部儲電池一輸出端經(jīng)開關(guān)控制模塊與外部負(fù)載模塊連接；充電控制模塊的輸入端與市電連接，充電控制模塊的輸出端與外部儲電池的充電端連接；充電控制模塊的信號控制端與單片機連接；通信模塊一端與單片機連接，另一端與外部通信設(shè)備無線連接。

本實用新型還進一步包括顯示模塊，顯示模塊的輸入端與單片機連接。

上述方案中，優(yōu)選的是電流檢測模塊和電壓檢測模塊均設(shè)置有與A/D轉(zhuǎn)換電氣隔離的保護電路，保護電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接。

上述方案中，優(yōu)選的是電流檢測模塊采用霍爾效應(yīng)傳感器作為隔離保護電路，同時將蓄電池輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。

上述方案中，優(yōu)選的是開關(guān)控制模塊和充電控制模塊中的主要控制器件均為繼電器，使用脈沖信號控制大電流開關(guān)。

本實用新型的優(yōu)點與效果是：

1、本實用新型通過對蓄電池自動充放電管理，實現(xiàn)了對現(xiàn)有一些基站或其它設(shè)備的備用蓄電池進行充放電管理，進一步提高了蓄電池的壽命也減少對蓄電池定期維護的人力資源；

2、進一步的，本實用新型實現(xiàn)蓄電池的休眠狀態(tài)，從而使蓄電池壽命得到更好提高；

3、本實用新型中采用分壓求差電路，可以有效的提高蓄電池的抗共模干擾能力，并且采用了電壓跟隨的電壓隔離放大電路方案和鉗位保護電路方案，有效的保護了單片機的安全；

4、本實用新型有效地節(jié)約了開發(fā)成本，使用簡單，易于操作，智能化程度高，有效地提高了蓄電池的維護效率。

附圖說明

圖1為本實用新型一種蓄電池自動充放電裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型一種蓄電池自動充放電裝置信號調(diào)理模塊示意圖；

圖3為本實用新型一種蓄電池自動充放電裝置電壓檢測模塊示意圖；

圖4為本實用新型一種蓄電池自動充放電裝置電流檢測模塊示意圖；

圖5為本實用新型一種蓄電池自動充放電裝置開關(guān)控制模塊示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本實用新型作進一步說明。

基于充放電方法的一種蓄電池自動充放電裝置，如圖1所示，包括單片機、信號調(diào)理模塊、電流檢測模塊、電壓檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)控制模塊、充電控制模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、輸入模塊、時鐘模塊、斷電檢測模塊、顯示模塊和通信模塊。

外部儲電池的信號采集端經(jīng)信號調(diào)理模塊分別與電流檢測模塊和電壓檢測模塊連接；電流檢測模塊和電壓檢測模塊的輸出端均經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊與單片機的I/O連接。電流檢測模塊和電壓檢測模塊均設(shè)置有與A/D轉(zhuǎn)換電氣隔離的保護電路，保護電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接。電流檢測模塊采用霍爾效應(yīng)傳感器作為隔離保護電路，同時將蓄電池輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。蓄電池的輸出電壓和輸出電流經(jīng)過信號調(diào)理模塊后，分別輸入到電壓檢測模塊和電流檢測模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊后，輸入至單片機，A/D轉(zhuǎn)換模塊采用獨立的A/D轉(zhuǎn)換器件或使用單片機上自帶的A/D轉(zhuǎn)換器組件，根據(jù)用戶需要的精度可以使用不同的A/D轉(zhuǎn)換模塊，使用戶選擇更適合自己的器件。

時鐘模塊與單片機連接，時鐘模塊采用DS1302系列芯片，用于日期和放電周期的設(shè)置與讀寫操作，主要為單片機提供時間設(shè)置與時間參考。輸入模塊的輸出端與單片機連接，輸入模塊主要鍵盤模塊，可以為薄膜鍵盤、按鍵鍵盤或獨立按鍵。顯示模塊的輸入端與單片機連接，觸摸屏顯示器件或非觸摸屏顯示器件，主要用于顯示時間、電壓和電流等參數(shù)。

開關(guān)控制模塊的輸入端與單片機連接，外部儲電池一輸出端經(jīng)開關(guān)控制模塊與外部負(fù)載模塊連接，使用脈沖信號控制大電流開關(guān)，實現(xiàn)外部儲電池的自動放電。外部儲電池另一輸出端經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換模塊與單片機、信號調(diào)理模塊、電流檢測模塊、電壓檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)控制模塊、輸入模塊、時鐘模塊和顯示模塊連接供電。

顯示模塊主要負(fù)責(zé)界面的顯示，用于與客戶的友好交互。所述的界面顯示包括歡迎界面的顯示、當(dāng)前時間設(shè)置界面的顯示、放電周期界面的顯示、蓄電池充電界面的顯示、蓄電池放電界面的顯示、蓄電池放電電壓和放電電流界面的顯示。用戶可以通過這些界面設(shè)置當(dāng)前時間和設(shè)置放電周期，在這些界面之間相互切換，也可以獲取蓄電池的放電狀態(tài)和放電參數(shù)。

信號調(diào)理模塊，如圖2所示，是一個分壓和求差電路結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)采集蓄電池的實時端電壓和實時端電流。通過采取適當(dāng)?shù)姆謮罕龋瑢⑿铍姵氐亩穗妷航抵羻纹瑱C能夠接收的安全范圍。蓄電池端電壓經(jīng)負(fù)載電阻直接掛載到求差電路的兩端，可以提高抑制共模干擾的能力。信號調(diào)理模塊如圖3所示，本實施例為四路的分壓和求差電路結(jié)構(gòu)示意圖。以第一路的分壓和求差電路為例來說明電路是如何分壓和求差的，其他三路的分析是相同的。由模擬電路基礎(chǔ)知識可知：當(dāng)R14/R11＝R13/R12時，輸出電壓可以化簡為：Vo1＝(R14/R11)(V_in1+-V_in2+)。由此式可以看出，(V_in1+-V_in2+)用來對R1兩端電壓進行求差，通過適當(dāng)選取R14、R11、R13和R12的值可以對所求差值進行分壓。

電壓檢測模塊，如圖3所示，是一個電壓-電壓轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)采集蓄電池的實時端電壓，其中實時端電壓包括蓄電池單節(jié)電壓和總的蓄電池電壓。蓄電池的端電壓經(jīng)過信號調(diào)理模塊后，經(jīng)過一個電壓跟隨器輸入至隔離放大器的一端，隔離放大器的輸出端再經(jīng)過另一個電壓跟隨器后連接至A/D轉(zhuǎn)換模塊。其中隔離放大器的作用是將其兩端的輸入電壓和輸出電壓隔離開來，并能夠以1：1的比例傳輸電壓。在第一級電壓跟隨器的輸入端設(shè)置有鉗位保護電路，以免單片機被燒壞。如圖3所示，為本實施例的一路電壓檢測模塊的示意圖。Vin為信號調(diào)理電路中的電壓輸出，其接至運放1的正端，運放1的負(fù)端接至運放1的輸出端，運放的輸出端連接至隔離放大器的輸入端，隔離放大器的輸出端接至運放2的正端(6)，運放2的負(fù)端接至運放2的輸出端，運放2的輸出端Vout連接至單片機的相應(yīng)IO口。

電流檢測模塊，如圖4所示，是一個電流-電壓轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)將蓄電池的實時端電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆謮汉螅斎胫罙/D轉(zhuǎn)換模塊，在A/D轉(zhuǎn)換的接口上，設(shè)有鉗位保護電路，以防電壓過大而燒壞單片機；而且在電流-電壓轉(zhuǎn)換的過程中，輸入電流和輸出電壓是隔離的，從而能夠有效的保護單片機。如圖5所示，為本實施例的電流檢測電路示意圖。本實施例中采用的電流測量芯片為ACS712。蓄電池的正端或負(fù)端通過Slide1連接至ACS712的1腳和2腳，而3腳和4腳則連接至Slide2一側(cè)，或者通過Slide2連接至ACS712的3腳和4腳，而1腳和2腳則連接Slide1一側(cè)，以保證Slide1和Slide2連接的是蓄電池一端的連線，從而當(dāng)蓄電池充電或放電時，有電流流經(jīng)ACS712。而ACS712的輸出端經(jīng)R1和R2分壓后，輸出至單片機IO口。其中采用BAT54SW系列器件用作鉗位保護電路。

開關(guān)控制模塊，如圖5所示，是一個主要由繼電器組組成的電路模塊，主要用于蓄電池的充放電控制。為本實施例的開關(guān)控制模塊。在單片機的控制下，當(dāng)繼電器S1和繼電器S2均閉合時，從而可以將充電電源連接至蓄電池，進行充電；當(dāng)繼電器S1是打開，而繼電器S2閉合時，可以將蓄電池與充電電源斷開，而只與放電負(fù)載相連，實現(xiàn)放電。而當(dāng)繼電器S1和繼電器S2均是打開時，蓄電池是處于休眠狀態(tài)。

充電控制模塊大電流輸入端與市電連接，另一輸出端與蓄電池連接，主要完成蓄電池的充電控制。其中，充電控制模塊也包括了降壓和逆變電路，用于把市電的交流電裝為直流電，并把電壓降到蓄電池所需要的充電電壓。

電壓轉(zhuǎn)換模塊是一個包含了DC-DC模塊和降壓性穩(wěn)壓電源器件組成。DC-DC模塊負(fù)責(zé)將輸入電壓轉(zhuǎn)換成其他模塊所需要的電壓值。在本實用新型中所涉及的模塊中有些器件的工作電壓是不一樣的，需要不同的降壓性穩(wěn)壓電源器件來對這些器件進行供電，以保證整個裝置的正常工作。

輸入模塊主要由按鍵組成，負(fù)責(zé)放電當(dāng)前時間的設(shè)置和放電周期的設(shè)置，以及用于以上兩種界面的切換和蓄電池檢測界面向以上兩種界面的切換功能。按鍵可以接上拉電阻或者接下拉電阻。按鍵可以是觸屏式的或者是非觸屏式的。

以上已對本實用新型創(chuàng)造的較佳實施例進行了具體說明，但本實用新型并不限于實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實用新型創(chuàng)造精神的前提下還可以作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請的范圍內(nèi)。