电池充电的无线控制系统及方法与流程

本发明涉及电池充电控制领域，特别是涉及一种电池充电的无线控制系统及方法。

背景技术：

目前手机、平板电脑等无线终端的应用越来越广泛，应用软件也越来越丰富，终端系统的处理能力越来越强，但终端的尺寸却是越来越薄，越来越小，这样造成电池的尺寸有限，能量比较低，无法长时间给终端进行供电。同样的情况也包括电动自行车、电动汽车及其他电池供电产品，电池的容量限制使得用户不得不购买备用电池，或减少使用频率，以延长电池的使用时间。随着应用领域的不断扩大和使用群体的迅速增加，用户越来越期望能随时随地能对电池进行补电，以解决电池电量不足的问题，要实现此目标，安全的充电付费方法和准确的充电控制是其中两项十分重要的技术指标。

对于手机或其他手持设备，现有市场还没有一种很好的充电收费系统及方法。对于电动自行车或电动摩托车，一种现有的电池充电付费方法是采用投币机，这种系统不仅体积大，费用高，而且付费方法不安全，容易碰到假币或被盗等问题，不利于统一管理，同时对于充电的极性判断为人工判断，容易造成接错或短路等安全问题。另一种现有的电池充电付费的方法是采用单独的IC系统，这种系统用在电动汽车的充电桩上比较多，设备除内置一个GPRS/3G/4G的网络模块外，还需带有读卡器，对于用户而言，需要及时到IC网点充值，随身带着此IC卡，不仅设备成本高，而且用户充值使用也不方便。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于提供一种电池充电的无线控制系统 及方法，以较低的设备成本、安全方便的付费方式实现电池的准确充电控制和网络管理。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池充电控制系统。该电池充电控制系统包括多路充电电源模块、及用于控制充电开关导通状态的电池充电检测控制装置。该电池充电检测控制装置包括无线接收单元、中央处理器、用于检测各路充电电流的充电电流检测单元、用于控制充电开关及调整充电极性的开关控制及极性转换单元、用于判断负载类型的负载类型检测单元、用于选择充电通道的按键单元、用于指示充电剩余时间的显示单元、用于计时的时钟单元以及用于检测本装置中设备温度的温度检测单元。

用户通过启动无线终端上的应用软件，经无线网络与后台的服务器进行通讯，获得充电授权，后台直接或经用户的无线终端将充电授权码发给中央处理器，中央处理器将根据用户的该充电请求信号，启动该通道的充电，并在充电时间结束后，自动关闭充电开关。

作为上述技术方案的关键，电池充电控制装置包括射频接口，中央处理器通过射频接口将本设备信息，充电开关的导通状态、电池充电的电流和温度等发送给外部系统。

电池充电控制装置还包括通讯接口，外部系统经由射频接口、中央处理器和通讯接口发送控制信号，以形成充电控制装置的级联，实现更多充电通道的控制。

本发明还提供了一种电池充电的无线控制管理方法，包括以下步骤：移动终端或固定终端主动发送待充电负载或待充电电池型号给充电设备，充电设备根据终端或电池的型号调整为待充电负载或待充电电池能接受的最大充电电流；检测各充电通道的即时充电电流；电池的充电时间在移动终端或固定终端上设置好后，经后台确认和授权后，授权码直接发给本充电设备或经由手机、其它无线终端转发至本充电设备，从而启动充电；中央处理器根据所收到的参数信息进行充电控制处理，若充电工作正常，发送正常充电信息经移动终端转发至后台服务器，或直接发送至后台服务器，从而进行正常账户扣款动作，实现一次完整的无线充电控制的过程。同时通过中央处理器的温度检测， 在充电设备的温度超过允许的范围时，设备自动降低充电电流的大小，直至断开充电开关，并发送告警信号至所述后台服务器。

与现有技术相比，本发明的电池充电控制系统和方法至少具有以下优点：利用手机或其他无线移动终端的蓝牙、WiFi、GSM/3G/4G等无线通讯功能，直接或经由后台服务器与充电设备进行通讯，实现后台付费，终端直接启动电池充电的智能无线充电控制，不需要额外使用独立的投币器，从而节约了成本。通过网络，可以实时监测各充电通道充电电流状况，以保证安全充电；同时后台服务器的统一管理使得用户不仅付费方便灵活，实现远程付费、集团付费、特惠活动付费等，还可快速查找到最近的充电点，实现及时补电。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。

图1是根据本发明一个实施例的电池充电控制系统的结构框图。

图2是根据本发明一个实施例的电池充电控制系统与外部系统通信的示意图。

图3是根据本发明一个实施例的电池充电控制系统在蓝牙无线通讯工作模式下执行的控制流程图。

图4是根据本发明一个实施例的电池充电控制系统在WiFi/GSM/3G/4G无线网络通讯工作模式下执行的控制流程图。

图5是根据本发明一个实施例的电池充电控制系统的自动检测电池极性的流程图。

图6是根据本发明一个实施例的电池充电控制系统的负载类型自动检测的流程图。

图7是根据本发明一个实施例的电池充电控制系统的温度监测保护流程图。

图8是本发明一个实施例的电池充电的USB充电接口示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。在以下对本发明的详细描述中，为了提供一个针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，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。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

本发明的电池充电无线控制系统包括包括多路充电电源模块、及用于控制充电开关导通状态的电池充电检测控制装置。该电池充电检测控制装置包括无线接收单元、中央处理器、用于检测各路充电电流的充电电流检测单元、用于控制充电开关及调整充电极性的开关控制及极性转换单元、用于判断负载类型的负载类型检测单元、用于选择充电通道的按键单元、用于指示充电剩余时间的显示单元、用于计时的时钟单元以及用于检测本装置中设备温度的温度检测单元。

图1是根据本发明一个实施例的电池充电无线控制系统的结构框图。电池充电无线控制系统100包括按键阵列1002、时钟单元1004、多通道显示模块1006、中央处理单元1008、RF无线射频接口1010、通讯接口单元1012、负载类型检测单元1014、电池极性检测及控制单元1016、多路充电电源单元1018、模拟信号输入阵列1020、数字信号输出阵列1022、温度检测单元1024、充电电流检测单元1026、N极充电开关及极性转换单元1028、分流电阻1030、和P极充电开关及极性转换单元1032。电池充电无线控制系统100给负载或电池120提供充电。当电池充电无线控制系统100应用于手机或其它无线终端中，负载120即为手机或其它无线终端本身，充电设备100提供为多路标准的5V充电电源。当电池充电无线控制系统100应用于电动自行车中，负载120即为电动自行车中的电池，充电设备100提供为多路可变电压电流的充电电源。

中央处理器1008通过数字信号输出阵列1022控制模拟信号开关阵列1020接收温度检测单元1024检测到的设备温度、和充电电流检测单元1026检测到的充电电流，充电电流经分流电阻1030输出信号至充电电流检测单元1026。用户通过按键阵列1002选择自己的充电通 道，并经中央处理器1008、和设备信息一起经RF无线接口发至后台服务器，后台服务器基于用户的账户信息再返回允许或禁止充电的信息至充电控制设备100，从而形成一次完整的充电申请处理；多路充电电源单元1018为主功率输出单元，它由中央处理器1008基于后台服务器的允许/禁止信号启动或关断N极和P极的充电开关1028；在不经负载直接对电池充电时，为保证充电安全，充电控制系统100中的极性检测单元1016在启动N极和P极的充电开关1028前将检测接入电池极性，通过数字信号输出阵列1022控制极性转换单元1028实现正确极性的连接，充电正极输出接电池正极，充电负极输出接电池负极；负载类型检测单元1014用于检测接入手机，平板电脑或其它终端的类型，通过充电USB接口中D+或D-线上电阻网络的变化及充电电流检测单元1026的同步检测，中央处理器1008可得到该接入终端能接收的最大充电电流，并以此电流给终端充电。N充电开关1028和P极充电开关1032可互换，它们一个为正极输出，一个为负极输出，均可为金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、继电器或其它类型开关。

RF射频接口1010用于将中央处理单元1008的系统数据(例如，设备信息、充电电流和设备温度)、按键阵列1002的请求通道状况、和充电开关1028的工作状态等发送给外部终端系统或后台服务器；另外RF射频接口1010还接收由外部终端或后台服务器发发送过来的充电数据(例如，充电时间、和充电授权码、)、待充电负载或电池的型号信息等。通讯接口1012用于与外部系统通讯，及多充电控制单元100的串接，形成更多的充电通道的串接。

下面以图2为例进一步说明本发明的电池充电无线控制系统100的具体应用。图2中与图1标号相同的元件具有相同的功能，为简明起见，这里不再赘述。电池充电无线控制系统100通过网络与终端设备有多种无线通信方式，图2有列出蓝牙无线控制充电方式、WiFi无线控制充电方式、及GSM/3G/4G无线控制充电方式。虽然在图2至图7的例子中是以此3种方式(蓝牙、WiFi、GSM/3G/4G)网络为例进行说明，但本领域技术人员可以理解的是，本发明的电池充电无线控制系统100不限于应用在这3种无线网络中，也可以应用于其他类型无 线网络，例如Zigbee无线网络。当图1中的中央处理器1008与射频接口1010采用蓝牙处理器或蓝牙接口模块时，则电池充电无线控制系统100可以通过蓝牙网络来控制充电通道。当图1中的中央处理器1008与射频接口1010采用WiFi处理器或WiFi接口模块时，则电池充电无线控制系统100可以应用于WiFi网络中。而当图1中的中央处理器1008与射频接口1010采用GSM/3G/4G处理器或GSM/3G/4G接口模块时，则电池充电无线控制系统100可以应用于GSM/3G/4G网络中。

下面结合图1对图2进行描述。如图2所示，移动网络包括移动基站202、移动交换中心204及网络服务器(后台服务器)206。当终端设备为移动终端210时，电池充电无线控制系统100和移动终端210可通过蓝牙直接通讯，再通过移动终端210与移动基站202、移动交换中心204和后台服务器206进行数据通信；当电池充电无线控制系统100采用WiFi无线接口时，移动终端210经移动基站202、移动交换中心204与电池充电无线控制系统100进行通讯，后台服务器206经移动交换中心204与电池充电无线控制系统100进行通讯；而当电池充电无线控制系统100采用GSM/3G/4G无线接口时，移动终端210经移动基站202直接与电池充电无线控制系统100进行通讯，后台服务器206同样经移动交换中心204与电池充电无线控制系统100进行通讯；移动终端210可以是但不限于手机、掌上电脑、MP3等。当终端设备为固定终端220时，例如个人电脑，电池充电无线控制系统100通过移动基站202、移动交换中心204和后台服务器206与固定终端220进行通信，固定终端220可经后台服务206的授权直接启动或关闭所选充电通道。

在本发明的一个实施例中，上述的外部系统包括移动基站202、移动交换中心204、后台服务器206、移动终端210和固定终端220。请同时参照图1和2，在本发明的一个实施例中，后台服务器206包含服务器管理软件可处理所有充电设备的通道信息、所有注册的用户信息、用户的未充电时间信息和已充电时间信息、以及费用计算信息等。移动终端210含有终端管理软件APP，用户可通过该软件设置充电通道、设置充电时间、并经无线网络与后台服务器206进行通讯，进行 用户帐户管理和获得充电授权，以便启动充电无线控制系统100。固定终端220同样含有应用软件，可进行充电时间的充值管理，同时还可远程启动充电设备的充电通道。

图3是根据本发明一个实施例的电池充电无线控制系统100在蓝牙无线网络中工作执行的控制流程图300。中央处理器1008基于接收到用户按键充电请求，启动蓝牙配对扫描，用户开启移动终端210的应用软件，与充电无线控制系统100进行握手配对，移动终端210将充电时间需求及用户帐户信息发至后台服务器206，后台服务器206通过确认后，进行相应的扣款，后台服务器206将充电授权码发至移动终端210，移动终端210再通过蓝牙无线网络，经射频接口1010发送充电授权数据至中央处理器1008，启动用户请求的充电通道，同时显示模块1006显示该通道的剩余充电时间。当充电设备100温度超过允许值时，中央处理器1008降低充电电流直至温度低至允许值，如温度继续升高，变得严重时，中央处理器1008将直接经数字输出阵列1022关闭N极充电开关1028及P极充电开关1032，以保护充电设备100。同样充电电流检测单元1026实时监测充电电流的大小，当充电电流超过允许的上限值时，中央处理器1008也将直接经数字输出阵列1022关闭N极充电开关1028及P极充电开关1032，以保护充电系统100及充电通道上的负载120。

下面结合图1和图2对图3进行详细描述。在步骤302中，用户按充电设备上的充电请求按键1002，蓝牙进入配对状态。在步骤304中，启动移动终端210的充电控制软件，扫描蓝牙信号。在步骤306中，判断与充电控制单元100的蓝牙接口1010的配对握手是否成功，。若判断为是，则流程图300进入步骤310，否则进入步骤308继续扫描充电设备100的蓝牙信号。在步骤310中，移动终端210读取充电设备100及其通道信息。在步骤312中，发送充电设备信息、用户信息、及充电时间请求信息至后台服务器206。在步骤314中，对用户信息进行判断，是否是有效账号，帐户的余额是否能瞒足此次充电时间请求，若判断为是，则流程图300进入步骤316，否则进入步骤322发送告警信息至移动终端210。在步骤324中，移动终端210发送停止充电信息 至充电设备100，同时断开蓝牙连接。在步骤316中，后台服务器206发送充电授权码至移动终端210，授权码含设备识别码，及本次充电的时间代码。在步骤318中，移动终端210转发充电授权码至充电设备100。在步骤320中，基于充电授权码，设备解析出充电通道及充电时间设置，设置充电电流。在步骤332中，大概该通道的N极充电开关1028和P极充电开关1032，启动充电，在显示单元1006显示剩余充电时间。在步骤334中，判断充电时间是否结束，若判断是，步骤336结束充电，显示单元1006显示剩余充电时间为0，若判断否，则继续充电，同时对设备温度和充电进行监测判断，一旦温度超过预设的最高阈值，充电设备100将逐步降低充电，直至断开充电通道，同样若充电电流超过预设的最高阈值，充电设备100将直接关闭充电通道。在步骤326中，充电设备发送充电确认信息回复至移动终端210，在步骤328中，转发该充电确认信息至后台服务器。在步骤330中，后台服务器接收到充电确认信息，对该账号进行充电扣款，调整该用户的剩余充电时间。

图4是根据本发明一个实施例的电池充电无线控制系统在WiFi/GSM/3G/4G无线网络中工作执行的控制流程图400。电池充电无线控制系统100通过WiFi/GSM/3G/4G射频接口，经网络交换中心204直接与后台服务器保持长期在线通讯，无需借助移动终端210的转接。请结合图1和图2，用户可以通过终端设备，例如手机，启动无线WiFi/GSM/3G/4G网络，启动充电控制应用软件，选择充电设备100的充电通道及充电时间，通过终端设备210发送充电请求指令至后台服务器206，后台服务器206对充电账号，及其请求信号进行确认，一旦通过，后台服务器206直接通过WiFi/GSM/3G/4G网络启动该充电设备100的充电通道进行充电，同时后台服务器206将对用户帐号的进行扣款管理，并将充电成功启动信息发送至移动终端210告知用户。当用固定终端220，例如电脑，启动充电应用软件，也可以经有线网络直接通过后台服务器206的账号认证和授权后启动或关闭指定的充电通道，实现远程充电控制。

下面结合图1和图2对图4进行详细描述。在步骤402中，用户 使用移动终端设备210启动充电控制软件APP。在步骤406中，移动终端210通过WiFi/GSM/3G/4G网络连接后台服务器206，并确认是否正确连接。若判断为否，则流程图400进入步骤408，若判断为是则流程图400进入步骤410。在步骤408中，检查移动终端网络设置，再次连接。在步骤404中，固定终端220通过有线网络连接后台服务器206。在步骤410中，后台服务器206接收用户移动终端210或固定终端220的充电申请，以及账号信息、充电设备100的充电通道信息。在步骤412中，后台服务器206对申请账号及充电请求进行判断检查，确认是否为有效账号请求，例如，检查账号是否有足够余额、账号是否过期、充电通道是否有效等，当所有信息确认为有效时，流程图400进入步骤418，否者判定为无效账号申请，进入步骤414。在步骤414中，后台服务器206发送告警通知给申请充电的用户的移动终端210或固定终端220，提醒本次充电申请无效。在步骤416中，用户终端软件结束此次充电申请，等待用户的充值，或调整需求后再次申请。在步骤418中，一旦确认为有效充电申请，后台服务器206经移动交换中心204和移动基站202直接启动用户申请的充电通道，开始给电池充电。在步骤420中，中央处理器1008将读取时钟单元1004信息，将该通道申请的剩余充电时间显示在多通道显示单元1006上，同时判断充电时间是否为0，若判断充电剩余时间还有，则充电设备100继续给该通道的电池进行充电，若判断充电剩余时间为0，则流程图400进入步骤422，中央处理器1008经数字输出阵列1022关闭该充电通道的N极开关1028和P极开关1032，完成本次充电。

图3和图4所示的控制流程示意的是移动终端210或固定终端220经无线网络系统200控制充电控制器100给充电负载或电池120充电的过程。为保证安全充电，充电控制器100还带有电池极性判断及自动切换控制功能、负载类型判断动能、以及温度检测保护功能。图5为电池极性判断流程图500。在对电池直接充电时，电池的正/负极的正确连接非常重要，若接反会给电池带来安全问题。电池极性检测及控制单元1016通过对外接充电通道上电池的正极和负极的检测，控制极性转换单元1032实现充电通道的正极输出与电池的正极相连，充电 通道的负极输出与电池的负极相连，例如，在给电动自行车的电池充电时，充电口的正负极因厂家而不同，在充电设备100与电池直接相连时，极性控制模块1016将通过检测确保N极开关输出1028与P极开关输出1032与电池的连接正确。流程图500示意的极性判断和控制流程，在步骤502中，电池极性检测单元1016检测电池极性，并输出相应的极性控制信号，在步骤504中，N极充电开关1028和P极充电开关1032根据极性控制信号，一个为正极性输出，另一个为负极性输出。

另外，移动终端210的种类比较多，不同厂家的产品的充电电流会有差异，通过USB接口中D+和D-的不同连接方法以得到最大充电电流，例如，iPhone的D+接2.0V，D-接2.7V以获得最大充电电流，iPAD的D+接2.7V，D-接2.0V以获得最大充电电流，而三星、HTC手机的D+和D-有悬空，有短接，有短接接电压等不同方法获得最大充电电流，本专利包括但不局限于以上举例。本专利含有负载类型检测单元1014，可基于USB充电接口图8中的D+和D-的连接线变化及连接电压的变化，同步测试充电电流的大小，以选择确定最大充电电流时D+和D-的正确设置。通过无线网络200，移动终端210或固定终端220也可直接将负载类型直接发给充电控制单元100，中央处理单元1008经射频接口1010接收到该负载类型信息，直接控制负载类型检测和控制单元中的D+和D-连接，以提供最大充电输出电流。结合图3和图4，图6的检测控制流程图600具体描述了此检测和控制步骤，在步骤602中，当充电控制设备100获得充电启动信号后，中央处理器1008如没直接接收到负载类型信息，将启动负载类型检测单元1014。在步骤604中，D+和D-线与一个电阻电压网络相连，内部含有多路选择开关，以使D+和D-短路、悬空、或连接不同的电压值。在步骤606中，但D+和D-线的连接或电压每变化一次，中央处理单元1008将通过充电电流检测单元1026记录当前的充电电流，并比较出最大的充电电流值。在步骤608中，确定最大充电电流时的D+和D-连接为本次充电负载类型选择，并保持到充电结束。在步骤610中，充电控制单元100直接获得用户的充电负载类型，比如手机型号，可将类型的选择直 类型单元1014，进入步骤608。

值得注意的是，内部多路充电电源因为长时间工作，导致功率损耗和温度升高，影响电池充电安全。为克服该缺陷，图7所示是在温度升高情况下执行的控制流程图700。请参照图3和图4，在步骤702中，在启动充电通道后，温度检测单元1024启动检测。在步骤704中，温度检测单元1024定时检测内部温度，并与保存在中央处理单元100里的温度阈值进行比较。若温度在正常阈值内，则流程图700进入步骤706，继续正常工作充电，若温度超过正常阈值，则流程图700进入步骤708。在步骤708中，中央处理器100通过调整负载类型控制器1014中的D+和D-的连接，减小充电电流。在步骤710中，温度检测单元1024以更高的时间频率检测温度，若温度回复正常，则流程图700进入步骤712，保持该状态下的D+和D-设置，继续充电，若温度没有回复正常阈值内，则流程图700进入步骤714。在步骤714中，关闭N极充电开关可P极充电开关，断开该通道的D+和D-连接。在步骤716中，中央处理单元100将告警信息发至后台服务器206，同时该账号的充电收费。在步骤718中，后台服务器206送该告警信息至用户的移动终端210或固定终端220，提示用户该停止充电信息，同时通知设备维护人员进行设备检查。

需要说明的是，图3、图4、图5、图6和图7所揭示的具体的控制流程仅仅作为示例。也就是说，本发明适用其他合理的控制流程或对图3、图4、图5、图6和图7进行改进的步骤。

本发明提供的电池充电无线控制系统及方法通过网络，例如蓝牙、Wi-Fi、GSM网络、3G网络、4G网络、Zigbee等，可以近距离或远距离进行网络付费，即时进行充电，不仅收费安全，而且可以得到更多网络的服务支持，随时查找到最近的充电网点，有利于快速满足用户的充电需要。同时，供应商通过移动终端和无线网络通讯，实时采集充电数据，远程调整充电设备的参数，不仅可以快速解决充电过程中的问题，也可通过规模化的布点和付费方式，减低运营成本，实现更经济、更广泛的移动充电网点。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，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，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。