[發明專利]用于服務機器人的磷酸鐵鋰電池電源管理系統及工作方法

有效

• 申請號: 201410316920.4
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104052130A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 周風余;王小龍;袁憲鋒;劉汝華;周晨磊;袁通;陳宏興
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42;H01M10/44;G01R31/36
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種用于服務機器人的磷酸鐵鋰電池電源管理系統及工作方法。

背景技術

隨著我國老齡化速度的加快，服務機器人在我國將具有廣闊的應用前景，并且服務機器人技術也得到了迅猛的發展。一般服務機器人是基于移動平臺來展開工作，不同于工業機器人，服務機器人是依靠電池進行獨立移動工作的機器人。同時由于服務機器人的工作地點是家庭、醫院等人活動密集的地點，因此對機器人的可靠性提出了更加嚴格的要求。

受限于機器人的體積、重量、工作模式等，服務機器人工作時幾乎都采用可充電電池組提供能源，而且電池組體積也受到限制。機器人必須完成一定的工作量之后，才可以返回充電站進行充電。由于工作環境是與人有密切接觸的環境，對于電池的充放電可靠性提出了很高的要求。在這種情況下，服務機器人需要有一套成熟可靠的電源管理系統，用于保證機器人電源能夠可靠穩定的工作。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，本發明提供一種用于服務機器人的磷酸鐵鋰電池電源管理系統及工作方法，它可以有效的保護電池組，提高電池組的可靠性，并且可以準確測量電池的剩余電量，方便機器人根據用電情況進行任務規劃，最終保證機器人可靠、安全和高效率的工作。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

用于服務機器人的磷酸鐵鋰電池電源管理系統，包括：

磷酸鐵鋰電池組，所述磷酸鐵鋰電池組與鋰電池硬件保護電路連接，所述鋰電池硬件保護電路的輸入端與充電接口連接，所述鋰電池硬件保護電路的輸出端與電源輸入接口連接，所述電源輸入接口通過總開關分別與動力回路和控制回路連接，

所述鋰電池硬件保護電路的輸出端與電量測量顯示電路供電電源連接，所述電量測量顯示電路供電電源給電量測量顯示電路供電；

所述電量測量顯示電路包括采用安時積分法和開路電壓法相結合的方式進行電池剩余電量百分比SOC估計的處理器，所述處理器的輸入端分別與電壓檢測電路、電流檢測電路和溫度檢測電路連接，所述處理器的輸出端分別與蜂鳴器報警提示電路、隔離型CAN收發電路和顯示屏連接，所述處理器通過繼電器控制電路控制動力回路內的繼電器；

所述總開關的輸出端分別與電壓檢測電路、電流檢測電路和溫度檢測電路連接；

所述電源輸入接口、總開關和動力主回路繼電器共同構成大電流主回路。

所述動力回路包括動力主回路繼電器，所述動力主回路繼電器的輸入端與總開關連接，所述動力主回路繼電器的輸出端與若干大電流外圍設備連接。

所述控制回路包括若干用于擴展的低電壓設備電源。

所述大電流主回路包括電池輸入端+VB，所述電池輸入端+VB通過四條并聯電路連接電池輸出端-VB，第一條并聯電路上設有MBR3035CT防反接二極管D4，第二條并聯電路上設有SMCJ30瞬態抑制二極管D5，第三條并聯電路上設有4007二極管D3，第四條并聯電路上設有串聯的發光二極管、電阻R4和電機電源VCL，所述第一條并聯電路的一端與第二條并聯電路的一端通過串聯的總開關S1和電流檢測電路連接，所述第二條并聯電路的端部連接電壓檢測電路，所述第二條并聯電路的端部和第三條并聯電路的端部之間的電路上設有動力主回路繼電器的兩個觸點KK1和KK2，所述電池輸入端+VB與第一條并聯電路連接的電路上還設有30A保險片F1。

所述電流檢測電路包括霍爾傳感器ACS712，所述霍爾傳感器ACS712兩個IP+端與總開關的節點連接，所述霍爾傳感器ACS712的兩個IP-端與第二條并聯電路的SMCJ30瞬態抑制二極管D5的負極連接；所述霍爾傳感器ACS712的VCC端接+5V的VCC；所述霍爾傳感器ACS712的VCC端還通過0.1μF電容C1接GND；所述霍爾傳感器ACS712的VIOUT端和GND端之間串聯5k電阻R1和10k電阻R2，所述10k電阻R2還與串聯有二極管D1和1nF電容C3的電路并聯，所述二極管D1和1nF電容C3之間的連接點為電流檢測電路的輸出端，所述霍爾傳感器ACS712的FITER端通過1nF電容C2接地。

所述電壓檢測電路包括串聯的20K電阻R9和120K電阻R10，所述電阻R9的不與電阻R10連接的一端接地，所述電阻R10的不與電阻R9連接的一端與所述大電流主回路的第二條并聯電路的SMCJ30瞬態抑制二極管D5的負極連接；所述電阻R9與串聯的電容C4和電阻R8的電路并聯，所述電容C4和電阻R8之間的連接點為電壓檢測電路的輸出端。