温度控制电路、方法以及充电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种温度控制电路、方法以及充电系统。温度控制电路包括：判断单元，用于接收来自传感器的温度值，并且将温度值分别与热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度进行比较来产生相应的判断结果；计算单元，耦合于判断单元，用于根据判断结果实时计算输出功率；以及设置单元，耦合于计算单元，用于产生对应于输出功率的电压设置值和电流设置值给功率模块。采用本发明的温度控制电路、方法及充电系统可以灵活地调整充电系统的输出功率，从而提高了充电效率并且避免了充电系统的过热情况的发生。
【专利说明】温度控制电路、方法以及充电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制电路，尤其涉及一种温度控制电路、方法及充电系统。
【背景技术】
[0002]充电系统(例如，电动车辆充电器)，尤其是不带风扇的密封式充电系统，在过温的情况下可能会被损坏。因此，在设计充电系统时，需要考虑充电系统的充电效率以及发热、散热之间的平衡。传统的充电系统的温度控制方法主要分为温度开关控制方法以及分段阈值控制方法两种。温度开关控制方法利用耦合于功率模块和温度传感器之间的开关来控制充电系统的温度。当温度传感器指示充电系统的温度达到过温阈值时，通过断开开关来控制充电系统的功率模块停止输出功率，从而使得充电系统的温度减缓或停止上升。分段阈值控制方法可以设置对应于多个温度阈值(例如，第一温度阈值和第二温度阈值)的多个功率级别(例如，第一功率级别和第二功率级别)。当充电系统开始工作时，功率模块以额定功率输出；当温度传感器指示充电系统的温度达到第一温度阈值时，功率模块以第一功率级别(其低于额定功率，例如是额定功率的50%)输出；当温度传感器指示充电系统的温度达到第二温度阈值时，功率模块以第二功率级别(其低于第一功率级别，例如是额定功率的25%甚至O瓦特)输出，从而使得充电系统的温度减缓或停止上升。其中第二温度阈值大于第一温度阈值。上述两种温度控制方法通过监测充电系统的温度来调整输出功率。然而，上述方法不能灵活地调整充电系统的输出功率，从而导致充电效率不高。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于提供一种温度控制电路、方法及充电系统，以提高充电效率且避免充电系统出现过温。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供了一种温度控制电路，该温度控制电路包括:判断单元，用于接收来自传感器的温度值，并且将温度值分别与热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度进行比较来产生相应的判断结果；计算单元，耦合于判断单元，用于根据判断结果实时计算输出功率；以及设置单元，耦合于计算单元，用于产生对应于输出功率的电压设置值和电流设置值给功率模块。
[0005]本发明所述的温度控制电路，所述电压设置值保持恒定。
[0006]本发明所述的温度控制电路，所述判断单元比较单位时间内的所述温度值的变化量和预定的温度变化量阈值，如果所述温度值的变化量大于所述预定的温度变化量阈值，所述判断结果为所述温度控制电路需要进行热平衡控制，并且所述计算单元根据所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率。
[0007]本发明所述的温度控制电路，如果所述温度值小于或等于所述热平衡阈值温度，所述判断结果为所述温度控制电路不需要进行热平衡控制，并且所述设置单元使所述功率模块输出额定功率；如果所述温度值大于所述热平衡阈值温度，所述判断结果为所述温度控制电路需要进行热平衡控制，并且所述计算单元根据单位时间内的所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率。
[0008]本发明所述的温度控制电路，在热平衡控制期间，所述单位时间内的所述输出功率的变化量与所述温度值的变化量成反比，若所述温度值增大，则所述计算单元减小所述输出功率；若所述温度值减小，则所述计算单元增大所述输出功率；以及若所述温度值不变，则所述计算单元保持所述输出功率不变。
[0009]本发明所述的温度控制电路，在热平衡控制期间，所述单位时间内的所述输出功率的变化量与所述温度值的变化量呈线性反比关系。
[0010]本发明所述的温度控制电路，如果所述温度值大于或等于所述最高使用温度，所述判断结果为出现过温情况，并且所述设置单元使所述功率模块停止输出功率，所述判断单元比较所述温度值与所述恢复温度，如果所述温度值小于或等于所述恢复温度，所述判断结果为已恢复正常，并且所述设置单元使所述功率模块输出额定功率。
[0011]本发明所述的温度控制电路，所述最高使用温度大于所述热平衡阈值温度并且所述热平衡阈值温度大于或等于所述恢复温度。
[0012]本发明还提供了一种温度控制方法，该温度控制方法包括以下步骤:接收来自传感器的温度值；将温度值分别与热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度进行比较，产生相应的判断结果；根据判断结果实时计算输出功率；以及产生对应于输出功率的电压设置值和电流设置值给功率模块。
[0013]本发明所述的温度控制方法，所述电压设置值保持恒定。
[0014]本发明所述的温度控制方法，所述温度控制方法还包括以下步骤:比较单位时间内的所述温度值的变化量与预定的温度变化量阈值；如果所述温度值的变化量大于所述预定的温度变化量阈值，进行热平衡控制并且根据所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率。
[0015]本发明所述的温度控制方法，所述根据所述判断结果实时计算输出功率的步骤还包括以下步骤:如果所述温度值小于或等于所述热平衡阈值温度，不进行热平衡控制并且使所述功率模块输出额定功率；以及如果所述温度值大于所述热平衡阈值温度，进行热平衡控制并且根据单位时间内的所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率。
[0016]本发明所述的温度控制方法，在所述进行热平衡控制的步骤中，所述单位时间内的所述输出功率的变化量与所述温度值的变化量成反比，若所述温度值增大，则减小所述输出功率；若所述温度值减小，则增大所述输出功率；以及若所述温度值不变，则保持所述输出功率不变。
[0017]本发明所述的温度控制方法，所述根据所述判断结果实时计算输出功率的步骤还包括以下步骤:如果所述温度值大于或等于所述最高使用温度，使所述功率模块停止输出功率；以及如果所述温度值小于或等于所述恢复温度，使所述功率模块输出额定功率。
[0018]本发明还提供了一种充电系统，该充电系统包括:传感器，用于感应温度并传输温度值；控制模块，耦合于传感器，用于接收温度值，根据温度值分别与热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度的比较，实时计算输出功率，并且产生对应于输出功率的电压设置值和电流设置值；以及功率模块，耦合于控制模块，用于接收电压设置值和电流设置值，并根据电压设置值和电流设置值进行充电操作。
[0019]本发明所述的充电系统，所述传感器包括热敏电阻以及数字温度传感器。[0020]本发明所述的充电系统，所述控制模块包括:判断单元，用于接收所述温度值并且将所述温度值分别与所述热平衡阈值温度、所述最高使用温度以及所述恢复温度进行比较，产生相应的判断结果；计算单元，耦合于所述判断单元，用于根据所述判断结果实时计算所述输出功率；以及设置单元，耦合于所述计算单元，用于产生所述电压设置值和所述电流设置值给所述功率模块。
[0021]本发明所述的充电系统，所述充电操作是通过所述充电系统向电池提供电力来实现。
[0022]本发明所述的充电系统，所述电压设置值保持恒定。
[0023]本发明所述的充电系统，如果所述温度值小于或等于所述热平衡阈值温度，所述控制模块使所述功率模块输出额定功率；如果所述温度值大于所述热平衡阈值温度，所述控制模块根据单位时间内的所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率；如果所述温度值大于或等于所述最高使用温度，所述控制模块使所述功率模块停止输出功率；以及如果所述温度值小于或等于所述恢复温度，所述控制模块使所述功率模块恢复输出额定功率。
[0024]与现有技术相比，本发明的温度控制电路、方法以及充电系统根据温度值灵活地调整充电系统的输出功率，从而提高了充电效率并且避免了充电系统的过热情况的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点，其中相似的符号代表相似的组件。
[0026]图1所示为根据本发明的一个实施例的充电系统的方框图；
[0027]图2所示为根据本发明的一个实施例的控制模块的方框图；
[0028]图3所示为根据本发明的一个实施例的温度控制过程中的输出功率和温度的变化示意图；
[0029]图4所示为根据本发明的另一个实施例的温度控制过程中的输出功率和温度的变化示意图；
[0030]图5和图6所示为根据本发明的一个实施例的由充电系统进行的温度控制方法的流程图；以及
[0031]图7所示为根据本发明的另一个实施例的由充电系统进行的温度控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
[0033]另外，为了更好的说明本发明，在下文的【具体实施方式】中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0034]图1所示为根据本发明的一个实施例的充电系统100的方框图。该充电系统100可以是任何类型的充电系统，包括但不局限于为电动车辆和/或混合动力车辆等充电的充电器。在图1的示例中，充电系统100包括传感器102、控制模块104以及功率模块106。传感器102用于感应温度，例如感应充电系统100的内部温度，并将感应到的温度值T传输给控制模块104。传感器102可以包括热敏电阻(例如，负温度系数热敏电阻NTC)以及耦合于热敏电阻将温度物理值转换成温度数字值的数字温度传感器。耦合于传感器102的控制模块104用于接收温度值T，根据接收的温度值T实时计算输出功率，并产生对应于输出功率的电压设置值Vset和电流设置值Iset。耦合于控制模块104的功率模块106用于接收电压设置值Vset和电流设置值Iset，并根据电压设置值Vset和电流设置值Iset进行充电操作。本领域技术人员将理解，可由充电系统100的功率模块106向电池(未示出)提供电力来实现该充电操作。图2所示为根据本发明的一个实施例的控制模块104的方框图。图2将结合图1进行描述。如上所述，控制模块104用于接收温度值T，根据接收的温度值T实时计算输出功率，并产生对应于输出功率的电压设置值Vset和电流设置值Iset给功率模块106。在图2的示例中，控制模块104包含判断单元202、计算单元204以及设置单元206。判断单元202用于接收来自传感器102的温度值T并且根据温度值T产生相应的判断结果。在图2的示例中，判断单元202可将温度值T分别与热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度进行比较。热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度可以存储于判断单元202的存储器(例如，EEPROM或Flash)内(图2中未示出)。举例且并非限制，热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度可分别为75°C、100°C以及65°C。本领域技术人员将理解，根据不同的应用需求，热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度也可以合适地设置为其它数值，例如75°C、85°C以及75°C。
[0035]具体地，当接收到来自传感器102的温度值T时，判断单元202比较该温度值T与热平衡阈值温度(例如75°C)。如果温度值T小于或等于热平衡阈值温度，判断单元202的判断结果为:控制模块104不需要进行热平衡控制。在此情况下，计算单元204实时计算出的输出功率为额定功率。例如，可以根据计算单元204中存储的查找表，查找出温度值T小于或等于热平衡阈值温度时对应的输出功率为额定功率。设置单元206产生对应于额定功率的电压设置值Vset和电流设置值Iset。例如，可以根据设置单元206中存储的查找表，查找出与额定功率对应的电压设置值Vset和电流设置值Iset，从而使功率模块106输出额定功率。如果温度值T大于热平衡阈值温度，判断单元202的判断结果为:控制模块104需要进行热平衡控制。在此情况下，耦合于判断单元202的计算单元204根据判断结果实时计算输出功率。特别地，假设传感器102的采样时间间隔为ti (S卩，单位时间)，将采样时间点t+ti的温度值T(t+ti)和上一个采样时间点t的温度值T(t)之间的差值(SP，T (t+ti) -T (t))定义为单位时间内的温度值T的变化量Λ T0若变化量Λ T大于0，表示温度增大；若变化量Λ T小于0，表示温度下降；若变化量Λ T等于0，表示温度不变。计算单元204可以根据温度值T的变化量Λ T来实时地调整输出功率。也就是说，当变化量Λ T近似为0，即温度值T基本保持恒定时，视为充电系统100进入温度平衡状态。在此情况下，控制模块104暂停热平衡控制。当热平衡控制暂停时，功率模块106将保持暂停之前的输出功率以及对应的电压设置值Vset和电流设置值Iset。对于计算单元204的计算方法，可进一步参考图3的详细描述。
[0036]在计算单元204计算出需要调整的新的输出功率(例如调整为原输出功率的一半)之后，耦合于计算单元204的设置单元206产生对应于该新的输出功率的电压设置值Vset和电流设置值Iset。在一个实施例中，充电系统100的功率模块106向电池(未示出)提供的电压设置值Vset保持恒定。在本发明的实施例中，“实质恒定”表示电压设置值Vset可轻微变化(例如，受到外部环境温度影响)，但保持在一个适当的变化范围内。在此情况下，对应于该新的输出功率，设置单元206合适地设置新的电流设置值Iset而保持电压设置值Vset实质恒定。在另一实施例中，充电系统100的功率模块106向电池(未示出)提供的电压设置值Vset可变化。在此情况下，对应于该新的输出功率，设置单元206合适地设置新的电压设置值Vset和新的电流设置值Iset。
[0037]此外，判断单元202还可以比较温度值T与最高使用温度(例如100°C)。如果温度值T上升到(大于或等于)最高使用温度，判断单元202的判断结果为:出现过温情况。在此情况下，计算单元204实时计算出的输出功率为O瓦特。例如，可以根据计算单元204中存储的查找表，查找出温度值T大于或等于最高使用温度时对应的输出功率为O瓦特。设置单元206产生对应于O瓦特的电压设置值Vset和电流设置值Iset。例如，可以根据设置单元206中存储的查找表，查找出输出功率为O瓦特时对应的电压设置Vset和电流设置值Iset，从而使功率模块106停止输出功率,进而使温度值T逐渐减小。然后,判断单元202可以进一步比较温度值T与恢复温度(例如65°C)。如果温度值T下降到(小于或等于)恢复温度，判断单元202的判断结果为:已恢复正常。在此情况下，计算单元204实时计算出的输出功率为额定功率，例如，可以根据计算单元204中存储的查找表，查找出温度值T小于或等于恢复温度时对应的输出功率为额定功率。设置单元206产生对应于额定功率的电压设置值Vset和电流设置值Iset。例如，可以根据设置单元206中存储的查找表，查找出与额定功率对应的电压设置值Vset和电流设置值Iset，从而使功率模块106恢复输出额定功率。
[0038]图3所示为根据本发明的一个实施例的温度控制过程中的输出功率和温度的变化示意图。图3将结合图1和图2进行描述，其中包括充电系统100的功率模块106的输出功率P (加粗显示)以及充电系统100的传感器102感应到的温度值T。在操作中，在时间点t0，充电系统100开始工作，例如，功率模块106向电池(未示出)提供额定功率进行充电。在充电过程中充电系统100散发热量，从而传感器102感应到的温度值T逐渐增大。在时间点tl，传感器102感应到的温度值T增大至热平衡阈值温度，例如75°C，控制模块104开始进行热平衡控制。然而，在本发明的另一个实施例中，即使温度值T还未增大至热平衡阈值温度，一旦温度值T的变化量Λ T大于预先设定的温度变化量阈值(即温度值T变化较快)，控制模块104也可以进行热平衡控制，其更多细节可参考后续图7中的描述。
[0039]具体地，在图3的示例中，在时间点tl到t2之间的时间段内，控制模块104可以根据公式(I)实时计算输出功率:
[0040]Δ P=-a* Δ T+d, (a>0) (I)
[0041]其中，如上所述，假设传感器102的采样时间间隔为ti (B卩，单位时间)，将采样时间点t+ti的温度值T(t+ti)和上一个采样时间点t的温度值T(t)之间的差值(gp，T (t+ti) -T (t))定义为单位时间内的温度值T的变化量Λ T0对应地，Δ P表示单位时间内的输出功率P的变化量(即，P (t+ti)-P (t))。从而，单位时间内的输出功率P的变化量Λ P与温度值T的变化量Λ T成反比(例如，呈线性反比关系)。若温度值T增大卿，温度值T的变化量Λ T为正)，则控制模块104减小输出功率P (即，输出功率的变化量Λ P为负);若温度值T减小(即，温度值T的变化量Λ T为负)，则控制模块104增大输出功率P (即，输出功率的变化量Λ P为正);以及若温度值T不变(即，温度值T的变化量Λ T为零)，则控制模块104保持输出功率P实质不变(即，输出功率的变化量Λ P实质为零)。根据不同的应用需求，可以适当地设置线性函数的参数a和d来调整温度值T和输出功率P之间的关系。在备选的实施例中，控制模块104还可以根据公式(2)实时计算输出功率:
[0042]
【权利要求】
1.一种温度控制电路，其特征在于，所述温度控制电路包括: 判断单元，用于接收来自传感器的温度值，并且将所述温度值分别与热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度进行比较来产生相应的判断结果；
计算单元，耦合于所述判断单元，用于根据所述判断结果实时计算输出功率；以及 设置单元，耦合于所述计算单元，用于产生对应于所述输出功率的电压设置值和电流设置值给功率模块。
2.根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，所述电压设置值保持恒定。
3.根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，所述判断单元比较单位时间内的所述温度值的变化量和预定的温度变化量阈值，如果所述温度值的变化量大于所述预定的温度变化量阈值，所述判断结果为所述温度控制电路需要进行热平衡控制，并且所述计算单元根据所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率。
4.根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，如果所述温度值小于或等于所述热平衡阈值温度，所述判断结果为所述温度控制电路不需要进行热平衡控制，并且所述设置单元使所述功率模块输出额定功率；如果所述温度值大于所述热平衡阈值温度，所述判断结果为所述温度控制电路需要进行热平衡控制，并且所述计算单元根据单位时间内的所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率。
5.根据权利要求3或4所述的温度控制电路，其特征在于，在热平衡控制期间，所述单位时间内的所述输出功率的变化量与所述温度值的变化量成反比，若所述温度值增大，则所述计算单元减小所述输出功率；若所述温度值减小，则所述计算单元增大所述输出功率；以及若所述温度值不变，则所述计算单元保持所述输出功率不变。
6.根据权利要求5所述的温度控制电路，其特征在于，在热平衡控制期间，所述单位时间内的所述输出功率的变化量与所述温度值的变化量呈线性反比关系。
7.根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，如果所述温度值大于或等于所述最高使用温度，所述判断结果为出现过温情况，并且所述设置单元使所述功率模块停止输出功率，所述判断单元比较所述温度值与所述恢复温度，如果所述温度值小于或等于所述恢复温度，所述判断结果为已恢复正常，并且所述设置单元使所述功率模块输出额定功率。
8.根据权利要求1所述的温度控制电路，其特征在于，所述最高使用温度大于所述热平衡阈值温度并且所述热平衡阈值温度大于或等于所述恢复温度。
9.一种温度控制方法，其特征在于，所述温度控制方法包括以下步骤: 接收来自传感器的温度值； 将所述温度值分别与热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度进行比较，产生相应的判断结果； 根据所述判断结果实时计算输出功率；以及 产生对应于所述输出功率的电压设置值和电流设置值给功率模块。
10.根据权利要求9所述的温度控制方法，其特征在于，所述电压设置值保持恒定。
11.根据权利要求9所述的温度控制方法，其特征在于，所述温度控制方法还包括以下步骤: 比较单位时间内的所述温度值的变化量与预定的温度变化量阈值；如果所述温度值的变化量大于所述预定的温度变化量阈值，进行热平衡控制并且根据所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率。
12.根据权利要求9所述的温度控制方法，其特征在于，所述根据所述判断结果实时计算输出功率的步骤还包括以下步骤: 如果所述温度值小于或等于所述热平衡阈值温度，不进行热平衡控制并且使所述功率模块输出额定功率；以及 如果所述温度值大于所述热平衡阈值温度，进行热平衡控制并且根据单位时间内的所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率。
13.根据权利要求11或12所述的温度控制方法，其特征在于，在所述进行热平衡控制的步骤中，所述单位时间内的所述输出功率的变化量与所述温度值的变化量成反比，若所述温度值增大，则减小所述输出功率；若所述温度值减小，则增大所述输出功率；以及若所述温度值不变，则保持所述输出功率不变。
14.根据权利要求9所述的温度控制方法，其特征在于，所述根据所述判断结果实时计算输出功率的步骤还包括以下步骤: 如果所述温度值大于或等于所述最高使用温度，使所述功率模块停止输出功率；以及 如果所述温度值小于或等于所述恢复温度，使所述功率模块输出额定功率。
15.—种充电系统,其特征在于,所述充电系统包括: 传感器，用于感应温度并传输温度值；` 控制模块，耦合于所述传感器，用于接收所述温度值，根据所述温度值分别与热平衡阈值温度、最高使用温度以及恢复温度的比较，实时计算输出功率，并且产生对应于所述输出功率的电压设置值和电流设置值；以及 功率模块，耦合于所述控制模块，用于接收所述电压设置值和所述电流设置值，并根据所述电压设置值和所述电流设置值进行充电操作。
16.根据权利要求15所述的充电系统，其特征在于，所述传感器包括热敏电阻以及数字温度传感器。
17.根据权利要求15所述的充电系统，其特征在于，所述控制模块包括: 判断单元，用于接收所述温度值并且将所述温度值分别与所述热平衡阈值温度、所述最高使用温度以及所述恢复温度进行比较，产生相应的判断结果； 计算单元，耦合于所述判断单元，用于根据所述判断结果实时计算所述输出功率；以及 设置单元，耦合于所述计算单元，用于产生所述电压设置值和所述电流设置值给所述功率模块。
18.根据权利要求15所述的充电系统，其特征在于，所述充电操作是通过所述充电系统向电池提供电力来实现。
19.根据权利要求15所述的充电系统，其特征在于，所述电压设置值保持恒定。
20.根据权利要求15所述的充电系统，其特征在于，如果所述温度值小于或等于所述热平衡阈值温度，所述控制模块使所述功率模块输出额定功率；如果所述温度值大于所述热平衡阈值温度，所述控制模块根据单位时间内的所述温度值的变化量来实时地调整所述输出功率；如果所述温度值大于或等于所述最高使用温度，所述控制模块使所述功率模块停止输出功率；以及如果所述温度值小于或等于所述恢复温度，所述控制模块使所述功率模块恢复输出额定功率。
【文档编号】G05D23/19GK103513668SQ201210222226
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】张涛, 潘晓露 申请人:凹凸电子（武汉）有限公司