CN108879857A - 一种通用型锂电池无线充电系统 - Google Patents

Abstract

一种通用型锂电池无线充电系统，副边装置包括锂电池、电压采集模块、电流采集模块和副边控制模块，副边控制模块获取电压采集模块和电流采集模块分别采集的电压信息和电流信息，将电压信息和电流信息分别与各自规定的电压阈值和电流阈值进行比对，判断锂电池是否存在异常情况，超过电压阈值或电流阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池充电；未超过电压阈值和电流阈值时，副边控制模块将电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断，根据判断结果控制进入相应的充电模式，并根据充电模式的预设结束条件，结束锂电池充电。能够达到对无线充电各模式的自动控制，也提高了锂电池的充电效率。

Description

一种通用型锂电池无线充电系统

技术领域

本发明涉及电气领域，具体涉及一种通用型锂电池无线充电系统。

背景技术

锂离子动力电池因为其较大的单体电压、比能量、较长的循环使用寿命以及污染小等显著优点被广泛使用在电动汽车上，作为能量存储及供应装置。锂电池在充电过程中，其充电的端电压与电池容量呈非线性的正相关关系，在充电过程中可以充分利用锂离子电池的端电压估计电池的容量状态，进而实时调整充电方式，使其快速充电。根据电池电压由低到高，整个充电过程可以分为涓流充电、恒流充电和恒压充电三种充电状态。涓流充电状态是以最小的充电电流对电池充电，这是考虑到如果是一个充分放电的电池，其电池的开路电压很低，可能会导致初期充电的电流过高，容易损伤电池，而使用小电流对电池充入一定的电量，可迅速提升充分放电电池的开路电压，避免上述情况的产生。它的主要作用是提高电池的使用寿命，提高充电过程中的安全性。恒流充电阶段是以恒定充电电流对电池进行充电，是整个充电过程中一个比较重要的阶段，此阶段约完成70％的容量充电，实现电池从低电压状态到接近满电状态的转变，它的主要作用是让电池快速充电，缩短充电时间。恒压充电阶段是以恒定的充电电压对电池充电，充电电流随着电池电压的升高而逐渐降低，它的主要作用是保证充电的安全性和使电池的充满度达到最大。在恒压充电阶段，通常以下面四种终止方式来结束锂电池的充电过程：电池最高电压(当电池电压达到时，恒压充电状态自动终止)、电池最高温度(当电池温度达到时，恒压充电状态自动终止)、最长充电时间(为了保证锂电池安全性充电，除了设定最高电池电压和最高充电温度外，还应限制最长恒压充电时间，在电池温度和电池电压检测失败的情况下，可保护电池充电安全)、最小充电电流(在恒压阶段，锂电池的充电电流会逐渐减小，当充电电流降低到一定数值时，恒压充电阶段自动终止)。

在锂离子电池的充放电过程中，过高或过低的电压、电流都会使得电池出现严重的过充过放现象，从而影响电池的正常使用寿命。同时，较高的温度将导致电池内部的化学反应剧烈，对电池本身产生不可逆的损坏。因此，在锂电池充电过程中需要对电池的充电电压、电流以及温度值进行实时的监测，以保证对锂离子电池安全有效的进行充电。

发明内容

本发明针对锂离子电池在充放电的过程中，过高或过低的电压电流都会使得电池出现严重的过充过放现象，温度过高导致电池内部的化学反应剧烈，对电池本身产生不可逆的损坏，从而影响电池的正常使用寿命的问题，提出一种通用型锂电池无线充电系统。该系统通过副边控制模块对获取的锂电池充电过程中的电压信息、电流信息和温度信息进行计算，判断锂电池充电过程中是否存在异常情况，并通过比较锂电池的电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的关系，控制锂电池进入相应的充电模式，能够达到对无线充电各模式的自动控制，确保锂电池是在安全正常的状态下进行充电，提高了锂电池的充电效率，实现了锂离子无线充电系统对锂电池的安全有效的充电。

本发明的技术方案如下：

一种通用型锂电池无线充电系统，包括原边装置和副边装置，所述原边装置和副边装置分别依靠各自的原边线圈和副边线圈之间的耦合进行能量的传输，所述副边装置还包括锂电池、电压采集模块、电流采集模块和副边控制模块，其特征在于，

所述副边控制模块获取所述电压采集模块和电流采集模块分别采集的电压信息和电流信息，并将所述电压信息和电流信息分别与各自规定的电压阈值和电流阈值进行比对进而判断锂电池是否存在异常情况，在超过所述电压阈值或电流阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池充电；在未超过所述电压阈值和电流阈值时，所述副边控制模块将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断，根据判断结果控制进入相应的充电模式，并根据所述充电模式的预设结束条件，结束锂电池充电。

进一步地，所述副边装置还包括温度采集模块，所述温度采集模块采集温度信息并传输至副边控制模块，副边控制模块还将获取的温度信息与规定的温度阈值进行比对进而判断锂电池是否存在异常情况，在超过所述温度阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池充电；在未超过所述电压阈值、电流阈值和温度阈值时，所述副边控制模块再将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断。

进一步地，电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块间隔特定时间同时连续采集多次的电压信息、电流信息和温度信息发送至副边控制模块，所述副边控制模块以最后一次采集为基准，判断是否超过规定的相应阈值，在超过规定的相应阈值时再判断至少前两次的采集的相应信息当中是否存在超出规定的相应阈值的情况，如果存在则发出锂电池异常指令，结束锂电池充电，否则重新采集并进行锂电池是否存在异常情况判断。

进一步地，所述副边控制模块还将实际充电总时间与规定的充电总时间阈值进行比对进而判断锂电池是否存在异常情况，在超过所述电压阈值或电流阈值或温度阈值或充电总时间阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池充电；在未超过所述电压阈值、电流阈值、温度阈值和充电总时间阈值时，所述副边控制模块再将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断。

进一步地，所述副边控制模块将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断，在所述电压信息小于所述上限电压时控制进入相应的充电模式，所述副边控制模块再将锂电池在所述相应的充电模式下的实际充电时间与预设的相应的充电模式的限制充电时间进行比较，在所述实际充电时间未超出所述限制充电时间时在所述相应的充电模式下继续充电；在所述实际充电时间超出所述限制充电时间时所述副边控制模块重新采集并进行锂电池是否存在异常情况判断，直至所述电压信息大于各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压，结束锂电池充电。

进一步地，所述充电模式包括涓流充电模式、恒流充电模式和恒压充电模式；所述涓流充电模式预设的电压区间中的电压值均小于恒流充电模式预设的电压区间中的电压值，所述恒流充电模式预设的电压区间中的电压值均小于恒压充电模式预设的电压区间中的电压值，各充电模式预设的电压区间的上限电压分别为涓流上限电压、恒流上限电压和恒压上限电压，各充电模式下所述实际充电时间分别为涓流实际充电时间、恒流实际充电时间和恒压实际充电时间；预设的各充电模式的限制充电时间分别为时间均相等的限制涓流充电时间、限制恒流充电时间和限制恒压充电时间。

进一步地，所述副边控制模块通过获取的电压信息、电流信息、温度信息和实际充电总时间分别与相应阈值比对进而这四种情况判断锂电池是否存在异常情况时，所述四种情况的相互顺序任意设定；在判断锂电池未见异常时所述副边控制模块先将所述电压信息与涓流上限电压进行对比判断，在所述电压信息小于涓流上限电压时控制进入涓流充电模式，否则就再将所述电压信息与恒流上限电压进行对比判断，在所述电压信息小于恒流上限电压时控制进入恒流充电模式，否则就再将所述电压信息与恒压上限电压进行对比判断，在所述电压信息小于恒压上限电压时控制进入恒压充电模式，否则就结束锂电池充电。

进一步地，所述副边控制模块控制进入相应的充电模式后，所述副边控制模块还将所述电压信息或电流信息与相应的充电模式下的锂电池充电的目标电流或目标电压进行比对判断，在所述电压信息或电流信息偏离所述目标电流或目标电压超过一定范围时，由原边装置内的原边控制模块调节原边电压。

进一步地，所述副边装置还包括显示模块，所述显示模块与所述副边控制模块相连；当所述副边控制模块判断出锂电池存在异常时，所述副边控制模块控制所述显示模块显示电路故障信息，所述电路故障信息包括：电池充电电压过高、电池充电电流过高和电池温度过高；当实际充电总时间超过规定的充电总时间阈值时，所述副边控制模块控制所述显示模块显示充电时间过长信息；当所述副边控制模块判断出电池两端的电压已充满时，控制所述显示模块显示电量充满信息。

进一步地，所述原边装置还包括原边电压模块、原边电流模块、原边温度模块以及原边电路保护模块；所述原边控制模块获取所述原边电压模块、原边电流模块、原边温度模块对应的原边电压信息、原边电流信息和原边温度信息，对所述获取的相应信息分别进行判断，若所述信息经判断存在故障，则所述原边控制模块控制所述原边电路保护模块对原边装置进行电路保护。

本发明的技术效果如下：

本发明提供一种通用型锂电池无线充电系统，包括：原边装置和副边装置，原边装置和副边装置分别依靠各自的原边线圈和副边线圈之间的耦合进行能量的传输，副边装置中的副边控制模块通过电压采集模块和电流采集模块获取其采集的电压信息和电流信息；通过对电压信息和电流信息分别与各自规定的电压阈值和电流阈值进行比对计算，根据计算结果判断锂电池是否存在异常，在超过该电压阈值或电流阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池充电，该电池异常情况判断能够避免电池充电异常导致不必要的损失，实现锂电池的安全充电；并根据是否存在异常来决定是否需要进入相应的充电模式，在锂电池不存在异常的前提下副边控制模块再将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断，根据判断结果控制进入相应的充电模式，并根据所述充电模式的预设结束条件，结束锂电池充电。本发明在锂电池进行模式充电前对其进行异常检测，可以根据电池的电压信息和电流信息在对锂电池进行模式充电前知晓锂离子电池状态，若判断出锂电池处于异常状态则结束锂电池的充电过程，若判断出锂电池处于正常状态即在锂电池安全的前提下再对其进行相应充电模式的充电，即通过对锂电池两端电压值的判断以估计电池容量(SOC)继而采取合适的充电子程序控制进入相应的充电模式进行高效的充电，能够达到对无线充电各模式的自动控制，既对锂电池起到了很好的保护作用，可以延长锂电池的使用寿命，同时也提高了锂电池的充电效率。

进一步地，本发明副边控制模块还将获取的温度信息与规定的温度阈值进行比对进而判断锂电池是否存在异常情况，更进一步地，还可以将实际充电总时间与规定的充电总时间阈值进行比对进而判断锂电池是否存在异常情况，即本发明结合锂电池的电压信息、电流信息、温度信息和实际充电总时间，副边控制模块将四者分别与相应阈值进行比对计算，能够对锂电池充电的电压、电流、温度值和充电时长四个方面结合进行异常情况判断，提高了判断的准确性，进一步提高了锂电池的充电安全。

进一步地，本发明通过对锂电池在相应充电模式下的实际充电时间进行检测，定时根据锂电池的充电电压信息、电流信息对锂离子电池的异常情况进行判断，实现对锂电池充电状态的动态监控，即在锂电池的充电过程中定时对锂电池的状态进行检测，判断锂电池在各充电模式下的充电状态，实现电池容量状态的定时检测和更新。具体地，副边控制模块将电压信息与各充电模式预设的电压区间的上限电压进行比较并判断电压信息是否处于所对应的电压区间，然后根据电压区间进入相应的充电模式，最后控制模块B将锂电池在所述充电模式下的实际充电时间与预设的限制充电时间进行比较，判断锂电池在对应充电模式下的实际充电时间与预设的限制充电时间之间的大小，若充电时间小于或等于限制充电时间，则继续控制锂电池在该模式下充电；若充电时间大于限制充电时间，则控制模块重新执行锂电池的异常情况检测，并继续判断锂电池的当前电压信息对应的电压区间的上限电压并进入相应的充电模式进行充电，如此在锂电池充电过程中，定时循环对锂电池的异常情况进行监控，直至结束锂电池充电。各相应充电模式会连续执行一段时间后退出重新判断当前电池状态，这样一方面适应了锂电池无线充电系统调节时系统延时较长的特点，同时减少了副边控制模块的运算量和数据存储。另一方面实现了异常情况检测和电池容量状态的定时检测和更新，使得充电过程更加准确和有效。保证了锂电池在充电过程中的状态被充分监控，进而提高了电池充电的效率和进一步加强了对锂电池的保护。

进一步地，本发明可每隔一段时间对电池的总充电时间进行判断，根据判断结果确定锂电池充电时间过长，进而可决定锂电池充电是结束还是继续对锂电池进行其它异常情况检测并进入相应的充电模式对锂电池。本发明在不同的充电模式下分别对该模式下的充电时间进行限制，在超过限制充电时间时返回重新采集并进行锂电池是否存在异常情况判断，锂电池是否存在异常情况考虑实际充电总时间与规定的充电总时间阈值的比较，判断实际充电总时间是否超过预设的总限制时间，在未超过的情况下即确保电池安全的前提下进入每个充电模式，再同时结合每个充电模式下的实际充电时间与预设的相应的充电模式的限制充电时间进行比较，相当于在每个充电模式下又加上一层保护，防止单个模式下充电时间过长导致的锂电池充电异常，进一步提高了锂电池的充电效率，并进一步加强了对锂电池的保护。

进一步地，在所述副边控制模块可以每隔预设时间分别对所述电压信息、电流信息和温度信息连续采集多次并以最后一次采集为基准，判断是否超过规定的相应阈值，比如优选可采集三次并将第三次采集的所述电压信息、电流信息和温度信息分别与对应的预设阈值(即规定的相应阈值)进行比较；若所述电压信息或电流信息或温度信息大于对应所述预设阈值，则分别将前两次采集的相应信息与对应所述预设阈值进行比较，若前两次采集的信息中的一次信息大于对应预设的阈值，认定系统充电出现了异常情况，锂电池充电结束；否则重新采集并进行锂电池是否存在异常情况判断，也就是说，此时前两次的采集的相应信息都正常，系统可能出现了数据采集上的问题，此时会重新采集相应信息并进行判断。这样，就避免了因为个别数据的失真和采集失误导致系统的误判从而影响正常的充电进程，提高了系统的可靠性。若所述第三次采集的所述电压信息、电流信息和温度信息均未大于对应的预设阈值，则所述副边控制模块将所述第三次采集的电压信息与各充电模式下预设的上限电压进行比较，并根据比较得出的所述电压信息所在区段进入相应的充电模式；所述副边控制模块根据所述充电模式的预设结束条件，结束锂电池充电。提高了判断的准确性，简化了计算过程，减小了程序的开发难度。

进一步地，所述副边系统还包括显示模块，所述显示模块与所述副边控制模块相连；当所述副边控制模块判断出锂电池是否存在异常时，所述副边控制模块控制所述显示模块显示电路故障信息，所述电路故障信息包括：电池充电电压过高、电池充电电流过高和电池温度过高；当实际充电总时间超过规定的充电总时间阈值时，所述副边控制模块控制所述显示模块显示充电时间过长信息；当所述副边控制模块判断出电池两端的电压已充满时，控制所述显示模块显示电量充满信息。可直观了解锂电池的充电状态，简单方便，信息易获取。

更进一步地，所述原边装置包括原边控制模块、原边电压模块、原边电流模块、原边温度模块以及原边电路保护模块；所述原边控制模块获取所述原边电压模块、原边电流模块、原边温度模块对应的原边电压信息、原边电流信息和原边温度信息，对所述获取的相应信息分别进行判断，若所述信息经判断存在故障，则所述原边控制模块控制所述原边电路保护模块对原边装置进行电路保护。实现对锂电池电路的保护，增强了对锂电池的安全保护，延长了锂电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种通用型锂电池无线充电系统的结构框图。

图2为本发明一种通用型锂电池无线充电系统的副边控制模块的优选工作流程图。

图3为本发明一种通用型锂电池无线充电系统的副边控制模块的另一优选的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做详细的说明。

本发明提供一种通用型锂电池无线充电系统，该系统的结构框图如图1所示，包括：原边装置和副边装置，所述原边装置为副边装置提供能量，原边装置包括电源1、原边电路保护模块2、原边电压模块3、原边电流模块6和原边温度模块(图中未显示)，还包括逆变电路及电压变换模块4、电流有效值采集模块5、原边控制模块7、原边通讯装置8和原边线圈9，副边装置包括副边线圈10、保护及能量释放模块11、锂电池12、温度采集模块13、电压采集模块14、电流采集模块15、副边控制模块16、整流电路及电压变换模块17和副边通讯装置18。

在原边装置中，电源1是无线充电系统的能量来源；原边电压模块3、原边电流模块6、电流有效值采集模块5采集相应的数据并反馈给原边控制模块7；原边控制模块7获取所述原边电压模块3、原边电流模块6、原边温度模块对应的原边电压信息、原边电流信息和原边温度信息，对所述获取的相应数据信息分别进行判断，若所述信息经判断存在故障，则所述原边控制模块7控制所述原边电路保护模块2对原边装置进行电路保护，也就是说，原边控制模块7根据收到的数据进行计算并控制原边电路保护模块2对电路进行保护措施，同时控制逆变电路及电压变换模块4对系统实现谐振控制及电压变换以调节系统的输入电压；整个无线充电系统依靠原边线圈9和副边线圈10之间的耦合进行能量的传输，并通过原边通讯装置8和副边通讯装置18按照相同的通讯协议进行数据和指令的传输。

在副边装置中，电压采集模块14、电流采集模块15、温度采集模块13采集相应的数据并反馈给副边控制模块16；副边控制模块16根据收到的数据进行计算并控制副边电路保护及能量释放模块11对副边装置进行保护措施和维持无线充电系统输出能量的稳定，同时控制整流电路及电压变换模块17实现副边装置的整流和电压调节；锂电池12为无线充电系统的负载，实质为电池组，在系统工作过程中按照一定的规律被充电，锂电池12的具体信息和充电要求由电池管理系统(BMS)发送给副边控制模块16。

当无线充电系统工作的过程中，副边控制模块16获取所述电压采集模块14和电流采集模块15分别采集的电压信息和电流信息，并将所述电压信息和电流信息分别与各自规定的电压阈值和电流阈值进行比对进而判断锂电池12是否存在异常情况，在超过所述电压阈值或电流阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池12充电；在未超过所述电压阈值和电流阈值时，所述副边控制模块16将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断，根据判断结果控制进入相应的充电模式，并根据所述充电模式的预设结束条件，结束锂电池充电。该系统在确保锂电池是在安全正常的状态下进行充电，提高了锂电池的充电效率，实现了锂离子无线充电系统对锂电池的安全有效的充电。

进一步地，温度采集模块13采集温度信息并传输至副边控制模块16，副边控制模块16还将获取的温度信息与规定的温度阈值进行比对进而判断锂电池12是否存在异常情况，在超过所述温度阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池12充电；在未超过所述电压阈值、电流阈值和温度阈值时，所述副边控制模块再将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断。更进一步地，副边控制模块16还将实际充电总时间与规定的充电总时间阈值进行比对进而判断锂电池12是否存在异常情况，在超过所述电压阈值或电流阈值或温度阈值或充电总时间阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池12充电；在未超过所述电压阈值、电流阈值、温度阈值和充电总时间阈值时，所述副边控制模块16再将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断。即如图2所示实施例，本发明结合锂电池的电压信息、电流信息和温度信息，副边控制模块16将三者分别与相应阈值进行比对计算，能够对锂电池充电的电压、电流和温度值三个方面结合进行异常情况判断，提高了判断的准确性，提高了锂电池的充电安全。当然，本发明也可以如图3所示实施例进一步结合实际充电总时间，即结合锂电池的电压信息、电流信息、温度信息和实际充电总时间，副边控制模块16将四者分别与相应阈值进行比对计算，能够对锂电池充电的电压、电流、温度值和充电时长四个方面结合进行异常情况判断，提高了判断的准确性，进一步提高了锂电池的充电安全。

电压采集模块14、电流采集模块15和温度采集模块13间隔特定时间同时连续采集多次的电压信息、电流信息和温度信息发送至副边控制模块16，副边控制模块16优选以最后一次采集为基准，判断是否超过规定的相应阈值，在超过规定的相应阈值时再判断至少前两次的采集的相应信息当中是否存在超出规定的相应阈值的情况，如果存在则发出锂电池异常指令，结束锂电池12充电，否则重新采集并进行锂电池12是否存在异常情况判断。如图2和图3所示的本发明通用型锂电池无线充电系统的副边控制模块16的两种优选工作流程图，这两个实施例均是间隔一定的时间连续采集三次副边装置的电压信息、电流信息和温度信息，并以第三次采集值为基准，判断锂电池电压信息、电流信息和温度信息是否超过规定的相应阈值。如电压Vs(1)、Vs(2)、Vs，电流Is(1)、Is(2)、Is，温度Ts(1)、Ts(2)、Ts，返回原边控制模块7；副边控制模块16将锂电池电压信息Vs、电流信息Is和温度信息Ts分别与对应的预设阈值(即规定的相应阈值V0、I0、T0)进行比较，若所述电压信息或电流信息或温度信息大于对应所述预设阈值，则分别将前两次采集的相应信息与对应所述预设阈值进行比较，若前两次采集的信息中有一次信息大于对应预设的阈值，则认定系统充电出现了异常情况，锂电池充电结束；否则重新采集并进行锂电池是否存在异常情况判断。如图2和图3所示，可先将锂电池两端当前的充电电压与预先设置的电压阈值进行大小判断，即判断Vs是否大于V0，如果Vs>V0，则说明锂电池当前的充电电压大于预设的电压阈值，则有可能是存在电池充电存在异常情况，也有可能存在电压信息采集错误的情况，那么继续判断前两次采集的电压信息是否也超过了预设的阈值，即继续判断Vs(1)>V0或Vs(2)>V0是否成立，如果前述条件成立，则可判断电路是存在故障的，副边控制模块16控制显示装置(图中未画出)显示电池电压过高，电路出现故障，并控制锂电池结束充电；如果前述条件不成立，即判断得出Vs(1)>V0或Vs(2)>V0为否，则说明第三次采集电压信息时出现故障，返回采集步骤重新采集电压信息并对电池充电状态进行判断，也就是说，此时前两次的采集的相应信息都正常，系统可能出现了数据采集上的问题，此时会重新采集相应信息并进行判断。如果锂电池充电端电压没有超过预设的阈值时，即Vs>V0的判断为否，则说明锂电池充电过程中的充电电压是正常状态。那么，此时继续判断锂电池的充电电流与预设的阈值之间是什么关系，如果锂电池的充电电流大于预设的阈值电流时，即Is>I0时，则说明锂电池的充电电流有可能过高，也可能是采集上出现错误，为了验证上述情况，则需继续对前两次采集的充电电流值进行判断，即判断Is(1)>I0或Is(2)>I0是否成立，如果前述条件成立，则副边控制模块16控制显示为充电电流过大，电路存在故障，并控制锂电池充电结束；如果前述条件不成立，即判断Is(1)>I0或Is(2)>I0为否，说明可能存在采集上的错误，则重新对锂电池充电电流进行采集和判断，返回采集步骤，也就是说，此时前两次的采集的相应信息都正常，系统可能出现了数据采集上的问题，此时会重新采集相应信息并进行判断。如果锂电池的充电电流没有超过预设的阈值，即Is>I0为否，锂电池两端的充电电流正常，此时继续判断锂电池充电过程中的温度，即判断Ts是否大于T0，如果Ts>T0，说明锂电池在充电过程中的充电温度有可能过高，也可能是存在采集上的错误，那么继续前两次采集的温度信息是否存在超过预设的阈值的情况，即判断Ts(1)>T0或Ts(2)>T0是否成立，如果前述条件成立，则说明锂电池充电过程中的温度过高，副边控制模块16控制显示电池温度过高，并控制锂电池充电结束；如果判断Ts(1)>T0或Ts(2)>T0为否的话则返回采集步骤，也就是说，此时前两次的采集的相应信息都正常，系统可能出现了数据采集上的问题，此时会重新采集相应信息并进行判断。这样，就避免了因为个别数据的失真和采集失误(比如因为传感器误差或暂时失准造成的判断失误)导致系统的误判从而影响正常的充电进程，提高了异常情况判断的准确度和可靠性，进而提高了系统的可靠性。

继续参见图2，当副边控制模块16判断出锂电池12在充电过程中不存在异常时，副边控制模块16将电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断，电压信息小于上限电压时，副边控制模块16控制锂电池12进入相应的充电模式，并根据所述充电模式的预设结束条件，结束锂电池充电。

需要说明的是，上述充电模式包括涓流充电模式、恒流充电模式和恒压充电模式，涓流充电模式预设的电压区间中的电压值均小于恒流充电模式预设的电压区间中的电压值，恒流充电模式预设的电压区间中的电压值均小于恒压充电模式预设的电压区间中的电压值；各充电模式预设的电压区间的上限电压分别为涓流上限电压V1、恒流上限电压V2和恒压上限电压V3，V1<V2<V3。该实施例预设的各充电模式的限制充电时间分别为时间均相等的限制涓流充电时间、限制恒流充电时间和限制恒压充电时间，即均为dT。

在判断锂电池未见异常时，副边控制模块16将电压信息Vs与各充电模式下预设的上限电压进行比较，并根据比较得出的所述电压信息所在区段进入相应的充电模式。副边控制模块16控制进入相应的充电模式后，副边控制模块16还将所述电压信息或电流信息与相应的充电模式下的锂电池充电的目标电流或目标电压进行比对判断，在所述电压信息或电流信息偏离所述目标电流或目标电压超过一定范围时，由原边装置内的原边控制模块7调节原边电压。然后，副边控制模块16再将锂电池12在所述相应的充电模式下的实际充电时间与预设的相应的充电模式的限制充电时间进行比较，在所述实际充电时间未超出所述限制充电时间时在所述相应的充电模式下继续充电；在所述实际充电时间超出所述限制充电时间时所述副边控制模块16重新采集并进行锂电池12是否存在异常情况判断，直至所述电压信息大于各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压，结束锂电池12充电。本发明采用锂电池最高电压与最长充电时间相结合的方式判断锂电池是否处于满电状态从而结束充电进程。

具体地，副边控制模块16先将Vs与涓流上限电压V1进行对比判断，判断Vs<V1是否成立，如果成立，即电压信息Vs小于涓流上限电压V1，Vs落入涓流充电模式预设的电压区间，故控制进入涓流充电模式，在涓流充电模式下，副边控制模块16获取采集的锂电池充电电流Is，并将其与涓流充电时锂电池充电的目标电流I1进行比对，即判断|Is-I1|<dI1是否成立，I1代表涓流充电时锂电池充电的目标电流，dI1代表涓流充电时锂电池充电电流允许偏离目标电流的范围，在上述条件不成立时，即Is偏离目标电流I1超过一定范围，由原边控制模块7调节原边电压Vp＝Vp-k1*(Is-I1)，k1为第一比例系数，即将原边电压Vp调节到允许范围；副边控制模块16再将锂电池12在涓流充电模式下的实际充电时间t1与预设的涓流充电模式的限制涓流充电时间dT进行比较，即判断t1>dT是否成立，在该条件不成立时，所述实际充电时间t1未超出所述限制涓流充电时间dT，则继续在该涓流充电模式下继续充电；在t1>dT成立时，所述实际充电时间t1超出所述限制涓流充电时间dT，副边控制模块16重新采集并进行锂电池12是否存在异常情况判断。并再次执行Vs<V1判断，当该条件不成立时，再将Vs与恒流上限电压V2进行对比判断，判断Vs<V2是否成立，如果成立，即电压信息Vs小于恒流上限电压V2，Vs落入恒流充电模式预设的电压区间，故控制进入恒流充电模式，在恒流充电模式下，副边控制模块16获取采集的锂电池充电电流Is，并将其与恒流充电时锂电池充电的目标电流I2进行比对，即判断|Is-I2|<dI2是否成立，I2代表恒流充电时锂电池充电的目标电流，dI2代表恒流充电时锂电池充电电流允许偏离目标电流的范围，在上述条件不成立时，即Is偏离目标电流I2超过一定范围，由原边控制模块7调节原边电压Vp＝Vp-k2*(Is-I2)，k2为第二比例系数，即将原边电压Vp调节到允许范围；副边控制模块16再将锂电池12在恒流充电模式下的实际充电时间t2与预设的恒流充电模式的限制恒流充电时间dT进行比较，即判断t2>dT是否成立，在该条件不成立时，所述实际充电时间t2未超出所述限制恒流充电时间dT，则继续在该恒流充电模式下继续充电；在t2>dT成立时，所述实际充电时间t2超出所述限制恒流充电时间dT，副边控制模块16重新采集并进行锂电池12是否存在异常情况判断。并再次执行Vs<V2判断，当该条件不成立时，再将Vs与恒压上限电压V3进行对比判断，判断Vs<V3是否成立，如果成立，即Vs落入恒压充电模式预设的电压区间，故控制进入恒压充电模式，在恒压充电模式下，副边控制模块16获取采集的锂电池充电电压Vs，并将其与恒压充电时锂电池充电的目标电压V4进行比对，即判断|Vs-V4|<dV4是否成立，V4代表恒压充电时锂电池充电的目标电压，dV4代表恒压充电时锂电池充电电流允许偏离目标电压的范围，在上述条件不成立时，即Vs偏离目标电压V4超过一定范围，由原边控制模块7调节原边电压Vp＝Vp-k3*(Vs-V4)，k3为第三比例系数，即将原边电压Vp调节到允许范围；副边控制模块16再将锂电池12在恒压充电模式下的实际充电时间t3与预设的恒压充电模式的限制恒压充电时间dT进行比较，即判断t3>dT是否成立，在该条件不成立时，所述实际充电时间t3未超出所述限制恒压充电时间dT，则继续在该恒压充电模式下继续充电；在t3>dT成立时，所述实际充电时间t3超出所述限制恒压充电时间dT，副边控制模块16重新采集并进行锂电池12是否存在异常情况判断。并再次执行Vs<V3判断，当该条件不成立时，电压信息Vs大于恒压上限电压V3，副边控制模块16控制显示电量充满，锂电池12充电过程结束。

本发明提供一种通用型锂电池无线充电系统，通过对电压信息、电流信息和温度信息分别与各自规定的电压阈值、电流阈值和温度阈值进行比对计算，根据计算结果判断锂电池是否存在异常，在超过该电压阈值或电流阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池充电，该电池异常情况判断能够避免电池充电异常导致不必要的损失，实现锂电池的安全充电；并根据是否存在异常来决定是否需要进入相应的充电模式，在锂电池不存在异常的前提下副边控制模块再将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断，根据判断结果控制进入相应的充电模式，并根据所述充电模式的预设结束条件，结束锂电池充电。本发明在锂电池进行模式充电前对其进行异常检测，可以根据电池的电压信息、电流信息和温度信息在对锂电池进行模式充电前知晓锂离子电池状态，若判断出锂电池处于异常状态则结束锂电池的充电过程，若判断出锂电池处于正常状态即在锂电池安全的前提下再对其进行相应充电模式的充电，对锂电池进行涓流、恒流、恒压充电模式的判断和自动切换控制，即通过对锂电池两端电压值的判断以估计电池容量(SOC)继而采取合适的充电子程序控制进入相应的充电模式进行高效的充电，本发明通过定时对异常情况检测可以实现电池安全有效的充电，并可以实现无线充电系统以涓流、恒流、恒压模式对锂电池进行充电，实现锂电池涓流恒流恒压充电模式之间的自动平稳转换，能够达到对无线充电各模式的自动控制，既对锂电池起到了很好的保护作用，可以延长锂电池的使用寿命，同时也提高了锂电池的充电效率。

参见图3，是本发明一种通用型锂电池无线充电系统的副边控制模块的另一优选的工作流程图。与图2所示实施例相比，在判断锂电池是否存在异常情况的工作流程中，图3所示实施例进一步考虑了充电时长这一因素，即实际充电总时间t，将其与充电总时间阈值t0进行比对，即判断实际充电总时间t是否大于t0，如果t>t0，则副边控制模块16控制显示为充电时间过长，锂电池充电结束，否则的话继续正常工作。这样，同时如果系统的工作时间过长，也会关闭系统以避免无线充电系统的损坏。图3所示实施例结合了锂电池的电压信息Vs、电流信息Is、温度信息Ts和实际充电总时间t，副边控制模块16将四者分别与相应阈值进行比对计算，能够对锂电池充电的电压、电流、温度值和充电时长四个方面结合进行异常情况判断，提高了判断的准确性，进一步提高了锂电池的充电安全。

需要说明的是，副边控制模块16通过获取的电压信息、电流信息、温度信息和实际充电总时间分别与相应阈值比对进而这几种情况判断锂电池是否存在异常情况时，这几种情况的相互顺序任意设定，本发明图2和图3为优选实施例，也就是说，Vs>V0、Is>I0、Ts>T0和t>t0可以调整判断顺序，比如可以先判断Is>I0，或者先判断Ts>T0。

进一步优选地，本发明通用型锂电池无线充电系统的副边装置优选还包括显示模块，所述显示模块与所述副边控制模块16相连；当所述副边控制模块判断出锂电池存在异常时，所述副边控制模块控制所述显示模块显示电路故障信息，所述电路故障信息包括：电池充电电压过高、电池充电电流过高和电池温度过高；当实际充电总时间超过规定的充电总时间阈值时，所述副边控制模块控制所述显示模块显示充电时间过长信息；当所述副边控制模块判断出电池两端的电压已充满时，控制所述显示模块显示电量充满信息。

本发明适用于通用型锂电池无线充电，通过副边控制模块和原边控制模块等组件协同工作，实施了在锂电池安全工作的情况下对锂电池涓流、恒流、恒压充电模式的自动控制策略，该自动控制策略能够实现对锂电池安全有效可靠地分阶段充电进程的进行和平稳转换，主要分为异常情况检测、涓流充电、恒流充电和恒压充电四大部分。该通用型锂电池无线充电系统优选通过对锂电池充电的电压、电流、温度值和充电时长进行定时的异常情况判断以实现电池的安全充电，然后通过对电池两端电压值的判断以估计电池容量(SOC)继而采用相应的充电阶段对锂电池进行涓流、恒流、恒压模式的充电控制，并定时重新判断电池的容量从而实现充电阶段的及时和平稳转换。涓流、恒流和恒压充电子程序会连续执行一段时间后退出重新判断当前锂电池状态，这样一方面适应了无线充电系统调节时系统延时较长的特点，同时减少了副边控制模块及原边控制模块的运算量和数据存储。另一方面实现了异常情况检测和电池容量状态的定时检测和更新，使得充电过程更加准确和有效。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修正或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种通用型锂电池无线充电系统，包括原边装置和副边装置，所述原边装置和副边装置分别依靠各自的原边线圈和副边线圈之间的耦合进行能量的传输，所述副边装置还包括锂电池、电压采集模块、电流采集模块和副边控制模块，其特征在于，

所述副边控制模块获取所述电压采集模块和电流采集模块分别采集的电压信息和电流信息，并将所述电压信息和电流信息分别与各自规定的电压阈值和电流阈值进行比对进而判断锂电池是否存在异常情况，在超过所述电压阈值或电流阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池充电；在未超过所述电压阈值和电流阈值时，所述副边控制模块将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断，根据判断结果控制进入相应的充电模式，并根据所述充电模式的预设结束条件，结束锂电池充电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述副边装置还包括温度采集模块，所述温度采集模块采集温度信息并传输至副边控制模块，副边控制模块还将获取的温度信息与规定的温度阈值进行比对进而判断锂电池是否存在异常情况，在超过所述温度阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池充电；在未超过所述电压阈值、电流阈值和温度阈值时，所述副边控制模块再将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块间隔特定时间同时连续采集多次的电压信息、电流信息和温度信息发送至副边控制模块，所述副边控制模块以最后一次采集为基准，判断是否超过规定的相应阈值，在超过规定的相应阈值时再判断至少前两次的采集的相应信息当中是否存在超出规定的相应阈值的情况，如果存在则发出锂电池异常指令，结束锂电池充电，否则重新采集并进行锂电池是否存在异常情况判断。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述副边控制模块还将实际充电总时间与规定的充电总时间阈值进行比对进而判断锂电池是否存在异常情况，在超过所述电压阈值或电流阈值或温度阈值或充电总时间阈值时发出锂电池异常指令，结束锂电池充电；在未超过所述电压阈值、电流阈值、温度阈值和充电总时间阈值时，所述副边控制模块再将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述副边控制模块将所述电压信息与各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压进行对比判断，在所述电压信息小于所述上限电压时控制进入相应的充电模式，所述副边控制模块再将锂电池在所述相应的充电模式下的实际充电时间与预设的相应的充电模式的限制充电时间进行比较，在所述实际充电时间未超出所述限制充电时间时在所述相应的充电模式下继续充电；在所述实际充电时间超出所述限制充电时间时所述副边控制模块重新采集并进行锂电池是否存在异常情况判断，直至所述电压信息大于各模式充电阶段预设的电压区间的上限电压，结束锂电池充电。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述充电模式包括涓流充电模式、恒流充电模式和恒压充电模式；所述涓流充电模式预设的电压区间中的电压值均小于恒流充电模式预设的电压区间中的电压值，所述恒流充电模式预设的电压区间中的电压值均小于恒压充电模式预设的电压区间中的电压值，各充电模式预设的电压区间的上限电压分别为涓流上限电压、恒流上限电压和恒压上限电压，各充电模式下所述实际充电时间分别为涓流实际充电时间、恒流实际充电时间和恒压实际充电时间；预设的各充电模式的限制充电时间分别为时间均相等的限制涓流充电时间、限制恒流充电时间和限制恒压充电时间。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述副边控制模块通过获取的电压信息、电流信息、温度信息和实际充电总时间分别与相应阈值比对进而这四种情况判断锂电池是否存在异常情况时，所述四种情况的相互顺序任意设定；在判断锂电池未见异常时所述副边控制模块先将所述电压信息与涓流上限电压进行对比判断，在所述电压信息小于涓流上限电压时控制进入涓流充电模式，否则就再将所述电压信息与恒流上限电压进行对比判断，在所述电压信息小于恒流上限电压时控制进入恒流充电模式，否则就再将所述电压信息与恒压上限电压进行对比判断，在所述电压信息小于恒压上限电压时控制进入恒压充电模式，否则就结束锂电池充电。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述副边控制模块控制进入相应的充电模式后，所述副边控制模块还将所述电压信息或电流信息与相应的充电模式下的锂电池充电的目标电流或目标电压进行比对判断，在所述电压信息或电流信息偏离所述目标电流或目标电压超过一定范围时，由原边装置内的原边控制模块调节原边电压。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述副边装置还包括显示模块，所述显示模块与所述副边控制模块相连；当所述副边控制模块判断出锂电池存在异常时，所述副边控制模块控制所述显示模块显示电路故障信息，所述电路故障信息包括：电池充电电压过高、电池充电电流过高和电池温度过高；当实际充电总时间超过规定的充电总时间阈值时，所述副边控制模块控制所述显示模块显示充电时间过长信息；当所述副边控制模块判断出电池两端的电压已充满时，控制所述显示模块显示电量充满信息。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述原边装置还包括原边电压模块、原边电流模块、原边温度模块以及原边电路保护模块；所述原边控制模块获取所述原边电压模块、原边电流模块、原边温度模块对应的原边电压信息、原边电流信息和原边温度信息，对所述获取的相应信息分别进行判断，若所述信息经判断存在故障，则所述原边控制模块控制所述原边电路保护模块对原边装置进行电路保护。