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 220m ² ， 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割草机的的供电系统。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， 直流电机与控制系统相连， 控制系统与电源相连； 所述的电源为 锂电池组， 直流电机通过控制系统与锂电池组相连； 锂电池组电源通过控制系统 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； 所述的控制系统包括：

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� �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本发明的控制系统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 流电机与控制系统相连， 控制系统与电源相连； 所述的电源为锂电池组， 直流电 机通过控制系统与锂电池组相连。锂电池组电 源通过控制系统驱动直流电机，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。

所述的控制系统包括：

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系统而言， 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� ��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� �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� � 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� ��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。 当系统进入稳态运行时, +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输出实现关闭系统时的电子刹车功能。 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。