CN109494838A - 充电输出保护电路及充电输出保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种充电输出保护电路及充电输出保护方法。所述充电输出保护电路包括电池组、充电器、硬件控制单元及软件控制单元，硬件控制单元包括用于检测电池组的电压是否正常的检测电路、与检测电路相连的第一三极管和第一继电器，第一三极管用于根据检测电路的检测结果控制第一继电器断开或闭合；软件控制单元包括单片机、在单片机与电池组之间进行通讯的通讯电路、与单片机相连的第二三极管和第二继电器，第二三极管用于根据单片机的指令控制第二继电器断开或闭合。相较于现有技术，本发明通过软硬件分别控制两级继电器控制充电输出，从而当其中一级继电器控制失效时，另一级继电器控制还可以关闭充电输出，起到保护的作用。

Description

充电输出保护电路及充电输出保护方法
技术领域
本发明涉及一种充电输出保护电路及充电输出保护方法。
背景技术
目前，充电器的控制输出方式通常采用软件/硬件控制单一MOS管或单一继电器的关断/闭合，但是，这样的两种单一控制方式均不适合应用到输出高电压(例如大于40V)的场合，这是因为当单一MOS管或单一继电器控制失效时，充电器输出的高电压将存在安全问题。而且，现有的软件控制相对于硬件控制反应速度较慢，存在保护滞后延时的问题。
为了解决单一MOS管或单一继电器控制失效的问题，需要在充电器的输入端增加机械触发开关，但机械触发开关的增加，使得充电器的外形结构变得复杂，而且机械触发开关在安装过程中易出现接触不良的现象，导致充电器不良率增加，且不符合安全认证的要求。
有鉴于此，确有必要对现有的充电器的控制输出方式进行改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充电输出保护电路及充电输出保护方法，该充电输出保护电路及充电输出保护方法不仅可以应用到高电压输出场合，而且响应速度快，可靠性高。
为实现上述目的，本发明提供了一种充电输出保护电路，包括电池组、充电器、硬件控制单元及软件控制单元，所述硬件控制单元包括用于检测电池组的电压是否正常的检测电路、与检测电路相连的第一三极管和第一继电器，所述第一三极管用于根据检测电路的检测结果控制第一继电器断开或闭合；所述软件控制单元包括单片机、在单片机与电池组之间进行通讯的通讯电路、与单片机相连的第二三极管和第二继电器，所述第二三极管用于根据单片机的指令控制第二继电器断开或闭合。
作为本发明的进一步改进，所述电池组具有充电端口和通讯端口，所述检测电路用于检测电池组的充电端口的电压值，并与参考电压值进行比较；所述通讯电路的一端与单片机相连、另一端与电池组的通讯端口相连，以实现单片机与电池组之间的交互通讯。
作为本发明的进一步改进，所述检测电路中包含有电压比较器，所述电压比较器用于将检测到的电池组充电端口的电压值与参考电压值进行比较，并根据比较结果输出高/低电平，所述硬件控制单元根据高/低电平控制所述第一三极管导通或截止，以使得所述第一继电器闭合或断开。
作为本发明的进一步改进，所述检测电路中还包含有分压电路，所述电池组的充电端口的电压值经所述分压电路传输至所述电压比较器。
作为本发明的进一步改进，所述通讯电路用于将电压、电流、温度及时间信息在所述单片机与所述电池组的通讯端口之间进行传输，所述软件控制单元用于在通讯电路正常工作时控制所述第二三极管导通，以使得所述第二继电器闭合。
作为本发明的进一步改进，所述电池组具有电极端口，所述单片机与所述电极端口相连，以对电池组的电压进行监测。
为实现上述目的，本发明还提供了一种充电输出保护方法，适用于充电输出保护电路，所述充电输出保护电路包括电池组、充电器、硬件控制单元及软件控制单元，所述硬件控制单元包括检测电路、与检测电路相连的第一三极管和第一继电器，所述软件控制单元包括单片机、通讯电路、与单片机相连的第二三极管和第二继电器，所述充电输出保护方法包括以下步骤：
充电器与电池组对接、上电；
通讯电路检测充电器与电池组是否完成通讯握手；
当充电器与电池组完成通讯握手后，检测电路检测电池组的电压是否正常，同时通讯电路检测单片机与电池组之间的交互通讯是否正常；
当电池组的电压正常时，硬件控制单元控制第一三极管导通、第一继电器闭合，充电器的充电电压经第一继电器传输至第二继电器的输入端；
当单片机与电池组之间的交互通讯正常时，软件控制单元控制第二三极管导通、第二继电器闭合，充电器的充电电压经第二继电器传输至电池组。
作为本发明的进一步改进，所述电池组具有充电端口和通讯端口，所述检测电路用于检测电池组的充电端口的电压值，并与参考电压值进行比较；所述通讯电路的一端与单片机相连、另一端与电池组的通讯端口相连，以实现单片机与电池组之间的交互通讯。
作为本发明的进一步改进，所述检测电路中包含有电压比较器，所述电压比较器用于将检测到的电池组充电端口的电压值与参考电压值进行比较，并根据比较结果输出高/低电平，所述硬件控制单元根据高/低电平控制所述第一三极管导通或截止、所述第一继电器闭合或断开。
作为本发明的进一步改进，所述通讯电路用于在单片机与电池组之间进行电压、电流、温度及时间信息的交换。
本发明的有益效果是：本发明的充电输出保护电路，由硬件控制单元控制的第一继电器和软件控制单元控制的第二继电器组成，通过该两级继电器控制充电输出，从而当其中一级继电器控制失效时，另一级继电器控制还可以关闭充电输出，起到保护的作用，解决了现有技术中软件/硬件控制单一继电器或单一MOS管控制电路不能安全应用到高电压输出场合的问题。
附图说明
图1是本发明充电输出保护电路的结构框图。
图2是图1所示充电输出保护电路的工作原理图。
图3是图1所示充电输出保护电路的电路原理图。
图4是本发明充电输出保护方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明揭示了一种充电输出保护电路及充电输出保护方法，以便应用到高电压(例如大于40V)输出场合。
请参阅图1所示，充电输出保护电路包括电池组1、充电器2、硬件控制单元及软件控制单元。电池组1与充电器2相连，以便利用充电器2输出的充电电压对电池组1进行充电。
硬件控制单元包括用于检测电池组1的电压是否正常的检测电路、与检测电路相连的第一三极管Q5和第一继电器K1，第一三极管Q5用于根据检测电路的检测结果控制第一继电器K1断开或闭合。
具体来讲，电池组1具有充电端口11和通讯端口12，检测电路用于检测电池组1的充电端口11的电压值，并与参考电压值进行比较。检测电路中包含有电压比较器U3D，电压比较器U3D用于将检测到的电池组1的充电端口11的电压值与参考电压值进行比较，并根据比较结果输出高/低电平，硬件控制单元根据高/低电平控制第一三极管Q5导通或截止，以使得第一继电器K1闭合或断开。
检测电路中还包含有分压电路，电池组1的充电端口11的电压值经所述分压电路传输至所述电压比较器U3D。具体来讲，首先，检测电路对电池组1的充电端口11的电压值进行检测，获得一电压值；然后，检测电路将检测到的电压值经分压电路传输至电压比较器U3D的12脚；接着，电压比较器U3D将12脚的电压值与13脚的参考电压值进行比较，根据比较结果，电压比较器U3D的14脚输出高/低电平；最后，硬件控制单元根据电压比较器U3D的14脚输出的高/低电平，控制第一三极管Q5导通或截止，继而控制第一继电器K1闭合或断开。较佳地，参考电压值为充电器2内部输出的5V电压源；以60V电池组为例，电池组1的充电端口11的正常电压为25-60V。
软件控制单元包括单片机(MCU)3、在单片机3与电池组1之间进行通讯的通讯电路、与单片机3相连的第二三极管Q4和第二继电器K2，所述第二三极管Q4用于根据单片机3的指令控制第二继电器K2断开或闭合。
具体来讲，单片机3设置在充电器2内，以实现电池组1与充电器2之间的软件控制；通讯电路的一端与单片机3相连、另一端与电池组1的通讯端口12相连，以实现单片机3与电池组1之间的交互通讯。所述通讯电路用于将电池数、电压、电流、温度及时间信息在单片机3与电池组1的通讯端口12之间进行传输，以实现单片机3与电池组1之间的信息交换；软件控制单元用于在通讯电路正常工作时控制第二三极管Q4导通，以使得第二继电器K2闭合。
电池组1还具有电极端口13，单片机3与该电极端口13相连，以便对电池组1的电压进行监测。
请参阅图2与图3所示，在优选的实施例中，检测电路的分压电路包括电阻R51、R50和R43，电阻R51分别与电阻R50和充电端口11相连，电阻R43和电阻R50均连接至电压比较器U3D的12脚，电阻R43的另一端接地。优选的，电阻R51、R50和R43的阻值取值范围为1K欧姆-100K欧姆。检测电路还包括：电阻R44和R42的一端分别连接至电压比较器U3D的13脚，电阻R42的另一端接地且并联有电容C31，电阻R44的另一端与5V电压源相连。优选的，电阻R42和R44的阻值取值范围为500欧姆-10K欧姆，电容C31的取值范围为100nF-1μF。电压比较器U3D的14脚通过电阻R45与第一三极管Q5相连，且电阻R45的阻值取值范围为100欧姆-10k欧姆。
具体而言，充电输出保护电路的工作原理为：电池组1插入充电器2并上电后，电池组1与充电器2的单片机3先建立通讯握手，然后硬件控制单元通过检测电路检测电池组1的充电端口11的电压值，并将该电压值经分压电路传输至电压比较器U3D的12脚，由电压比较器U3D将12脚的电压值与13脚的参考电压值进行比较，根据比较结果，电压比较器U3D的14脚输出高/低电平；硬件控制单元根据电压比较器U3D的14脚输出的高/低电平，控制第一三极管Q5导通或截止，继而使第一继电器K1闭合或断开；接着，软件控制单元根据电池组1与单片机3的通讯情况(正常或异常)控制第二三极管Q4导通或截止，继而使第二继电器K2闭合或断开。
由此可见，本发明的充电输出保护电路实质是由第一继电器K1硬件控制电路和第二继电器K2软件控制电路构成的双继电器充电输出保护电路，且在该双继电器充电输出保护电路中，硬件控制单元能够及时有效的切断或打开充电器2主输出与电池组1的充电连接。例如：当检测电路检测到电池组1的充电端口11的电压异常时，硬件控制单元驱动第一继电器K1关断，第二继电器K2在没有获得第一继电器K1送过来的充电电压时，即使第二继电器K2处于吸合状态，充电器2对外也不会有电压输出，电池组1接收不到充电电压，则会向充电器2发出信息反馈，单片机3根据接收到的信息反馈发出指令给第二三极管Q4，控制第二继电器K2关断，此时整个充电器2完全关断，实现了充电器2输出的双重保护，避免故障的进一步扩大，降低了安全隐患；当检测电路检测到电池组1的充电端口11的电压正常时，硬件控制单元驱动第一继电器K1闭合，在电池组1与充电器2之间的通讯正常后，单片机3驱动第二继电器K2闭合，此时充电器2开始给电池组1充电。
请参阅图4所示，本发明的充电输出保护方法主要包括以下步骤：
充电器2与电池组1对接、上电；
通讯电路检测充电器2与电池组1是否完成通讯握手；
当充电器2与电池组1完成通讯握手后，检测电路检测电池组1的电压是否正常，同时通讯电路检测单片机3与电池组1之间的交互通讯是否正常；
当电池组1的电压正常时，硬件控制单元控制第一三极管Q5导通、第一继电器K1闭合，充电器2的充电电压经第一继电器K1传输至第二继电器K2的输入端；
当单片机3与电池组1之间的交互通讯正常时，软件控制单元控制第二三极管Q4导通、第二继电器K2闭合，充电器2的充电电压经第二继电器K2传输至电池组1，此时充电器2开始给电池组1充电。
需要说明的是：在充电过程中，充电器2与电池组1之间会即时完成电压、电流、温度、时间等信息的交换，直到充电结束。此外，本发明的充电输出保护电路可在40V、60V、80V的充电器2上进行应用。
本发明的充电输出保护电路不仅解决了软件/硬件控制单一继电器或单一MOS管控制电路不能安全应用到高电压输出场合的问题，同时还解决了充电器2检测电池组1电压信息滞后延时的问题，例如解决了检测电池组低压(小于25V)充电保护滞后延时的问题。此外，本发明的充电输出保护电路省去了充电器2输入端的机械触发开关，使得充电器2的外形结构简单化，避免了机械触发开关的接触不良。
综上所述，本发明的充电输出保护电路，由硬件控制单元控制的第一继电器K1和软件控制单元控制的第二继电器K2组成，通过该两级继电器控制充电输出，从而当其中一级继电器控制失效时，另一级继电器控制还可以关闭充电输出，起到保护的作用，解决了现有技术中软件/硬件控制单一继电器或单一MOS管控制电路不能安全应用到高电压输出场合的问题，并有效的减少或降低了安全隐患，提高了充电的可靠性，在故障发生时响应速度快，也使得充电器产品更加符合安全认证的要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种充电输出保护电路，包括电池组、充电器、硬件控制单元及软件控制单元，其特征在于：所述硬件控制单元包括用于检测电池组的电压是否正常的检测电路、与检测电路相连的第一三极管和第一继电器，所述第一三极管用于根据检测电路的检测结果控制第一继电器断开或闭合；所述软件控制单元包括单片机、在单片机与电池组之间进行通讯的通讯电路、与单片机相连的第二三极管和第二继电器，所述第二三极管用于根据单片机的指令控制第二继电器断开或闭合。
2.根据权利要求1所述的充电输出保护电路，其特征在于：所述电池组具有充电端口和通讯端口，所述检测电路用于检测电池组的充电端口的电压值，并与参考电压值进行比较；所述通讯电路的一端与单片机相连、另一端与电池组的通讯端口相连，以实现单片机与电池组之间的交互通讯。
3.根据权利要求2所述的充电输出保护电路，其特征在于：所述检测电路中包含有电压比较器，所述电压比较器用于将检测到的电池组充电端口的电压值与参考电压值进行比较，并根据比较结果输出高/低电平，所述硬件控制单元根据高/低电平控制所述第一三极管导通或截止，以使得所述第一继电器闭合或断开。
4.根据权利要求3所述的充电输出保护电路，其特征在于：所述检测电路中还包含有分压电路，所述电池组的充电端口的电压值经所述分压电路传输至所述电压比较器。
5.根据权利要求2所述的充电输出保护电路，其特征在于：所述通讯电路用于将电压、电流、温度及时间信息在所述单片机与所述电池组的通讯端口之间进行传输，所述软件控制单元用于在通讯电路正常工作时控制所述第二三极管导通，以使得所述第二继电器闭合。
6.根据权利要求1所述的充电输出保护电路，其特征在于：所述电池组具有电极端口，所述单片机与所述电极端口相连，以对电池组的电压进行监测。
7.一种充电输出保护方法，适用于权利要求1～6任意一项所述的充电输出保护电路，其特征在于，所述充电输出保护方法包括以下步骤：
充电器与电池组对接、上电；
通讯电路检测充电器与电池组是否完成通讯握手；
当充电器与电池组完成通讯握手后，检测电路检测电池组的电压是否正常，同时通讯电路检测单片机与电池组之间的交互通讯是否正常；
当电池组的电压正常时，硬件控制单元控制第一三极管导通、第一继电器闭合，充电器的充电电压经第一继电器传输至第二继电器的输入端；
当单片机与电池组之间的交互通讯正常时，软件控制单元控制第二三极管导通、第二继电器闭合，充电器的充电电压经第二继电器传输至电池组。
8.根据权利要求7所述的充电输出保护方法，其特征在于：所述电池组具有充电端口和通讯端口，所述检测电路用于检测电池组的充电端口的电压值，并与参考电压值进行比较；所述通讯电路的一端与单片机相连、另一端与电池组的通讯端口相连，以实现单片机与电池组之间的交互通讯。
9.根据权利要求8所述的充电输出保护方法，其特征在于：所述检测电路中包含有电压比较器，所述电压比较器用于将检测到的电池组充电端口的电压值与参考电压值进行比较，并根据比较结果输出高/低电平，所述硬件控制单元根据高/低电平控制所述第一三极管导通或截止、所述第一继电器闭合或断开。
10.根据权利要求7所述的充电输出保护方法，其特征在于：所述通讯电路用于在单片机与电池组之间进行电压、电流、温度及时间信息的交换。
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