CN110829520B - 一种充电连接可靠性检测和充电控制电路、方法 - Google Patents

一种充电连接可靠性检测和充电控制电路、方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种充电连接可靠性检测和控制电路、方法，控制器控制电池的充电回路的通断，并读取充电回路的充电接口处的充电输入电压和充电回路的充电电流，并执行以下步骤：当充电回路接入外部电源时，控制充电回路处于关断状态，读取充电输入电压的初始电压值；控制充电回路开启充电，并逐步增大充电电流；在增大充电电流的同时，持续检测和记录充电输入电压的实时电压值和充电电流的实时电流值；计算初始电压值和实时电压值的差值，当差值超过设定基准值时，对充电电流进行干预：调小充电电流，或关断充电回路，停止充电并发出警示，以确认充电连接可靠性及保证充电的安全可靠。

Description

一种充电连接可靠性检测和充电控制电路、方法
技术领域
本发明涉及锂电池充电检测领域，尤其涉及一种充电连接可靠性检测和充电控制电路、方法。
背景技术
在移动电子产品或储能产品中，锂电池的应用是必不可少的，而锂电池的充放电基本都是靠连接器(插头、插座配合)实现的，特别是给锂电池充电，都是外部配套一个交流充电器或适配器，输出DC插头插入移动或储能产品给内部锂电池充电。这种连接方式一定会存在接触阻抗，根据热量Q＝I2Rt＝CMΔT公式，接触阻抗越大，产生的热量也就越多，温升也就越高，特别是在大电流充电应用中，非常严重，必须要有好的方案控制和解决，否则，极易造成连接部位发热、变形，甚至于发生起火、燃烧和锂电池安全事件。所以，对连接器接触可靠性的检测和充电控制就显得非常重要。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种充电连接可靠性检测和充电控制电路、方法，以及时对锂电池充电连接的异常做出反馈，避免连接部位发热、变形，甚至于发生起火、燃烧和锂电池安全事件。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种充电连接可靠性检测和充电控制方法，控制器控制电池的充电回路的通断，并读取充电回路的充电接口处的充电输入电压和充电回路的充电电流，并执行以下步骤：
S1，当充电回路接入外部电源时，控制充电回路处于关断状态，读取充电回路的充电接口处的充电输入电压的初始电压值；
S2，控制充电回路开启充电，并逐步增大充电电流；在增大充电电流的同时，持续检测和记录充电输入电压的实时电压值和充电电流的实时电流值；
S3，将充电输入电压的初始电压值和实时电压值的差值与第一电压差值比较；
S31，当差值大于或等于第一电压差值且小于第二电压差值时，调小实时电流值，使差值返回小于第一电压差值的范围；
S32，当差值小于第一电压差值时，则持续加大实时电流值至预设电流值，然后保持以预设电流值进行充电；
S33，当差值大于或等于第二电压差值时，则关断充电回路，停止充电并发出警示。
一种充电连接可靠性检测和充电控制电路，包括控制器、开关模块、电压采集电路和电流采集电路，所述开关模块和电流采集电路串联于充电回路中，电流采集电路用于采集充电回路的充电电流；所述电压采集电路的输入端跨接在充电回路的充电接口，用于采集充电输入电压；所述控制器读取充电输入电压和充电电流，执行如上所述的充电连接可靠性检测和充电控制方法。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明的充电连接可靠性检测和充电控制方法，通过控制器对充电接口的充电输入电压的检测和充电回路充电电流的检测，从而在充电电流为零时采集到外部电源的输出电压，并通过对充电电流的调节，实时监测充电回路的充电输入电压，以监测外部电源的输出电压和充电输入电压的差值(即由充电连接产生的线路损耗或称跌落电压)是否超出安全范围，从而实现锂电池充电连接可靠性检测或将充电电流动态限制在安全范围，以避免连接部位发热、变形，甚至于发生起火、燃烧和锂电池安全事件。
附图说明
图1是锂电池的充电连接及控制示意图；
图2是锂电池的充电连接及控制的原理图；
图3是本发明的锂电池充电连接可靠性检测控制流程图；
图4是本发明的锂电池组的充电连接可靠性检测控制电路的具体实施例。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示的是一种常规的锂电池充电控制电路的示意图，产品的充电接口和内部锂电池之间设置有充电检测控制模块，图2为图1的等效原理图，如图2所示，V0为外部电源输出电压，R1为外部电源输出线束的等效电阻(值很小)，因电源输出线束的长度、线径规格是固定的，所以，R1的值也是固定的；R2为外部电源与产品接插的插头、插座接触电阻，可能会存在接触内阻变大或者接触不良(从而造成损耗变大，发热严重)的问题；V1为产品的充电输入电压，采样点位于充电接口的内侧；A为产品的电流采样电路；Q1为开关元件；R3、R4组成电压采样检测，微控制器MCU通过R3、R4读取充电输入电压V1的实时电压值，并通过电流采样电路A读取实时的充电电流A1，进而通过对开关元件Q1的开关控制，从而实现内部锂电池的充电控制。
在本实施例中，基于如图2所示的充电控制电路，提出了一种充电连接可靠性检测和充电控制方法，通过对充电电流动态控制，以避免连接部位发热、变形，从而确认充电连接的可靠性和充电安全性。具体的控制流程如图3所示。
1、当外部电源插入时，MCU读取内部只读存储器的存储的预设电流值A0，预设电流值A0为本装置允许的最大充电电流，MCU通过R3、R4检测充电输入电压V1，并记录外部电源输出电压V0(此时充电电流A1为零，充电输入电压V1等于外部电源输出电压V0)，并开始充电。
电池充电需要在电池两端加载合理的充电电压，该充电电压可以通过DC-DC变换器电路进行调节和限制，当外部电源输出电压和电池充电电压接近时，也可以采用直充的方式；在这两种情况下，优选的，为保证充电电压处于合适的电压范围，需要在充电电源的输入端对外部电源的输出电压进行欠压或过压检测，当外部电源的输出电压处于欠压或过压状态时，充电控制电路处于充电关闭状态；具体的控制过程如下：当外部电源插入时，MCU读取内部只读存储器存储的充电电流的设定值和允许的输入电压范围值，MCU通过R3、R4检测充电输入电压V1是否在预设的输入电压范围内，当充电输入电压V1在预设的输入电压范围内，则记录充电输入电压V1值(此时没有充电电流，充电输入电压V1即等于外部电源的输出电压V0)，并开始充电；进一步优选的，当输入电压V1在预设的输入电压范围外，则可发出欠压或过压警示，充电中止，一般点亮绿色LED灯表示充电正常，则可点亮其它颜色(如红色)的LED灯来表示异常状态，当然也可以采用其它常用手段和正常充电进行差异化显示。
2、开启充电并逐步增大充电电流A1，因插头、插座接触阻抗R2及线束阻抗R1(线束阻抗基本是固定值)的存在，充电输入电压V1会随着电流的增大而降低。为便于控制，优选的，将充电电流从零到预设电流值A0之间设置多级台阶，通过阶梯逐级增大充电电流A1。
3、在充电的同时，持续检测和记录充电输入电压V1的电压值，并计算跌落电压V0-V1值(电源输出电压V0和充电输入电压V1的差值)与设定的两个基准(基准1和基准2)比较，其中基准2大于基准1。
4、当充电电流A1增大到预设电流值A0时，若计算的跌落电压V0-V1值小于设定的基准1时，说明插头、插座接触阻抗R2正常，将充电电流A1维持在预设电流值A0正常充电。
5、当充电电流A1上升过程中，计算的跌落电压V0-V1值超出设定的基准1，说明插头、插座接触阻抗R2变大，不适宜以规定的充电电流正常充电；此时需要降低充电电流A1使跌落电压V0-V1值回到小于设定的基准1。优选的，可以根据超出设定的基准1多少来降低充电电流A1，超出设定的基准1越多，充电电流A1越小；通过该方式限制充电电流大小以保证充电接口的热量和温升在可接受范围之内，整个充电处于安全状态。
6、当充电电流上升过程中，计算的跌落电压V0-V1值超出设定的基准2，说明插头、插座接触阻抗异常，此时，直接关闭充电，报警；
7、故障退出，当充电控制部分处于关闭充电的报警状态，需要拔出插头(即断电)以关闭报警状态，此时微控制器接收到充电输入电压V1归零信号，从而关闭报警状态，重新处于等待充电状态；
8、在正常充电过程中，MCU同样会循环检测和刷新跌落电压V0-V1值，如果由于外界原因造成插头、插座接触异常，同样会触发保护，降低充电电流A1或者停止充电、告警。
本发明的充电连接可靠性检测和充电控制方法，通过控制器对充电接口的充电输入电压的检测和充电回路充电电流的检测，从而在充电电流为零时采集到外部电源的输出电压，并通过对充电电流的调节，实时监测充电回路的充电输入电压，以监测外部电源的输出电压和充电输入电压的差值(即由充电连接产生的线路损耗或称跌落电压)是否超出安全范围，从而实现锂电池充电连接可靠性检测或将充电电流动态限制在安全范围，以避免连接部位发热、变形，甚至于发生起火、燃烧和锂电池安全事件。
图4是锂电池组的充电连接可靠性检测和控制电路的一具体实施例。在本实施例中，充电连接可靠性检测和控制电路包括DC-DC变换器电路12、电压采样电路11和电流采样电路13，该DC-DC变换器电路12是一个双向四开关BUCK/BOOST变换器(升压/降压DC-DC变换器)，包括控制器U1、N-MOS开关管Q1、Q2、Q3、Q4、电容C3、C5、C7、C8、电阻RS2、R4、R5和电感L1，其中电阻R4、R5组成反馈电路，输出信号FB给控制器U1，电阻RS2为采样电阻，电感L1为储能电感，电容C3、C5为DC-DC变换器电路的输出滤波电容。通过该DC-DC变换器电路即可实现以下应用：由外部电源对电池BAT的充电，或由电池BAT对外部设备的供电。对于双向四开关BUCK/BOOST变换器的工作原理属于本领域的现有技术，在此不做展开说明。
在其它实际应用中，DC-DC变换器电路可以是BUCK、BOOST、BUCK-BOOST或双向BUCK-BOOST等DC-DC变换器电路，以满足不同输入电压条件下进行充电所需的升压、降压或升降压应用。
在本实施例中，电压采样电路由电阻R1、R6组成，将充电接口VIN处的充电输入电压V1经分压后接入控制器U1的端口I/O接入，由控制器U1读取。通过电压采样电路，控制器U1读取充电输入电压V1，同时可进行欠压和/或过压检测。
电流采样电路由电阻RS1、R2、R3和电容C4组成，电阻RS1为采样电阻，串联在充电回路中，电阻RS1的两端通过电阻R2、R3分别接入控制器U1的端口ISP和ISN，通过端口ISP和ISN之间的电压差和电阻RS1的阻值，可计算获得充电回路的充电电流。电容C4起平滑滤波。
控制器U1通过读取充电接口处的实时电压V1，及读取充电回路的实时电流，并通过DC-DC变换器电路控制充电电流的大小，从而执行如图3所示的锂电池充电连接可靠性检测控制流程。
本实施例中，控制器U1除具有双向四开关BUCK/BOOST控制器的功能外，还具有编程功能，从而实现对充电输入电压V1、充电电流A的采样检测，从而实现如图3所述的控制流程，以确认充电连接的可靠性和保证充电安全性。
本发明的充电检测控制模块实时监测充电过程中充电接口的充电输入电压和充电电流，并设定了因插座接触阻抗及线束阻抗产生的充电输入电压的电压跌落的允许范围，当监测到充电过程中的充电输入电压跌落达到或超出预定范围时，减小充电电流以将电压跌落回到预定范围之内，或直接停止充电并发出警示，从而防止连接部位过热、变形，甚至于发生起火、燃烧和锂电池安全事件。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种充电连接可靠性检测和充电控制方法，其特征在于：控制器控制电池的充电回路的通断，并读取充电回路的充电接口处的充电输入电压和充电回路的充电电流，并执行以下步骤：
S1，当充电回路接入外部电源时，控制充电回路处于关断状态，读取充电回路的充电接口处的充电输入电压的初始电压值；
S2，控制充电回路开启充电，并逐步增大充电电流；在增大充电电流的同时，持续检测和记录充电输入电压的实时电压值和充电电流的实时电流值；
S3，将充电输入电压的初始电压值和实时电压值的差值与第一基准值比较；
S31，当差值大于或等于第一基准值且小于第二基准值时，调小实时电流值，使差值返回小于第一基准值的范围；
S32，当差值小于第一基准值时，则持续加大实时电流值至预设电流值，然后保持以预设电流值进行充电；
S33，当差值大于或等于第二基准值时，则关断充电回路，停止充电并发出警示；
所述S31中的调小实时电流值具体为：根据差值超出第一基准值的多少来降低充电电流，当超出设定的第一基准值越多，充电电流越小；
所述S2中逐步增大充电电流具体为：将充电电流从零到预设电流值之间设置多级台阶，通过阶梯逐级增大充电电流。
2.如权利要求1所述的充电连接可靠性检测和充电控制方法，其特征在于：当输入电源的初始电压值大于最大限压值或小于最小限压值时，保持充电回路处于关断状态，并发出警示。
3.如权利要求1所述的充电连接可靠性检测和充电控制方法，其特征在于：当充电控制部分处于关闭充电的报警状态时，需要通过断电以关闭报警状态。
4.一种充电连接可靠性检测和充电控制电路，其特征在于：包括控制器、开关模块、电压采集电路和电流采集电路，所述开关模块和电流采集电路串联于充电回路中，电流采集电路用于采集充电回路的充电电流；所述电压采集电路的输入端跨接在充电回路的充电接口，用于采集充电输入电压；
所述控制器读取充电输入电压和充电电流，执行如权利要求1-3任一项所述的充电连接可靠性检测和充电控制方法。
5.如权利要求4所述的充电连接可靠性检测和充电控制电路，其特征在于：所述电压采集电路为电阻分压电路，所述电阻分压电路的输出端连接到控制器的模拟输入端。
6.如权利要求4所述的充电连接可靠性检测和充电控制电路，其特征在于：所述电流采集电路包括采样电阻，所述采样电阻的两端分别连接到控制器的模拟输入端。
7.如权利要求4所述的充电连接可靠性检测和充电控制电路，其特征在于：所述开关模块为开关元件，所述控制器通过调节开关元件的通断比来调节充电回路的充电电流。
8.如权利要求4所述的充电连接可靠性检测和充电控制电路，其特征在于：所述开关模块为DC-DC变换器电路，所述控制器通过DC-DC变换器电路来调节充电电流。
9.如权利要求8所述的充电连接可靠性检测和充电控制电路，其特征在于：所述DC-DC变换器电路是BUCK、BOOST、BUCK-BOOST或双向BUCK-BOOST变换器电路。
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Denomination of invention: A charging connection reliability detection and charging control circuit and method

Effective date of registration: 20230329

Granted publication date: 20211001

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Xiamen Pilot Free Trade Zone Branch

Pledgor: POWEROAD (XIAMEN) RENEWABLE ENERGY TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2023980036848