CN118232478A - 充电检测控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种充电检测控制系统及方法，所述系统包括：输出控制模块，用于响应于充电控制信号控制充电设备的输出电压端和充电连接端之间的充电通路的通断，所述充电连接端配置为通过充电接头电连接至被充电设备；信号采集模块，用于采集所述充电连接端的充电指标信号；监测控制模块，用于获取所述信号采集模块的充电指标信号，将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据，并于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号。本申请实现了快速准确检测充电接头与被充电设备之间是否断开，并于检测到充电接头断开时，控制充电通路关断以提高使用安全性。

Description

充电检测控制系统及方法

技术领域

本申请涉及充电机技术领域，具体涉及一种充电检测控制系统及方法。

背景技术

现有的充电机产品，在充电的时候可能发生充电接头(如输出夹子或输出接头)与被充电设备(如电池)断开连接的意外情况，此时如果不能及时检测到并关断输出，带电的输出端有可能造成意想不到的危险。因此，为了提高充电机使用中的安全性，有以下问题需要解决：1、如何准确检测充电机的充电接头与被充电设备的断开而不误判；2、如何快速检测充电机的充电接头与被充电设备的断开，提高检测速度。

发明内容

针对现有技术中的问题，本申请的目的在于提供一种充电检测控制系统及方法，快速准确检测充电接头与被充电设备之间是否断开，并于检测到充电接头断开时，控制充电通路关断以提高使用安全性。

本申请实施例提供一种充电检测控制系统，包括：

输出控制模块，用于响应于充电控制信号控制充电设备的输出电压端和充电连接端之间的充电通路的通断，所述充电连接端配置为通过充电接头电连接至被充电设备；

信号采集模块，用于采集所述充电连接端的充电指标信号；

监测控制模块，用于获取所述信号采集模块的充电指标信号，将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据，并于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号。

在一些实施例中，所述充电设备的输出电压端包括第一输出电压端和第二输出电压端，所述输出控制模块包括第一开关组件和第二开关组件，所述第一开关组件用于响应于第一充电控制信号控制所述第一输出电压端到所述充电连接端之间的第一充电通路的通断，所述第二开关组件用于响应于第二充电控制信号控制所述第二输出电压端到所述充电连接端之间的第二充电通路的通断。

在一些实施例中，所述信号采集模块包括分压电路，用于采集所述充电连接端的电压采样信号。

在一些实施例中，所述信号采集模块包括电流采样电路，所述电流采样电路包括第一运放单元和第二运放单元，所述第一运放单元的输出端连接于所述第二运放单元的输入端，所述第一运放单元和所述第二运放单元分别包括第一电流采样端和第二电流采样端。

在一些实施例中，所述监测控制模块包括：

信号检测单元，用于获取所述信号采集模块的充电指标信号，将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据；

断开检测单元，用于判断所述充电检测数据满足充电关断条件时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，并于预设间隔时间后，再次获取所述充电检测数据，根据再次获取的所述充电检测数据判断是否处于充电接头断开状态。

在一些实施例中，所述充电检测数据包括充电检测电压值和充电检测电流值，所述充电关断条件包括当前处于所述充电检测电压值大于第一电压阈值且充电电流检测值小于预设截止电流值的状态，且该状态的持续时间大于预设时间阈值。

在一些实施例中，所述断开检测单元配置为判断再次获取的充电检测数据中的充电检测电压值是否小于第二电压阈值，所述第二电压阈值小于所述第一电压阈值，如果是，则判定处于充电接头断开状态。

在一些实施例中，所述监测控制模块还包括保护报错单元，用于根据所述断开检测单元的判断结果确定当前处于充电接头断开状态时，持续向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，并输出报错信号。

本申请实施例还提供一种充电检测控制方法，包括所述的充电检测控制系统，所述方法包括如下步骤：

从信号采集模块接收所述充电连接端的充电指标信号；

将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据；

于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号。

在一些实施例中，所述充电检测数据包括充电检测电压值和充电检测电流值；于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，包括如下步骤：

判断所述充电检测数据是否满足所述充电检测电压值大于第一电压阈值且充电电流检测值小于预设截止电流值的状态；

如果满足，则将第一时间计数器的时间累加，如果不满足，则将第一时间计数器的时间清零；

判断所述第一时间计数器的累计时间是否大于预设时间阈值，如果是，则判断所述充电检测数据满足充电关断条件，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，并启动第二时间计数器开始计时；

判断所述第二时间计数器的累计时间是否大于预设间隔时间，如果是，则再次获取所述充电检测数据，根据再次获取的所述充电检测数据判断是否处于充电接头断开状态；

如果处于充电接头断开状态，则持续向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号。

本申请所提供的充电检测控制系统及方法具有如下优点：

通过采用本申请，通过信号采集模块对连接到充电接头的充电连接端处进行信号采样，并通过监测控制模块进行模数转换为数字信号后进行分析处理，实现了快速准确检测充电接头与被充电设备之间是否断开，并于检测到充电接头断开时，由监测控制模块向输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，通过输出控制模块控制充电通路关断以提高使用安全性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本申请一实施例的充电检测控制系统的结构框图；

图2是本申请一具体实例的充电检测控制系统的结构框图；

图3是本申请一实施例的输出控制模块的电路图；

图4是本申请一实施例的信号采集模块的分压电路的电路图；

图5是本申请一实施例的信号采集模块的电流采样电路的电路图；

图6是本申请一实施例的MCU供电电路的示意图；

图7是本申请一实施例的MCU的管脚示意图；

图8是本申请一实施例的充电检测控制方法的流程图；

图9是本申请一实施例的得到充电检测数据的流程图；

图10是本申请一实施例的判断是否处于充电接头断开状态的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。说明书中的“或”、“或者”均可能表示“和”或者“或”。虽然本说明书中可使用术语“上”、“下”、“之间”等来描述本申请的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本申请的范围内。本说明书中虽然采用“第一”或“第二”等来表示某些特征，但其仅为表示作用，而不作为具体特征的数量和重要性的限制。

如图1所示，本申请提供了一种充电检测控制系统，包括：

输出控制模块M100，用于响应于充电控制信号控制充电设备(如充电机)的输出电压端和充电连接端之间的充电通路的通断，所述充电连接端配置为通过充电接头(如输出夹子或输出接头)电连接至被充电设备(如电池)；所述充电连接端与所述充电接头电连接，所述充电接头连接到被充电设备的充电端，且所述充电通路导通时，所述充电设备向所述被充电设备进行充电；

信号采集模块M200，用于采集所述充电连接端的充电指标信号；所述充电指标信号例如包括电压采样信号和/或电流采样信号；

监测控制模块M300，用于获取所述信号采集模块M200的充电指标信号，将所述充电指标信号进行模数(AD)转换，得到充电检测数据，并于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块M100发送使所述充电通路关断的充电控制信号。所述监测控制模块M300采用MCU实现。在充电接头与被充电设备意外断开连接时，所述监测控制模块M300基于充电检测数据可以快速准确地检测到充电接头处于断开状态，并及时关断充电通路，提高充电设备使用的安全性。

通过采用本申请，通过信号采集模块M200对连接到充电接头的充电连接端处进行信号采样，并通过监测控制模块M300进行模数转换为数字信号后进行分析处理，实现了快速准确检测充电接头与被充电设备之间是否断开，并于检测到充电接头断开时，由监测控制模块M300向输出控制模块M100发送使所述充电通路关断的充电控制信号，通过输出控制模块M100控制充电通路关断以提高使用安全性。

如图2所示，在该实施例中，所述监测控制模块M300包括：

信号检测单元M310，用于获取所述信号采集模块的充电指标信号，将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据；

断开检测单元M320，用于判断所述充电检测数据满足充电关断条件时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，并于预设间隔时间后，再次获取所述充电检测数据，根据再次获取的所述充电检测数据判断是否处于充电接头断开状态。即所述断开检测单元M320首先识别到满足充电关断条件时，先控制充电通路关断一段时间，快速切断充电通路以提高使用安全性，然后再次获取充电检测数据并判断是否处于充电接头断开状态，以提高充电接头断开状态识别的准确性。

在该实施例中，所述充电指标信号包括电压采样信号和电流采样信号。信号检测单元M310对所述充电指标信号进行模数转换后，得到的所述充电检测数据包括充电检测电压值和充电检测电流值。所述充电关断条件包括当前处于所述充电检测电压值大于第一电压阈值且充电电流检测值小于预设截止电流值的状态，且该状态的持续时间大于预设时间阈值。此处第一电压阈值的数值较大，一般接近最高输出电压，所述预设截止电流值为一个较小的电流值。第一电压阈值和预设截止电流值的数值均可以由工程师根据经验设定，并且在使用过程中，可以根据检测灵敏度的不同来调整和校准。例如，工程师可以通过实验的方式，获取在充电接头与被充电设备断开连接时的充电检测电压值和充电检测电流值的数值，基于获得的数值本身或乘以一定的系数来设定第一电压阈值和截止电流值。

在该实施例中，所述断开检测单元M320根据再次获取的所述充电检测数据判断是否处于充电接头断开状态，包括：所述断开检测单元M320判断再次获取的充电检测数据中的充电检测电压值是否小于第二电压阈值，所述第二电压阈值小于所述第一电压阈值，如果是，则判定处于充电接头断开状态。此处第二电压阈值为一个较小的电压值，其数值也可以由工程师根据经验设定，并且在使用过程中，可以根据检测灵敏度的不同来调整和校准。例如，工程师可以通过实验的方式，获取在充电接头与被充电设备断开连接时，断开充电通路一定时间后的充电检测电压值的数值，基于该数值或者将该数值乘以一个系数来设定第二电压阈值。

如图2所示，所述监测控制模块M300还包括保护报错单元M330，用于根据所述断开检测单元M320的判断结果确定当前处于充电接头断开状态时，持续向所述输出控制模块M100发送使所述充电通路关断的充电控制信号，并输出报错信号。具体地，所述断开检测单元M320在判定当前处于充电接头断开状态时，发送判定结果给所述保护报错单元M330，所述保护报错单元M330通过所述输出控制模块M100控制充电通路保持关断的状态，彻底关断充电，同时输出报错信号。该报错信号例如是输出到显示屏的报错显示信号，也可以是声音报错信号，或发送到用户端的报错通知信号等，方便用户及时了解充电设备和被充电设备的状态。

下面结合图3～7示例性地介绍该实施例中各个模块的实现电路结构，但可理解的是，图3～7中示出的电路结构和以下描述仅为示例，而不作为本申请保护范围的限制。

图3是本申请一实施例的输出控制模块的电路图。所述充电设备的输出电压端包括第一输出电压端VCC1和第二输出电压端VCC2，此两个输出电压端均为市电通过充电设备中整流电路得到的直流输出电压，作为充电设备的输出电压给电池充电。VCC1<VCC2。因此，VCC1用于小电流的充电情况，VCC2用于大电流的充电情况。图3中B+节点和B-节点对应于充电连接端。B+OUT节点和B-OUT节点对应于充电接头的正极和负极。B+节点和B-节点与B+OUT节点和B-OUT节点之间通过电感L4电连接。电阻R60为B-节点和接地GND之间的电流采样电阻(该电阻阻值较小可视为短路)。

如图3所示，所述输出控制模块包括第一开关组件和第二开关组件。所述第一开关组件用于响应于第一充电控制信号控制所述第一输出电压端VCC1到所述充电连接端之间的第一充电通路的通断。具体地，所述第一开关组件包括电阻R56、电阻R57、三极管Q4和MOS管Q3。第一充电控制信号为监测控制模块的MOS端口输出的高低电平信号。第一充电控制信号控制三极管Q4的开关，以此控制MOS管Q3的开关，MOS管Q3的开关控制着从VCC1到B+节点的通断，从而控制第一充电通路的通断。所述第二开关组件用于响应于第二充电控制信号控制所述第二输出电压端VCC2到所述充电连接端之间的第二充电通路的通断。具体地，所述第二开关组件包括电阻R236、电阻R237、三极管Q2和继电器K2。第二充电控制信号为监测控制模块的Relay端口输出的高低电平信号。第二充电控制信号控制三极管Q2的通断，从而实现对继电器K2的控制，继电器K2控制第二充电通路的通断。

在该实施例中，所述信号采集模块包括分压电路，用于采集所述充电连接端的电压采样信号。图4示出了该实施例的分压电路的结构。该分压电路包括分压电阻R300、R301和电容C302。B+节点的电压通过分压电阻分压后得到ADV2节点电压，作为电压采样信号输入到监测控制模块的AVD2端口，通过监测控制模块的模数转换功能得到充电检测电压值。

在该实施例中，所述信号采集模块包括电流采样电路。图5示出了该实施例的电流采样电路的结构。所述电流采样电路包括第一运放单元和第二运放单元，所述第一运放单元的输出端连接于所述第二运放单元的输入端，所述第一运放单元和所述第二运放单元分别包括第一电流采样端和第二电流采样端。具体地，所述第一运放单元包括第一运放IC4A、电阻R204和电阻R206。第二运放单元包括第二运放IC4B、电阻R207和电阻R208。当充电设备向被充电设备充电时，B+节点的电流经过电阻R60在B-节点上产生电压信号，该电压信号经过第一运放单元和第二运放单元进行两级放大。ADC1为B-节点放大经过第一运放单元放大(1+R204/R205)倍的电压信号。ADC2为B-节点经过第一运放单元和第二运放单元放大(1+R204/R205)*(1+R207/R208)倍的电压信号。ADC1和ADC2分别作为第一电流采样信号和第二电流采样信号输入到监测控制模块的ADC1端口和ADC2端口。其中，ADC1端口用于检测大电流信号，ADC2端口用于检测小电流信号。监测控制模块根据工程师的设置或者预先设定的电流信号选择规则，从ADC1端口和ADC2端口的输入信号中选择一个作为后续进行充电接头断开状态判断的电流采样信号。

图6示出了本申请一实施例的MCU供电电路的结构。图7示出了本申请一实施例的MCU的管脚。MCU供电电路包括集成电路芯片IC9，图3中的VCC2或者B+节点的电压均可作为IC9的输入，IC9通过降压输出固定的+5V电压，给MCU(IC7)供电。MCU的ADV2端口接收电压采样信号，ADC1和ADC2端口接收第一电流采样信号和第二电流采样信号。MCU通过控制Relay端口和MOS端口输出高/低电平来实现对输出控制模块的第一充电通路和第二充电通路的通断控制。

如图8所示，本申请实施例还提供一种充电检测控制方法，包括所述的充电检测控制系统。具体地，该充电检测控制方法可以由上述监测控制模块(如MCU)来执行。所述方法包括如下步骤：

S100：从信号采集模块接收所述充电连接端的充电指标信号；

S200：将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据；

S300：于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号。

在该实施例中，在未判断处于充电接头断开状态时，充电接头与被充电设备电连接，持续向输出控制模块发出使所述充电通路导通的充电控制信号，例如MCU的MOS端和Relay端持续输出高电平信号，使输出控制模块中的第一开关组件和第二开关组件持续导通，充电设备正常向被充电设备充电。所述步骤S100之前，还可包括设置监测控制模块中各个参数的过程。例如，由工程师设置第一电压阈值、预设截止电流值、第二电压阈值、预设时间阈值、预设间隔时间等参数。这些参数在使用过程中还可以根据需要进行调整。

如图9所示，所述步骤S200中，将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据，包括如下步骤：

S210：将电流采样信号和电压采样信号进行模数转换，得到电流采样值和电压采样值；

S220：通过预设的滤波算法和校正算法对所述电流采样值和所述电压采样值进行滤波校正处理，得到电流校正值和电压校正值；

滤波算法用于滤除测量信号中的噪声，具体的滤波算法可以根据需要来选用，例如选择平均滤波算法、高通/低通滤波算法、带通滤波算法等；

校正算法用于对电流采样值和电压采样值进行校准，例如根据已知的电流校准偏差值来调整电流采样值，根据已知的电压校准偏差值来调整电压采样值；

S230：基于预设的电流计算方法处理所述电流采样值，得到充电检测电流值，并基于预设的电压计算方法处理所述电压采样值，得到充电检测电压值；

在该实施例中，基于预设的电流计算方法处理所述电流采样值，例如为将电流采样值乘以一个预设的电流计算系数，该电流计算系数为根据电流采样电路中元器件的参数预先设定的，基于预设的电压计算方法处理所述电压采样值，例如为将电压采样值乘以一个预设的电压计算系数，该电压计算系数为根据电压采样电路中分压电阻的参数预先设定的。

如图10所示，在该实施例中，所述步骤S300：于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，包括如下步骤：

S310：判断所述充电检测数据是否满足所述充电检测电压值大于第一电压阈值且充电电流检测值小于预设截止电流值的状态；

如果满足，则S320：将第一时间计数器的时间累加，如果不满足，则S330：将第一时间计数器的时间清零；

S340：判断所述第一时间计数器的累计时间是否大于预设时间阈值，如果是，则S350：判断所述充电检测数据满足充电关断条件，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，并启动第二时间计数器开始计时；

S360：判断所述第二时间计数器的累计时间是否大于预设间隔时间，如果是，则S370：再次获取所述充电检测数据，根据再次获取的所述充电检测数据判断是否处于充电接头断开状态；

在该实施例中，判断是否处于充电接头断开状态，包括：判断再次获取的充电检测数据中的充电检测电压值是否小于第二电压阈值；

如果再次获取的充电检测数据中的充电检测电压值小于第二电压阈值，则判断处于充电接头断开状态，继续S380：持续向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，退出充电状态；进一步地，还可输出报错信号，提示用户发生了充电接头断开的异常；并且，判断处于充电接头断开状态时，执行步骤S330：将第一时间计数器的时间清零；

如果再次获取的充电检测数据中的充电检测电压值大于或等于第二电压阈值，则判断未处于充电接头断开状态，继续S390：向所述输出控制模块发送使所述充电通路导通的充电控制信号。

该方法中各个未详述的步骤可以参照上述充电检测控制系统中模块的功能实现方式，此处不予赘述。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种充电检测控制系统，其特征在于，包括：

输出控制模块，用于响应于充电控制信号控制充电设备的输出电压端和充电连接端之间的充电通路的通断，所述充电连接端配置为通过充电接头电连接至被充电设备；

信号采集模块，用于采集所述充电连接端的充电指标信号；

监测控制模块，用于获取所述信号采集模块的充电指标信号，将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据，并于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号。

2.根据权利要求1所述的充电检测控制系统，其特征在于，所述充电设备的输出电压端包括第一输出电压端和第二输出电压端，所述输出控制模块包括第一开关组件和第二开关组件，所述第一开关组件用于响应于第一充电控制信号控制所述第一输出电压端到所述充电连接端之间的第一充电通路的通断，所述第二开关组件用于响应于第二充电控制信号控制所述第二输出电压端到所述充电连接端之间的第二充电通路的通断。

3.根据权利要求1所述的充电检测控制系统，其特征在于，所述信号采集模块包括分压电路，用于采集所述充电连接端的电压采样信号。

4.根据权利要求1所述的充电检测控制系统，其特征在于，所述信号采集模块包括电流采样电路，所述电流采样电路包括第一运放单元和第二运放单元，所述第一运放单元的输出端连接于所述第二运放单元的输入端，所述第一运放单元和所述第二运放单元分别包括第一电流采样端和第二电流采样端。

5.根据权利要求1所述的充电检测控制系统，其特征在于，所述监测控制模块包括：

信号检测单元，用于获取所述信号采集模块的充电指标信号，将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据；

断开检测单元，用于判断所述充电检测数据满足充电关断条件时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，并于预设间隔时间后，再次获取所述充电检测数据，根据再次获取的所述充电检测数据判断是否处于充电接头断开状态。

6.根据权利要求5所述的充电检测控制系统，其特征在于，所述充电检测数据包括充电检测电压值和充电检测电流值，所述充电关断条件包括当前处于所述充电检测电压值大于第一电压阈值且充电电流检测值小于预设截止电流值的状态，且该状态的持续时间大于预设时间阈值。

7.根据权利要求6所述的充电检测控制系统，其特征在于，所述断开检测单元配置为判断再次获取的充电检测数据中的充电检测电压值是否小于第二电压阈值，所述第二电压阈值小于所述第一电压阈值，如果是，则判定处于充电接头断开状态。

8.根据权利要求5所述的充电检测控制系统，其特征在于，所述监测控制模块还包括保护报错单元，用于根据所述断开检测单元的判断结果确定当前处于充电接头断开状态时，持续向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，并输出报错信号。

9.一种充电检测控制方法，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的充电检测控制系统，所述方法包括如下步骤：

从信号采集模块接收所述充电连接端的充电指标信号；

将所述充电指标信号进行模数转换，得到充电检测数据；

于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号。

10.根据权利要求9所述的充电检测控制方法，其特征在于，所述充电检测数据包括充电检测电压值和充电检测电流值；于根据所述充电检测数据判断处于充电接头断开状态时，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，包括如下步骤：

判断所述充电检测数据是否满足所述充电检测电压值大于第一电压阈值且充电电流检测值小于预设截止电流值的状态；

如果满足，则将第一时间计数器的时间累加，如果不满足，则将第一时间计数器的时间清零；

判断所述第一时间计数器的累计时间是否大于预设时间阈值，如果是，则判断所述充电检测数据满足充电关断条件，向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号，并启动第二时间计数器开始计时；

判断所述第二时间计数器的累计时间是否大于预设间隔时间，如果是，则再次获取所述充电检测数据，根据再次获取的所述充电检测数据判断是否处于充电接头断开状态；

如果处于充电接头断开状态，则持续向所述输出控制模块发送使所述充电通路关断的充电控制信号。