CN114024375A - 一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路及方法，包括地面发射装置、自保护开关、第二驱动电路、接收端通讯模块、MCU处理器、或门和无线充电系统，所述地面发射装置包括发射线圈和发射端谐振电容，所述MCU处理器在启动后判断第一电压采样电路和第一电流采样电路两侧的输出信号是否超出阈值，从而控制第二驱动电路来实现第三开关的断开与闭合。本发明中，当系统出现故障时，故障自保护电路开始工作，分别控制第一开关断开、第三开关闭合和第四开关断开，第一开关控制第二开关断开，上述故障自保护方法的三个部分同时进行，相互独立互不干扰，当故障解除后，开关自动复位，故障自保护重复进行，来保证系统的安全稳定运行。

Description

一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路及方法
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路及方法。
背景技术
随着社会的不断发展，电力资源的使用已经渗入到人们生活中的各个方面，电力资源的使用给人们的生活提供了极大的便利，我国电动自行车保有量达到了3亿的规模，每天有高达1亿次的充电次数，无线充电作为一种新型的充电方式，给使用电动自行车的用户提供了一种安全的充电方式，但是，无线充电的使用也不是绝对安全的，在使用的过程中会出现各种各样的安全隐患，当使用电力资源的时候出现异常情况时，就需要对供电回路进行安全处理，需要及时断开供电回路。
现有技术中，当出现需要断开供电回路的情况时，只能通过人为手动的方式断开供电开关，从而切断供电回路。然而，这种手动的断电方式较为单一，并且在实际操作过程中，并不能及时断开供电回路，会对用电设备产生极大的损害，因此，如何在需要的情况下及时断开供电回路，保障无线充电系统方便快捷、安全可靠的工作，是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述背景技术中所提到的技术问题，而提出的一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路，包括地面发射装置、自保护开关、第二驱动电路、接收端通讯模块、MCU处理器、或门和无线充电系统，所述地面发射装置包括发射线圈和发射端谐振电容，所述自保护开关包括第一开关、第二开关、第三开关和第一驱动电路，所述无线充电系统包括接收线圈、接收端谐振电容、第一电压采样电路、第一电流采样电路和整流电路；
所述MCU处理器在启动后控制第一开关的断开和闭合，从而控制第一驱动电路来实现第二开关的断开和闭合；
所述MCU处理器在启动后判断第一电压采样电路和第一电流采样电路两侧的输出信号是否超出阈值，从而控制第二驱动电路来实现第三开关的断开与闭合。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括参考电源和比较器，所述比较器包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端与参考电源连接，第二输入端与接收线圈连接，所述比较器比较第一输入端和第二输入端的输入信号的大小，从而控制第二驱动电路来实现第三开关的断开与闭合。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括第四开关和第三驱动电路，所述无线充电系统还包括第二电压采样电路，所述第二电压采样电路与无线充电系统的输出端并联，所述MCU处理器在启动后判断第二电压采样电路两端的电压信号是否异常，从而控制第三驱动电路来实现第四开关的断开与闭合。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均为常开型自复位开关，在无线充电系统断电后自动复位。
作为上述技术方案的进一步描述：
一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护方法，包括第一开关、第三开关和第四开关的开闭控制方法，其中，第一开关的开闭控制方法的步骤具体为：首先，MCU处理器启动后控制第一开关闭合，其次，MCU处理器实时检测接收到的地面发射装置的指令，并判断是否为断开指令，如果是，MCU处理器控制第一开关断开，否则，不需要控制第一开关断开。
作为上述技术方案的进一步描述：
第三开关的开闭控制方法包括MCU处理器控制和比较器控制，其中，MCU处理器控制第三开关开闭的步骤具体为：MCU处理器实时检测第一电压采样电路和第一电流采样电路的输出信号，并与MCU处理器中预先设定的阈值相比，当超过相应阈值时，MCU处理器控制第三开关闭合，第三开关闭合后，地面发射装置输入电流增大，超过设定的电流阈值，地面发射装置自动停止工作，否则，MCU处理器控制第三开关断开。
作为上述技术方案的进一步描述：
比较器控制第三开关开闭的具体步骤为：比较器第一输入端的输入信号与比较器第二输入端的输入信号相比，当比较器第二输入端的输入信号大于比较器第一输入端的输入信号，比较器控制第三开关闭合，否则，比较器控制第三开关断开。
作为上述技术方案的进一步描述：
第四开关的开闭控制方法的步骤具体为：MCU处理器实时检测第二电压采样电路的输出信号，并根据采集到的电压信号判断车载电池是否出现异常，如果是，MCU处理器控制第四开关断开，第四开关断开后，MCU处理器通过接收端通讯模块发送停止工作命令给地面发射装置，控制地面发射装置停止工作，否则，MCU处理器控制第四开关闭合。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，在正常充电过程中，第一开关、第二开关和第四开关均处于闭合状态，第三开关处于断开状态，当系统出现故障时，故障自保护电路开始工作，分别控制第一开关断开、第三开关闭合和第四开关断开，第一开关控制第二开关断开，当无线充电系统开始工作后，上述故障自保护方法的三个部分同时进行，相互独立互不干扰，当故障解除后，开关自动复位，当在无线充电系统再次工作时，上述故障自保护方法重复进行，来保证系统的安全稳定运行。
2、本发明中，MCU处理器实时检测第一电压采样电路和第一电流采样电路的输出信号，并与MCU处理器中预先设定的阈值相比，当超过相应阈值时，MCU处理器控制第三开关闭合，第三开关闭合后，地面发射装置输入电流增大，超过设定的电流阈值，地面发射装置自动停止工作，否则，MCU处理器控制第三开关断开。
3、本发明中，比较器第一输入端的输入信号与比较器第二输入端的输入信号相比，当比较器第二输入端的输入信号大于比较器第一输入端的输入信号，比较器控制第三开关闭合，第三开关闭合后，地面发射装置输入电流增大，超过设定的电流阈值，地面发射装置自动停止工作，否则，比较器控制第三开关断开。
4、本发明中，MCU处理器实时检测第二电压采样电路的输出信号，并根据采集到的电压信号判断车载电池是否出现异常，如果是，MCU处理器控制第四开关断开，第四开关断开后，MCU处理器通过接收端通讯模块发送停止工作命令给地面发射装置，控制地面发射装置停止工作，否则，MCU处理器控制第四开关闭合。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路的电路结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路的自保护开关的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例提供的第一种车载电池电压异常时的电池电压图；
图4示出了根据本发明实施例提供的第二种车载电池电压异常时的电池电压图；
图5示出了根据本发明实施例提供的第三种车载电池电压异常时的电池电压图。
图例说明：
10、参考电源；11、比较器；12、整流电路；13、第四开关；14、地面发射装置；15、自保护开关；16、第二驱动电路；17、接收端通讯模块；18、MCU处理器；19、或门；20、第一开关；21、第一驱动电路；22、第二开关；23、第三开关；24、第三驱动电路；25、第一电压采样电路；26、第一电流采样电路；27、第二电压采样电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路，包括地面发射装置14、自保护开关15、第二驱动电路16、接收端通讯模块17、MCU处理器18、或门19和无线充电系统，地面发射装置14包括发射线圈和发射端谐振电容，自保护开关15包括第一开关20、第二开关22、第三开关23和第一驱动电路21，无线充电系统包括接收线圈、接收端谐振电容、第一电压采样电路25、第一电流采样电路26和整流电路12；
具体的，接收线圈和发射线圈可以是双D形、矩形或圆形，也可以是其他形状的线圈，本发明对线圈的形状不做限定；
具体的，第一开关20的两端第一驱动电路21的两端并联，第二开关22与第三开关23串联，并与无线充电系统的整流电路12输入端并联，第一开关20的控制端与自保护开关15的第一控制输入端相连，第三开关23的控制端与自保护开关15的第二控制输入端相连，自保护开关15的第一控制输入端与MCU处理器18相连，或门19的输出端与第二驱动电路16输入端相连，自保护开关15的第二控制输入端与第二驱动电路16的输出端相连，第一电压采样电路25和第一电流采样电路26的输出端均与MCU处理器18相连，第一电压采样电路25与接收端谐振电容并联，第一电流采样电路26与接收线圈串联，接收端通讯模块17输入端与MCU处理器18相连，接收端通讯模块17与地面发射装置14通过无线通讯相连；
其中，在本实施例中，第二开关22的第二端和第三开关23的第一端均串联后，第二开关22的第一端与接收端谐振电容相连，第三开关23的第二端与接收线圈相连，但并不代表第二开关22的第一端必须与接收端谐振电容相连，也不代表着第三开关23的第二端必须与接收线圈相连，第二开关22的第二端和第三开关23的第一端均串联后，第二开关22的第一端还可以与接收端线圈相连，第三开关23的第二端与接收谐振电容相连，本发明对具体的连接方式不作限定；
其中，本实施例给出的是串串谐振无线充电系统的情况，但本发明提出的故障自保护电路可以用在串-串、串-并、并-串、并-并和LCC-LCC等形式的无线充电系统中，均实现相同的功能；
MCU处理器18在启动后控制第一开关20的断开和闭合，从而控制第一驱动电路21来实现第二开关22的断开和闭合；
MCU处理器18在启动后判断第一电压采样电路25和第一电流采样电路26两侧的输出信号是否超出阈值，从而控制第二驱动电路16来实现第三开关23的断开与闭合。
请参阅图1，还包括参考电源10和比较器11，比较器11包括第一输入端和第二输入端，第一输入端与参考电源10连接，第二输入端与接收线圈连接，比较器11比较第一输入端和第二输入端的输入信号的大小，从而控制第二驱动电路16来实现第三开关23的断开与闭合；
具体的，参考电源10可以是电池组、电池或者开关电源，也可以是其他形式的电源，本发明对参考电源10的具体类型不作限定。
请参阅图1，还包括第四开关13和第三驱动电路24，无线充电系统还包括第二电压采样电路27，第二电压采样电路27的输出端与MCU处理器18相连，第二电压采样电路27与无线充电系统的输出端并联，MCU处理器18在启动后判断第二电压采样电路27两端的电压信号是否异常，从而控制第三驱动电路24来实现第四开关13的断开与闭合。
请参阅图1和图2，第一开关20、第二开关22、第三开关23和第四开关13均为常开型自复位开关，在无线充电系统断电后自动复位；
其中，第一开关20是可以被MCU处理器18控制的开关，可以是三极管、MOS管、光耦或继电器、接触器等，MCU处理器18可以控制三极管、MOS管、光耦或继电器、接触器等完成相应的操作从而达到断开和闭合电路的目的即可，本发明对第一开关20的具体类型不作限定；
其中，第三开关23为半控型开关，当第三开关23闭合后，只要第三开关23中有电流流过，第三开关23将保持闭合状态。
请参阅图1-5，一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护方法，包括第一开关20、第三开关23和第四开关13的开闭控制方法，其中，第一开关20的开闭控制方法的步骤具体为：首先，MCU处理器18启动后控制第一开关20闭合，其次，MCU处理器18实时检测接收到的地面发射装置14的指令，并判断是否为断开指令，如果是，MCU处理器18控制第一开关20断开，否则，不需要控制第一开关20断开。
请参阅图1，第三开关23的开闭控制方法包括MCU处理器18控制和比较器11控制，由于或门19的作用，MCU处理器18和比较器11均可实现第三开关23的开闭控制；
其中，MCU处理器18控制第三开关23开闭的步骤具体为：MCU处理器18实时检测第一电压采样电路25和第一电流采样电路26的输出信号，并与MCU处理器18中预先设定的阈值相比，当超过相应阈值时，MCU处理器18控制第三开关23闭合，第三开关23闭合后，地面发射装置14输入电流增大，超过设定的电流阈值，地面发射装置14自动停止工作，否则，MCU处理器18控制第三开关23断开；
其中，比较器11控制第三开关23开闭的具体步骤为：比较器11第一输入端的输入信号与比较器11第二输入端的输入信号相比，当比较器11第二输入端的输入信号大于比较器11第一输入端的输入信号，比较器11控制第三开关23闭合，第三开关23闭合后，地面发射装置14输入电流增大，超过设定的电流阈值，地面发射装置14自动停止工作，否则，比较器11控制第三开关23断开；
地面发射装置14中必然具有电流检测模块，以对流过地面发射装置14的电流进行检测判断。
具体的，第一开关20闭合的同时控制第二开关22闭合打开自保护功能，此时，第三开关23才能起到自保护的功能，当第三开关23触发保护功能闭合后，此时系统还会不断监测上述第三开关23的开闭条件，当监测到故障排除后，MCU处理器18控制第一开关20断开实现第二开关22断开，使得第三开关23断开，然后，等待一段时间后，MCU处理器18控制第一开关20闭合实现第二开关22闭合，重新打开自保护功能。
请参阅图1和图3-5，第四开关13的开闭控制方法的步骤具体为：MCU处理器18实时检测第二电压采样电路27的输出信号，并根据采集到的电压信号判断车载电池是否出现异常，如果是，MCU处理器18控制第四开关13断开，第四开关13断开后，MCU处理器18通过接收端通讯模块17发送停止工作命令给地面发射装置14，控制地面发射装置14停止工作，否则，MCU处理器18控制第四开关13闭合；
车载电池异常现象主要包括充电过程中车载电池电压陡然升高或降低、车载电池与无线充电系统输出的正负极反接等，图3、图4和图5给出了三种不同的车载电池异常现象，在设定的检测时间端内，如果车载电池电压出现多次陡然升高或者降低时，可以判断车载电池出现故障，需要说明的是，可以在MCU处理器18中预先存储不同类型的异常现象曲线，但不仅局限于上述三种异常现象的检测，给出现故障的车载电池充电是非常危险的，当检测到车载电池出现故障时，MCU处理器18会及时控制第四开关13断开，并将故障信号通过接收端通讯模块17传递给地面发射装置14，控制发射端停止工作，在实际的应用过程中，还应该包括报警装置，当检测到电池故障时，会同时发出报警声提醒用户。
具体的，在正常充电过程中，第一开关20、第二开关22和第四开关13均处于闭合状态，第三开关23处于断开状态，当系统出现故障时，故障自保护电路开始工作，分别控制第一开关20断开、第三开关23闭合和第四开关13断开，第一开关20控制第二开关22断开，当无线充电系统开始工作后，上述故障自保护方法的三个部分同时进行，相互独立互不干扰，当故障解除后，开关自动复位，当在无线充电系统再次工作时，上述故障自保护方法重复进行，来保证系统的安全稳定运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路，其特征在于，包括地面发射装置(14)、自保护开关(15)、第二驱动电路(16)、接收端通讯模块(17)、MCU处理器(18)、或门(19)和无线充电系统，所述地面发射装置(14)包括发射线圈和发射端谐振电容，所述自保护开关(15)包括第一开关(20)、第二开关(22)、第三开关(23)和第一驱动电路(21)，所述无线充电系统包括接收线圈、接收端谐振电容、第一电压采样电路(25)、第一电流采样电路(26)和整流电路(12)；
所述MCU处理器(18)在启动后控制第一开关(20)的断开和闭合，从而控制第一驱动电路(21)来实现第二开关(22)的断开和闭合；
所述MCU处理器(18)在启动后判断第一电压采样电路(25)和第一电流采样电路(26)两侧的输出信号是否超出阈值，从而控制第二驱动电路(16)来实现第三开关(23)的断开与闭合。
2.根据权利要求1所述的一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路及方法，其特征在于，还包括参考电源(10)和比较器(11)，所述比较器(11)包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端与参考电源(10)连接，第二输入端与接收线圈连接，所述比较器(11)比较第一输入端和第二输入端的输入信号的大小，从而控制第二驱动电路(16)来实现第三开关(23)的断开与闭合。
3.根据权利要求1所述的一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路及方法，其特征在于，还包括第四开关(13)和第三驱动电路(24)，所述无线充电系统还包括第二电压采样电路(27)，所述第二电压采样电路(27)与无线充电系统的输出端并联，所述MCU处理器(18)在启动后判断第二电压采样电路(27)两端的电压信号是否异常，从而控制第三驱动电路(24)来实现第四开关(13)的断开与闭合。
4.根据权利要求1所述的一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护电路及方法，其特征在于，所述第一开关(20)、第二开关(22)、第三开关(23)和第四开关(13)均为常开型自复位开关，在无线充电系统断电后自动复位。
5.一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护方法，其特征在于，包括第一开关(20)、第三开关(23)和第四开关(13)的开闭控制方法，其中，第一开关(20)的开闭控制方法的步骤具体为：首先，MCU处理器(18)启动后控制第一开关(20)闭合，其次，MCU处理器(18)实时检测接收到的地面发射装置(14)的指令，并判断是否为断开指令，如果是，MCU处理器(18)控制第一开关(20)断开，否则，不需要控制第一开关(20)断开。
6.根据权利要求5所述的一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护方法，其特征在于，第三开关(23)的开闭控制方法包括MCU处理器(18)控制和比较器(11)控制，其中，MCU处理器(18)控制第三开关(23)开闭的步骤具体为：MCU处理器(18)实时检测第一电压采样电路(25)和第一电流采样电路(26)的输出信号，并与MCU处理器(18)中预先设定的阈值相比，当超过相应阈值时，MCU处理器(18)控制第三开关(23)闭合，第三开关(23)闭合后，地面发射装置(14)输入电流增大，超过设定的电流阈值，地面发射装置(14)自动停止工作，否则，MCU处理器(18)控制第三开关(23)断开。
7.根据权利要求6所述的一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护方法，其特征在于，比较器(11)控制第三开关(23)开闭的具体步骤为：比较器(11)第一输入端的输入信号与比较器(11)第二输入端的输入信号相比，当比较器(11)第二输入端的输入信号大于比较器(11)第一输入端的输入信号，比较器(11)控制第三开关(23)闭合，否则，比较器(11)控制第三开关(23)断开。
8.根据权利要求5所述的一种二轮电动车的无线充电系统的故障自保护方法，其特征在于，第四开关(13)的开闭控制方法的步骤具体为：MCU处理器(18)实时检测第二电压采样电路(27)的输出信号，并根据采集到的电压信号判断车载电池是否出现异常，如果是，MCU处理器(18)控制第四开关(13)断开，第四开关(13)断开后，MCU处理器(18)通过接收端通讯模块(17)发送停止工作命令给地面发射装置(14)，控制地面发射装置(14)停止工作，否则，MCU处理器(18)控制第四开关(13)闭合。
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