充电回路及充电回路检测方法与流程

本发明涉及一种充电回路及充电回路检测方法。

背景技术

随着人类社会和技术的发展，越来越多的应用场景中开始使用可重复充电的储能模块。可重复充电的储能模块可以作为主能源直接为设备供电，比如电动玩具、电动工具、电动自行车、电动汽车等。也可以作为设备的后备电源，在设备的主电源意外断开时，保障设备继续正常工作，比如服务器的不间断电源，风力发电变桨系统的后备电源等。

可重复充电的储能模块在缺电时，通常使用充电器为它们及时补充能量。充电器一般都具有保护功能，在为储能模块充电时，充电器会实时检测储能模块的电压、电流以及温度等参数，当上述参数达到预先设定的数值时，充电器会判断储能模块是否已经充满电，或者是否出现异常，并在出现这些情况时停止充电。

然而现有的充电器并不具备充电回路检测功能。在充电过程中，如果充电回路本身出现异常无法继续正常充电，比如由于某种原因导致回路发生连接开路/断路的情况时，现有的充电器并不能及时的判断出现异常并发出警告信号通知给相关人员进行处理。

在一般的应用中场景中这种情况是否被侦测到可能不太重要，但是在一些不能断电的应用场景中则非常重要。比如服务器的不间断电源、风力发电变桨系统的后备电源等，在这些系统中，必须时刻保持储能模块的电量处于满电状态或较多电量的状态，如果储能模块由于回路断开无法正常充电，处于亏电状态，则可能给整个系统带来失效风险，急需改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种充电回路及充电回路检测方法。

为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种充电回路检测方法，所述充电回路用于给储能模块充电，所述充电回路检测方法包括以下步骤：a.检测充电回路中的充电电流；b.将所述充电电流与预先设定的电流值进行比较，当所述充电电流小于预先设定的电流值时，调节充电回路输出的充电电压；c.检测充电回路中的电压，基于所述充电回路中的电压的变化，判断所述充电回路是否存在异常；d.当所述充电回路存在异常时，发出警示信息。

作为本发明的进一步改进，所述步骤b中，通过pwm方式降低所述充电回路输出的充电电压。

作为本发明的进一步改进，将所述充电回路中的电压变化值与预先设定的标准值进行比较，当所述电压的变化值大于所述预先设定的标准值时，判断所述充电回路存在异常。

作为本发明的进一步改进，所述警示信息为光信号。

作为本发明的进一步改进，所述充电回路检测方法还包括，在充电开始前检测储能模块的初始电压，当所述初始电压与预设值不符时，发出警示信息。

为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种充电回路，用于给储能模块充电，包括：功率变换模块，将交流电转换为给储能模块充电的直流电；电压检测模块，用于检测充电回路中的电压；电流检测模块，用于检测充电回路中的电流；控制模块，控制充电回路按照预设的方式工作；其特征在于，所述充电回路还包括报警装置以及输出调压控制信号电路，所述控制模块将所述电流与预先设定的电流值进行比较，当所述电流小于预先设定的电流值时，通过所述输出调压控制信号电路调节充电回路输出的充电电压；所述控制模块基于所述电压检测模块检测到的电压的变化，判断所述充电回路是否存在异常；当所述充电回路存在异常时，所述报警装置发出警示信息。

作为本发明的进一步改进，所述输出调压控制信号电路通过pwm方式降低所述充电回路输出的充电电压。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块将所述充电回路中的电压变化值与预先设定的标准值进行比较，当所述电压的变化值大于所述预先设定的标准值时，判断所述充电回路存在异常。

作为本发明的进一步改进，所述报警装置包括led光源，通过所述led光源发出光信号警示。

作为本发明的进一步改进，所述电压检测模块在充电开始前检测储能模块的初始电压，当所述初始电压与预设值不符时，所述控制模块通过所述报警装置发出警示信息。

与现有技术相比，本发明提供的充电回路及充电回路检测方法，不仅在开机输出前检测充电回路是否正确连接，还能够监测充电过程中充电回路的情况，当充电回路故障时，比如开关跳闸、保险丝熔断、连接器接触不良等情况的发生时，及时发出告警信息通知相关人员处理。避免了由于充电回路断开无法正常给储能模块充电，可能给整个系统带来失效的风险。并且，本发明提供的充电回路及充电回路检测方法成本较低，检测结果准确，提高了整个储能系统的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的充电回路的示意图；

图2是本发明实施方式提供的充电回路的电压检测电路的电路图；

图3是本发明实施方式提供的充电回路的电流检测电路的电路图；

图4是本发明实施方式提供的充电回路的输出调压控制信号电路第一部分的电路图；

图5是本发明实施方式提供的充电回路的输出调压控制信号电路第二部分的电路图；

图6是本发明实施方式提供的充电回路检测方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

请参见图1，为本发明提供的充电回路的示意图。充电回路用于在储能模块亏电时，对其进行充电操作。储能模块通常是可重复充电的电池，例如铅酸电池，镍氢电池，锂离子电池等。

请参见图1至图5，充电回路包括功率变换模块，控制模块，电压检测模块，电流检测模块，输出调压控制信号电路以及报警装置。功率变换模块能够将交流电转换为给储能模块充电的直流电；电压检测模块用于检测充电回路中的电压变化；电流检测模块用于检测充电回路中的电流；输出调压控制信号电路用于调节功率变换模块的输出电压；控制模块通常为微处理器，其基于检测到的充电回路中的各种参数，控制充电的进程，或者通过报警装置发出警示信息。优选的，控制模块采用ti的tms320f28034pnt。

请一并参见图2，为本发明提供的充电回路的电压检测电路的电路图。电压检测电路由电阻r31、r24、r134、r128，以及差分运算放大器u12-b组成。优选的，差分运算放大器采用lm2904mx。电阻r31的一端与充电回路的负极bat-连接，另外一端与差分运算放大器u12-b的反向输入端连接。电阻r24一端与充电回路的正极bat+连接，另外一端与差分运算放大器u12-b的正向输入端连接。电阻r128的一端与差分运算放大器u12-b的反向输入端连接，另外一端与差分运算放大器u12-b的输出端连接。电阻r134的一端与差分运算放大器u12-b的正向输入端连接，另外一端连接电压为1.65v的偏置电压。差分运算放大器u12-b的输出端连接到微处理器的ad采样端口v-bat。电阻r24的阻值与电阻r31的阻值相同，电阻r128的阻值与电阻r134的阻值相同。输出到微处理器ad采样端口的电压与充电回路的电压vbat之间的关系为：v_bat=1.65+vbat*r134/r24。

请参见图3，为本发明提供的充电回路的电流检测电路的电路图。电流检测电路由电阻r1、r50、r51、r95、r137，以及差分运算放大器u16-c组成。优选的，差分运算放大器采用ti的lm2902dr2g。电阻r95为电流检测电阻，充电电流i流经电阻r95，电阻r95的一端接地，另外一端与电阻r1连接，电阻r1的另外一端连接差分运算放大器u16-c的正向输入端。电阻r137的一端连接1.65v的偏置电压，另外一端连接至差分运算放大器u16-c的正向输入端。电阻r50的一端接地，另外一端连接差分运算放大器u16-c的反向输入端。电阻r51的一端连接差分运算放大器u16-c的反向输入端，另外一端连接差分运算放大器u16-c的输出端。差分运算放大器u16-c的输出端连接到微处理器的ad采样端口。电阻r1的阻值与电阻r50的阻值相同，电阻r137的阻值与电阻r51的阻值相同。输出到微处理器ad采样端口的电压v_current=r95*i*(r51/r50)。

请参见图4和图5，为本发明提供的充电回路的输出调压控制信号电路。输出调压控制信号电路包括电阻r15、r52、r53、r54、r126，电容c25、c39，差分运算放大器u12-d，光耦合器h1，pwm芯片u21。优选的，pwm芯片u21采用ti的uc2845aqd8。电阻r15的一端连接微处理器的io端口pwm_ao，pwm_ao端口发出的为pwm方波。电阻r15的另外一端连接电阻r52的一端以及电容c25的一端，电容c25的另外一端接地。电阻r52的另外一端连接差分运算放大器u12-d的正向输入端以及电容c39的一端，电容c39的另外一端接地。电阻r53的一端接地，另外一端与差分运算放大器u12-d的反向输入端以及电阻r54的一端连接。电阻r54的另外一端连接至差分运算放大器u12-d的输出端。其中，pwm_ao端口发出的为pwm方波的幅值为vo，占空比为d，则差分运算放大器u12-d的输出端输出的电压vref=d*vo*(r53+r54)/r53。差分运算放大器u12-d的输出端经电阻r126连接至光耦合器h1的发光侧h1-a的负极，光耦合器h1的发光侧h1-a的正极连接+12v。光耦合器h1的感光侧h1-b的发射极连接功率变换模块的dc-，光耦合器h1的感光侧h1-b的集电极连接pwm芯片u21的第一脚comp，pwm芯片u21的第六脚out连接功率变换模块开关管的驱动。

当充电回路为储能模块充电时，电流检测模块实时监测充电电流的大小，在给储能模块正常充电时，充电回路中会存在充电电流，而充电电流的大小会大于预先设定的最小值。如果充电电流小于预先设定的最小值时，则有可能是储能模块已被充满电，也有可能是充电回路中存在开关跳闸、保险丝熔断、连接器接触不良等异常情况。

当电流检测模块检测到充电电流小于预先设定的最小值，控制模块通过输出调压控制信号电路，控制功率变换模块降低输出电压到预先设定的一个较小的电压值，此时再通过电压检测模块检测充电回路中电压的变化。电池电压在充电过程中具有不能大幅度突变的特性。若检测到的充电回路中的电压的变化小于预先设定的值，则说明回路中的电压由储能模块的电压补偿，储能模块仍正确连接在充电回路中，可以判断充电回路正常。如果检测到的充电回路中的电压的变化，大于预先设定的值，则说明充电回路存在异常。

当充电回路存在异常时，微处理器控制报警装置发出警报。报警装置包括继电器和警示装置。继电器用于控制警示装置的工作，使警示装置能够产生与常态不同的效果来进行示警。在本实施方式中，报警装置选用常闭型继电器和led灯，当充电回路正常运行时，led灯发出正常的亮光；当充电回路出现异常时，微处理器控制继电器断开，此时led灯熄灭或者呈现与常态不同的颜色来进行示警。当然，本领域技术人员能够想到的是，报警装置也可以选择其他类型的组合，例如继电器可以选用常开型继电器，只有在充电回路出现异常时，继电器才闭合。警示装置可以选用扬声器，当充电回路正常运行时，扬声器不发出声音；当充电回路出现异常时，扬声器通过发出声音来进行示警。

请参见图4，本发明提供的充电回路检测方法包括以下步骤：

步骤s0：系统启动。通过输入端向充电回路通电。

步骤s1：检测充电回路电压。充电回路启动后，控制模块首先开始工作。控制模块通过电压检测模块检测回路中的电压情况。

步骤s2：判断检测到的回路电压是否存在异常。控制模块将检测到的回路电压与预先设定的标准值进行比较。如果储能模块正确连接在充电回路中，此时充电回路中则可以检测到储能模块的电压。控制模块将检测到的电压情况与预先设定的标准值进行比较，以判断检测到的电压值电池电压是否正常。如检测到的电压值与预先设定的标准值不符，例如不存在电池电压，或检测到的电压值小于预先设定的电压值，或者极性不同，则判断此时储能装置未正确接入在充电回路里，控制模块控制报警装置发出警报信号通知工作人员处理。

步骤s3：开始充电。步骤s2中，判断检测到的回路电压不存在异常，控制模块发出使能信号使功率变换模块工作，输出正常的充电电压、电流给连接的储能模块充电。

步骤s4：检测充电回路里的充电电流是否存在异常。在给储能模块正常充电时，充电电流会始终大于预先设定的最小值。如果充电电流小于预先设定的最小值时，则有可能是储能模块已被充满电，也有可能是充电回路出现异常。

步骤s5：调节功率变换模块的输出电压。当步骤s4中，检测出充电电流小于预先设定的最小值时，调节功率变换模块的输出电压，使其降低到预先设定的电压值。

步骤s6：检测充电回路的电压值。功率变换模块的输出电压降低后，通过电压检测模块检测充电回路的电压值，并计算出此时充电回路的电压变化值。

步骤s7：判断充电回路的电压变化与预先设定的标准值之间的关系。将检测到的电压变化值与预先设定的标准值进行比较，当电压变化值大于预先设定的标准值时，充电回路存在异常。当电压变化值小于预先设定的标准值时，充电回路正常。

步骤s8：发出警报。步骤s7判断出电压变化值大于预先设定的标准值时，发出警报通知工作人员检修。

综上，本发明提供的充电回路及充电回路检测方法，能检测充电过程中充电回路的情况，当充电回路故障时，比如开关跳闸、保险丝熔断、连接器接触不良等情况的发生时，及时发出告警信息通知相关人员处理。并且，本发明提供的充电回路及充电回路检测方法成本较低，检测过程无能耗，检测结果准确，提高了整个储能系统的可靠性和安全性。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。