專利名稱：一種led應(yīng)急燈電池管理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，是一種LED應(yīng)急燈電池管理裝置。
背景技術(shù)：
目前，隨著鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鋅電池在應(yīng)急燈中的普遍應(yīng)用，備用電池組的安全性和可靠性、使用壽命和使用效率對(duì)應(yīng)急燈的性能有著至關(guān)重要的影響?，F(xiàn)有的應(yīng)急燈由于供電電池長(zhǎng)期處于充電、擱置、放電等不確定的循環(huán)工作狀態(tài)中，單體電池壽命和供電穩(wěn)定性受到比較大的影響?，F(xiàn)有的應(yīng)急燈產(chǎn)品，一般只能工作在應(yīng)急模式下，即在220V交流停止供電時(shí)啟動(dòng)工作。這種單一的工作模式，使應(yīng)急燈的應(yīng)用范圍受到較大限制。因此，有必要對(duì)應(yīng)急燈的工作模式進(jìn)行拓展，并通過可遙控的工作模式選擇和切換功能，使應(yīng)急燈還可工作在非應(yīng)急狀態(tài)下，如后備模式等，進(jìn)一步拓寬應(yīng)急燈的應(yīng)用范圍。在由多只單體電池串聯(lián)構(gòu)成的電池組中，單體電池的性能決定了電池組的性能，特別是隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加，各單體電池性能一致性偏差也隨之增大，而采用本實(shí)用新型充電均衡技術(shù)可有效地降低或減小各單體電池性能一致性偏差?，F(xiàn)有的應(yīng)急燈控制裝置中不具備單體電池均衡功能，因而大大降低了電池組的有效使用容量和使用壽命。通用應(yīng)急燈主要包括電池組、充電器、充電控制單元、電光單元與人機(jī)交互單元組成。其中充電機(jī)多采用非可程控的固定參數(shù)充電器，充電控制單元往往采用非智能采集和控制方法，控制方法單一且固化，無法采用智能能源管理策略；人機(jī)交互單元多采用機(jī)械按鈕和單一指示燈指示系統(tǒng)狀態(tài)。而本實(shí)用新型則采用微控制器對(duì)應(yīng)急燈的各個(gè)單元的工作狀態(tài)和人機(jī)交互進(jìn)行智能管理，從而滿足多工作模式和智能電池管理的要求。迄今未見集電池監(jiān)測(cè)和均衡、電池充放電保護(hù)、多工作模式切換、遙控等功能為一體的LED應(yīng)急燈電池管理裝置的文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)施應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，提供一種集電池監(jiān)測(cè)和均衡、電池充放電保護(hù)、多工作模式切換、遙控等功能為一體的LED應(yīng)急燈電池管理裝置，能夠?qū)?yīng)急燈電池組進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)、充放電管理和控制，以達(dá)到避免電池被過充電和過放電、降低電池性能衰減速度、延長(zhǎng)電池使用壽命，進(jìn)一步提高應(yīng)急燈的安全性和可靠性。實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案是，一種LED應(yīng)急燈電池管理裝置，它包括電平放大與轉(zhuǎn)換單元、遙控單元，其特征是，還包括采樣與均衡單元、微控制器CPU、低壓自關(guān)斷單元、充電機(jī)及工作模式控制單元，所述采樣與均衡單元包括單體電壓采樣繼電器Jl Jn、飛渡電容Cs、采樣繼電器JS、均衡控制繼電器JB、采樣放大器Al和譯碼器，單體電壓采樣繼電器Jl Jn分別與各自的單體電池Batl Batn連接,單體電壓采樣繼電器Jl Jn均與飛渡電容Cs連接，單體電壓采樣繼電器Jl Jn與采樣控制繼電器JS和均衡控制繼電器JB連接，采樣控制繼電器JS與采樣放大器Al連接；所述低壓自關(guān)斷單元包括檢測(cè)繼電器JF、電池第一關(guān)斷繼電器JCl、電池第二關(guān)斷繼電器JC2和切換繼電器JSw，檢測(cè)繼電器JF、電池第一關(guān)斷繼電器JCl、電池第二關(guān)斷繼電器JC2和切換繼電器JSw相連接；所述充電機(jī)及工作模式控制單元包括充電器、電池充放電控制開關(guān)JCg和供電開關(guān)Jle，充電器與電池充放電控制開關(guān)JCg連接，電池充放電控制開關(guān)JCg與供電開關(guān)Jle連接；采樣與均衡單元的譯碼器的多路插口與微控制器CPU的D08 D13腳連接，采樣與均衡單元的均衡控制繼電器JB與微控制器CPU的D07腳連接，采樣與均衡單元的采樣放大器Al與微控制器CPU的ADCO腳連接，低壓自關(guān)斷單元的檢測(cè)繼電器JF與微控制器CPU的Dll腳連接，低壓自關(guān)斷單元的電池第二關(guān)斷繼電器JC2與微控制器CPU的DOl腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的充電器的恒流控制端口與微控制器CPU的D02腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的充電器的恒壓控制端口與微控制器CPU的D03腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的充電器的啟停控制端口與微控制器CPU的D04腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的電池充放電控制開關(guān)JCg與微控制器CPU的D05腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的供電開關(guān)Jle與微控制器CPU的D06腳連接，所述電平放大與轉(zhuǎn)換單元與微控制器CPU的ADCl和Vref腳連接。本實(shí)用新型的一種LED應(yīng)急燈電池管理裝置，以低功耗嵌入式微控制器為核心，在N對(duì)I飛渡電容單體電壓檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用并聯(lián)在電壓測(cè)量總線上的單體電壓采樣繼電器和均衡控制繼電器，通過對(duì)電壓測(cè)量總線的分時(shí)復(fù)用測(cè)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)N只單體電池的電壓測(cè)量和充電均衡；采用基于220V交流供電狀態(tài)檢測(cè)和單體電池放電截止電壓檢測(cè)的智能供電和自關(guān)斷控制，可在220V交流斷電且電池電能耗盡時(shí)，關(guān)閉電池管理控制裝置供電，避免N只單體電池過放電造成的性能下降或損壞，在220V交流供電恢復(fù)后，恢復(fù)對(duì)電池管理控制裝置供電；采用基于充放電電流檢測(cè)的電池荷電狀態(tài)計(jì)算方法與電壓監(jiān)測(cè)相結(jié)合的充放電管理、均衡控制方法和策略，避免了電池的過充和過放，進(jìn)一步提高了電池的使用效率、延長(zhǎng)了電池的使用壽命；為滿足不同用戶的應(yīng)用需求，LED應(yīng)急燈設(shè)計(jì)了兩種工作模式，即應(yīng)急模式和后備模式，并采用紅外遙控方式實(shí)現(xiàn)兩種工作模式的切換以及LED應(yīng)急燈自檢、電池活化和應(yīng)急燈開關(guān)控制等功能，為應(yīng)急燈的使用和維護(hù)提供了方便和靈活的操作方式。人機(jī)交互部分采用紅外遙控方式控制應(yīng)急燈的工作模式和開關(guān)狀態(tài)。充放電控制、充電均衡控制、多模式切換和自關(guān)斷功能，采用集飛渡電容單體電池電壓測(cè)量和充電均衡功能于一體的總線復(fù)用技術(shù)及其測(cè)量和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)各單體電池的電壓測(cè)量和均衡功能；采集電路采用并聯(lián)在電壓測(cè)量總線上的N個(gè)雙路常開光繼電器作為采樣繼電器，用于完成各單體電池電壓測(cè)量通道選通，采用并聯(lián)在電壓測(cè)量總線上的飛渡電容完成被測(cè)單體電池電壓保持，通過測(cè)量飛渡電容上的電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)各單體電池電壓的巡回測(cè)量；采用并聯(lián)在電壓測(cè)量總線上的均衡用光繼電器，按智能均衡算法在均衡周期內(nèi)，通過同時(shí)接通某一單體電池的采樣繼電器和均衡用光繼電器所構(gòu)成的單體電池放電回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)該單體電池均衡。能夠?qū)ED應(yīng)急燈電池組進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)、充放電管理和控制，以達(dá)到避免電池被過充電和過放電、降低電池性能衰減速度、延長(zhǎng)電池使用壽命，進(jìn)一步提高LED應(yīng)急燈的安全性和可靠性。

圖1為一種LED應(yīng)急燈電池管理裝置原理圖；[0010]圖2為圖1中采樣與均衡單元I原理圖；圖3為圖1中低壓自關(guān)斷單元3原理圖；圖4為圖1中充電機(jī)及工作模式控制單元4原理圖；圖5為圖1中電平放大與轉(zhuǎn)換單元5原理圖；圖6為圖1中遙控單元6原理圖。
具體實(shí)施方式
下面利用實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的一種LED應(yīng)急燈電池管理裝置進(jìn)行詳細(xì)說明，但并非用來限制本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的范疇。參照?qǐng)D1 6，本實(shí)用新型的一種LED應(yīng)急燈電池管理裝置，包括采樣與均衡單元1、微控制器CPU 2、低壓自關(guān)斷單元3、充電機(jī)及工作模式控制單元4、電平放大與轉(zhuǎn)換單元5和遙控單元6。采樣與均衡單元I的譯碼器的多路插口與微控制器CPU2的D08 D13腳連接，采樣與均衡單元I的均衡控制繼電器JB與微控制器CPU2的D07腳連接，采樣與均衡單元I的采樣放大器Al與微控制器CPU2的ADCO腳連接，低壓自關(guān)斷單元3的檢測(cè)繼電器JF與微控制器CPU2的Dll腳連接，低壓自關(guān)斷單元3的電池第二關(guān)斷繼電器JC2與微控制器CPU2的DOl腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元4的充電器的恒流控制端口與微控制器CPU2的D02腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元4的充電器的恒壓控制端口與微控制器CPU2的D03腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元4的充電器的啟?？刂贫丝谂c微控制器CPU2的D04腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元4的電池充放電控制開關(guān)JCg與微控制器CPU的D05腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元4的供電開關(guān)Jle與微控制器CPU2的D06腳連接，所述電平放大與轉(zhuǎn)換單元5與微控制器CPU2的ADCl和Vref腳連接；遙控單元6的輸出端與微控制器CPU 2的DI2腳連接。微控制器CPU2采用具有12位ADC接口和多路數(shù)字IO接口的C8051F500，通過ADC完成對(duì)信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，通過數(shù)字IO 口和譯碼器完成對(duì)所有PH0T0M0S繼電器的開關(guān)控制，具體測(cè)量、控制和數(shù)據(jù)處理計(jì)算由軟件完成，軟件程序的編制依據(jù)自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的技術(shù)。參照?qǐng)D2，所述采樣與均衡單元I包括單體電壓采樣繼電器Jl Jn、飛渡電容Cs、采樣繼電器JS、均衡控制繼電器JB、采樣放大器Al和譯碼器，單體電壓采樣繼電器Jl Jn分別與各自的單體電池Batl Batn連接,單體電壓采樣繼電器Jl Jn均與飛渡電容Cs連接，單體電壓采樣繼電器Jl Jn與采樣控制繼電器JS和均衡控制繼電器JB連接，采樣控制繼電器JS與采樣放大器Al連接；單體電壓采樣繼電器Jl Jn通過譯碼器CSO CSn插口由軟件控制依次閉合，單體電池Batl Batn的電壓依次被平移至飛渡電容Cs，由采樣繼電器JS配合將單體電壓依次接至采樣放大器Al，放大后的單體電池電壓被微控制器CPU內(nèi)嵌ADC轉(zhuǎn)換并保存。電池組單體主動(dòng)均衡由單體電壓采樣繼電器Jl Jn和均衡控制繼電器JB來實(shí)現(xiàn)，采樣與均衡分時(shí)工作，即單體采樣繼電器Jl Jn在電壓采樣時(shí)隙中充當(dāng)采樣繼電器，而在均衡時(shí)隙里充當(dāng)均衡繼電器。均衡控制繼電器的JB+和JB-分別接至單體采樣繼電器Jl-和J2+，從而構(gòu)成單體均衡回路。參照?qǐng)D3，所述低壓自關(guān)斷單元3包括檢測(cè)繼電器JF、電池第一關(guān)斷繼電器JCl、電池第二關(guān)斷繼電器JC2和切換繼電器JSw，檢測(cè)繼電器JF、電池第一關(guān)斷繼電器JCl、電池第二關(guān)斷繼電器JC2和切換繼電器JSw相連接；外接電源檢測(cè)電路由AC/DC轉(zhuǎn)換和檢測(cè)繼電器JF來實(shí)現(xiàn)，電池第一關(guān)斷繼電器JCl在外接電源上電的情況下處于閉合狀態(tài)，同時(shí)，電池第二關(guān)斷繼電器JC2的射極由程序控制置低并處于閉合狀態(tài)，電池第一關(guān)斷由繼電器JC1、電池第二關(guān)斷繼電器JC2閉合使a點(diǎn)為低電位，切換繼電器JSw處于閉合從而保證微控制器CPU處于加電狀態(tài)。當(dāng)外部電源失電，同時(shí)電池供電電壓高于關(guān)斷電壓時(shí)，電池第一關(guān)斷由繼電器JCl斷開，電池第二關(guān)斷繼電器JC2保持閉合從而保證整機(jī)仍然處于加電狀態(tài)，當(dāng)外部失電且電池電壓小于關(guān)斷電壓時(shí)，程序發(fā)關(guān)斷指令， 電池第二關(guān)斷繼電器JC2斷開，切換繼電器JSw斷開，從而關(guān)斷整機(jī)供電。參照?qǐng)D4，所述充電機(jī)及工作模式控制單元4包括充電器、電池充放電控制開關(guān)JCg和供電開關(guān)Jle，充電器與電池充放電控制開關(guān)JCg連接，電池充放電控制開關(guān)JCg與供電開關(guān)Jle連接；電池充放電控制開關(guān)JCg用于控制充電狀態(tài)。供電開關(guān)Jle用于控制LED應(yīng)急燈的狀態(tài)。參照?qǐng)D5，所述電平放大與轉(zhuǎn)換單元5由雙路放大器A和阻容網(wǎng)絡(luò)組成，其中Vr通過電阻R3接至放大器A的2IN+端。放大器A的2IN-端通過電阻Rl接地。放大器A的20UT經(jīng)過R7接外部ADC1。Vr經(jīng)電阻R4接A的IOUT和IIN+端。A的IIN-端經(jīng)R6接至Vref，同時(shí)經(jīng)R5和C2并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接地。A5V經(jīng)穩(wěn)壓管接至電阻R7和電容C3，電容C3另一端接 ADCl。參照?qǐng)D6，遙控單元6由紅外接收器件IFM和阻容網(wǎng)絡(luò)組成，其中，IFM的VCC端通過電阻Rl接至5V電源，VCC端通過濾波電容Cl和C2接地。IFM的GND端直接接地，IFM的OUT端經(jīng)5V電源和上拉電阻R2接至遙控單元的輸出端，遙控單元的輸出端與微控制器CPU2的DI2腳連接。本實(shí)用新型的一種LED應(yīng)急燈電池管理裝置所用元器件單體電壓采樣繼電器Jl Jn、采樣控制繼電器JS和均衡控制繼電器JB均采用NEC PS7113-2A雙路常開PH0T0M0S繼電器，該繼電器導(dǎo)通電阻為O. 9 Ω，最大電流為300mA，根據(jù)不同類型電池的單體電壓，可通過選擇不同的限流電阻，將均衡電流限制在允許范圍內(nèi)，在本實(shí)例中的單體電池Batl Batn為鎳鋅電池，單體電池Batl Batn的標(biāo)稱電壓為1.75￥，限流電阻1 0，1 1，……，Rn設(shè)計(jì)值為1.5Ω ;飛渡電容Cs也稱為N比1，或N對(duì)I飛渡電容，采用低漏電流的聚苯乙烯保持電容，電容值為O.1uF ；切換繼電器JSw采用STANSON STN607D PMOS管，該P(yáng)MOS管的門極所用的驅(qū)動(dòng)電路為電池第一關(guān)斷繼電器JCl和電池第二關(guān)斷繼電器JC2，電池第一關(guān)斷繼電器JCl和電池第二關(guān)斷繼電器JC2均采用PC817光電耦合器，用于完成對(duì)裝置的交流上電啟動(dòng)和自斷電控制；檢測(cè)繼電器JF為交流供電狀態(tài)檢測(cè)輸入接口芯片，采用SHARP PC817光電耦合器，用于完成交流供電狀態(tài)檢測(cè)和信號(hào)隔離；電池充放電控制開關(guān)JCg與供電開關(guān)Jle均采用STANSON STN4110 N溝道MOS管，NMOS門極采用由微控制器CPU2控制的PC817光電耦合器驅(qū)動(dòng)；微控制器CPU2采用具有12位ADC接口和多路數(shù)字IO接口的C8051F500，通過ADC完成對(duì)信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，通過數(shù)字IO 口和譯碼器完成對(duì)所有PH0T0M0S繼電器的開關(guān)控制，具體測(cè)量、控制和數(shù)據(jù)處理計(jì)算由軟件完成，軟件程序的編制依據(jù)自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的技術(shù)。本實(shí)用新型的元器件分別定義為單體電池Batl Batn為若干單體電池Batl、Bat2···Bati…Batn,其中Bati是第i只單體電池；電壓采樣繼電器Jl Jn為若干個(gè)電壓采樣繼電器Jl、J2"*Ji*"Jn，其中Ji是第i只單體電池Bati對(duì)應(yīng)的電壓采樣繼電器；采樣控制繼電器JSample為JS ;均衡控制繼電器JBalance為JB ;檢測(cè)繼電器JFeedback為JF ；電池第一關(guān)斷繼電器JControll為JCl、電池第二關(guān)斷繼電器JControl2為JC2 ;切換繼電器JSwitc h為JSw ;電池充放電控制開關(guān)JCharge為JCg ;供電開關(guān)Jled為Jle。
權(quán)利要求1.一種LED應(yīng)急燈電池管理裝置，它包括電平放大與轉(zhuǎn)換單元、遙控單元，其特征是，還包括采樣與均衡單元、微控制器CPU、低壓自關(guān)斷單元、充電機(jī)及工作模式控制單元，所述米樣與均衡單兀包括單體電壓米樣繼電器Jl Jn、飛渡電容Cs、米樣繼電器JS、均衡控制繼電器JB、采樣放大器Al和譯碼器，單體電壓采樣繼電器Jl Jn分別與各自的單體電池Batl Batn連接,單體電壓采樣繼電器Jl Jn均與飛渡電容Cs連接,單體電壓采樣繼電器Jl Jn與采樣控制繼電器JS和均衡控制繼電器JB連接，采樣控制繼電器JS與采樣放大器Al連接；所述低壓自關(guān)斷單元包括檢測(cè)繼電器JF、電池第一關(guān)斷繼電器JCl、電池第二關(guān)斷繼電器JC2和切換繼電器JSw，檢測(cè)繼電器JF、電池第一關(guān)斷繼電器JCl、電池第二關(guān)斷繼電器JC2和切換繼電器JSw相連接；所述充電機(jī)及工作模式控制單元包括充電器、電池充放電控制開關(guān)JCg和供電開關(guān)Jle，充電器與電池充放電控制開關(guān)JCg連接，電池充放電控制開關(guān)JCg與供電開關(guān)Jle連接；采樣與均衡單元的譯碼器的多路插口與微控制器CPU的D08 D13腳連接，采樣與均衡單元的均衡控制繼電器JB與微控制器CPU的D07腳連接，采樣與均衡單元的采樣放大器Al與微控制器CPU的ADCO腳連接，低壓自關(guān)斷單元的檢測(cè)繼電器JF與微控制器CPU的Dll腳連接，低壓自關(guān)斷單元的電池第二關(guān)斷繼電器JC2與微控制器CPU的DOl腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的充電器的恒流控制端口與微控制器CPU的D02腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的充電器的恒壓控制端口與微控制器CPU的D03腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的充電器的啟?？刂贫丝谂c微控制器CPU的D04腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的電池充放電控制開關(guān)JCg與微控制器CPU的D05腳連接，充電機(jī)及工作模式控制單元的供電開關(guān)Jle與微控制器CPU的D06腳連接，所述電平放大與轉(zhuǎn)換單元與微控制器CPU的ADCl和Vref腳連接。
專利摘要本實(shí)用新型是一種LED應(yīng)急燈電池管理裝置，LED應(yīng)急燈電池管理裝置包括電平放大與轉(zhuǎn)換單元、遙控單元，其特點(diǎn)是，還包括采樣與均衡單元、微控制器CPU、低壓自關(guān)斷單元、充電機(jī)及工作模式控制單元。它集電池監(jiān)測(cè)和均衡、電池充放電保護(hù)、多工作模式切換、遙控等功能為一體，能夠?qū)?yīng)急燈電池組進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)、充放電管理和控制，以達(dá)到避免電池被過充電和過放電、降低電池性能衰減速度、延長(zhǎng)電池使用壽命，進(jìn)一步提高應(yīng)急燈的安全性和可靠性。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202872419SQ20122054763
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
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