充电装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种电源装置，具体涉及一种充电装置及其控制方法。


背景技术：

2.现在很多充电器上带有给功率器件或者其他发热器件散热的风扇。风扇在为其他器件散热的同时，自身也存在功耗及发热。一般充电器中的控制系统在检测到风扇堵转时，可通过降低或者停止功率器件的输出来避免功率器件的损坏。但是非功率器件部分的功耗，特别是风扇所使用的电源的损耗并未因此降低，从而存在风扇电源因没有有效散热而损坏的风险。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电源损耗低且损坏风险低的充电装置。
4.本发明采用如下的技术方案：一种充电装置，包括：壳体；风扇，设置在所述壳体内；风扇电机，具有若干相绕组，能驱动所述风扇转动；驱动电路，具有若干开关元件，用于输出开关信号以驱动所述风扇电机转动；电源接口，用以接入电源，以向所述驱动电路提供电源电压；控制器，至少与所述驱动电路和所述风扇构成电性连接；其中，所述控制器被配置为：获取所述风扇的状态参数；在所述状态参数小于或等于参数阈值时，控制所述风扇降低转速；预设时间段后，控制所述风扇提高转速。
5.进一步的，所述控制器被配置为：在所述状态参数小于或等于参数阈值的维持时长大于或等于时长阈值时，控制所述风扇降低转速。
6.进一步的，所述风扇的状态参数包括转速或工作电流。
7.进一步的，所述风扇降低转速包括风扇停止转动，或者风扇降低转速至第一预设转速并维持所述第一预设转速转动，或者风扇降低转速至所述第一预设转速并维持所述第一预设转速转动一定时间段后再停止转动；所述风扇提高转速包括风扇由停止转动状态到转动状态的改变，或者风扇由所述第一预设转速提高至第二预设转速。
8.进一步的，充电端口，设置在所述壳体上以接入电池包的充电端子，为所述电池包充电提供接口；电源转换模块，连接在所述充电端口和所述控制器之间，将接入的电源转化充电电能为所述电池包充电。
9.进一步的，通信端口，设置在所述壳体上以接入所述电池包的通信端子，获取所述电池包的电池包参数；充电指示模块，设置在所述壳体上，以显示所述电池包的充电状态。
10.进一步的，所述电池包参数包括电池包的充电电量。
11.进一步的，所述控制器被配置为：在所述电池包的充电电量满足第一电量阈值时，控制所述充电指示模块输出显示第一充电状态；在所述电池包的充电电量满足第二电量阈值时，控制所述充电指示模块输出显示第二充电状态；所述第一电量阈值小于所述第二电
量阈值。
12.一种充电装置的控制方法，所述充电装置包括壳体；设置在壳体内的风扇；驱动风扇转动的风扇电机；驱动风扇电机转动的驱动电路；接入电源以向驱动电路供电的电源接口以及控制器，所述控制方法包括：获取所述风扇的转速；在所述状态参数小于或等于参数阈值时，控制所述风扇降低转速；预设时间段后，控制所述风扇提高转速。
13.进一步的，所述方法还包括：在所述状态参数小于或等于参数阈值的维持时长大于或等于时长阈值时，控制所述风扇降低转速。
14.本发明的有益之处在于：提供了一种风扇堵转时电源损耗低且损坏风险低的充电装置。
附图说明
15.图1是作为一种实施方式的充电系统的结构图；图2是作为一种实施方式的充电系统的电路框图；图3是作为一种实施方式的开关通断变换的示意图；图4是作为一种实施方式的高压波形示意图；图5是作为一种实施方式的充电装置的电路图；图6是作为一种实施方式的充电装置的电路图；图7是作为一种实施方式的充电装置的电路图；图8是作为一种实施方式的充电装置的电路图；图9是作为一种实施方式的充电装置的结构示意图；图10是作为一种实施方式的充电系统的电路图；图11是作为一种实施方式的充电装置中驱动电路的示意图；图12是作为一种实施方式的充电系统的电路图；图13是作为一种实施方式的充电装置中风扇控制方法的流程示意图；图14是作为一种实施方式的充电装置中充电指示模块控制方法的流程示意图。
具体实施方式
16.以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
17.本发明的技术方案所适用的充电装置可以为不同类型的可充电电池包充电包括但不限于锂电池包。
18.参考图1和图2所示的充电系统，包括充电装置100和电池包200。充电装置100至少包括壳体101、电源接口102、充电端子103、通信端子104、通信模块105、通信保护模块106和电源转换电路107。电池包200至少包括壳体201、充电端子202、通信端子203和通信模块204。
19.电源接口102，用于接入电源。在本实施例中，电源可选择为交流电源，电源接口102可以接入120v或220v的交流市电。本领域技术人员可以理解，电源接口102连接有电源转换电路107，以将接入的交流电转化为适合电池包200充电的充电电能和为充电装置内部
元器件供电的辅助电能，例如为通信模块105的供电电能。可以理解的是，电源转换电路107至少可以包括ac/dc模块。在一种可替代的实现方式中，电源接口102可以接入光伏板，电源转换电路107可以将光能转化为适合电池包充电的充电电能和为充电装置内部元器件供电的辅助电能。可以理解的是，电源转换电路107可以包括mppt模块即将光能转化为电能的模块。在本实施例中，壳体101连接有电源线插头作为电源接口。在可替代的实现方式中，电源接口102也可以是其他形式的接口，此处不做限定。
20.充电端子103，设置在壳体101上，可拆卸的连接至电池包200的充电端子202。通信端子104可与充电端口103相邻设置，可拆卸的连接至电池包200的通信端子203。在本实施例中，如图1所示，充电端子103包括两个端子bat+和bat-，相应的电池包上的通信端子203也包括两个端子bat+和bat-。在本实施例中，充电装置上的通信端子104设置在两个充电端子之间。在本实施例中，通信端子104和充电端子103均为金属连接片。本领域技术人员可以理解，电池包200的充电端子203连接有电能转换电路205，以转化充电电能进行存储并为电池包内部元器件供电的供电电能。
21.通信模块105，设置在壳体101内，用于接收、分析、处理电池包200发送的电池包的通信信息。在本实施例中，充电装置100的通信端子104与电池包200的通信端子203之间为单总线通信。
22.具体实现中，如图2所示，通信模块105至少包括电阻r1、第一开关元件s1、第一信号处理单元1051、第一节点1052、信号接收端rx1、信号发射端tx1和信号发射控制单元1053。其中，第一节点1052至少与通信保护模块105、电阻r1、第一开关元件s1和第一信号处理单元1051连接。在本实施例中，第一节点1052处的节点电压为通信模块105的供电电压。所述电阻r1的一端与所述电源转换电路107连接以接入供电电能，电阻r1另一端与第一节点1052连接，从而使第一节点1052维持高电压状态。也就是说，通信端子104处输入的电压信号只要不高于第一节点处的电压，通信端子104均能正常通信。第一信号处理单元1051的输入端与第一节点1052连接，以根据第一节点的电压状态和预设的通信协议解析出电池包200的通信信息，第一信号处理单元1051的另一端与信号接收端rx1连接，从而可以将电池包的通信信息发送至信号接收端rx1；信号接收端rx1再将电池包的通信信息传输至信号发射控制单元1053；信号发射控制单元1053，连接在信号接收端rx1和信号发射端tx1之间，可以根据电池包的通信信息生成反馈信息，并将反馈信息发送至信号发射端tx1；信号发射端tx1，连接在信号发射控制单元1053和第一开关元件s1之间，可根据反馈信息控制第一开关元件s1的导通状态，进而改变第一节点1052处的电压状态；第一开关元件s1的发射极接地、基极与信号发射端tx1连接、集电极与第一节点1052连接，在第一开关元件s1导通时，第一节点处为低电压状态，在第一开关s1元件截止时，第一节点处维持高电压状态，也就是维持通信模块的供电电压。在本实施例中，第一节点处的高电压对应通信信息中的高电平数字信号，通常用数字1表示，第一节点处的低电压对应通信信息中的低电平数字信号，通常用数字0表示。
23.相应的，电池包200中的通信模块204至少包括第二开关元件s2、第二信号处理单元2041、第二节点2042、信号接收端rx2、信号发射端tx2和信号发射控制单元2043。由于电池包中通信模块204与充电装置100中的通讯模块105内部的结构类似，其信号传输可处理过程可以参照通讯模块105的描述，此处不再赘述。
24.在本实施例中，开关s1和s2可以是可控半导体功率器件（例如fet，bjt，igbt等），也可以是任何其他类型的固态开关，例如绝缘栅双极型晶体管（igbt），双极结型晶体管（bjt）等。
25.在一个实施例中，充电装置100的充电接口插入电池包200对电池包进行充电的过程中，未进行通信信息传输前，充电装置第一节点1052处的电压一直维持供电电压即高电压状态。上述通信信息可以包括通信过程中的请求或反馈信息，例如充电装置的请求信息，电池包反馈的充电电量等参数信息。充电装置100与电池包200相互之间进行通信时，充电装置100的信号发射端tx1通过控制开关s1的截止或导通使第一节点处的电压在高低电压间切换，从而产生高低电平信号，并通过通信端子104将高电平信号或低电平信号传输至电池包200的通信端子203。另外，充电装置100接收电池包发射过来的通信信息时，开关s1一致处于断开状态，以使第一节点1052维持高电压使第一节点至通信端子104的通信链路畅通，保持正常通信。电池包侧的开关s2的导通或断开使第二节点2042处的电压状态变化，进而导致第一节点处电压高低的变化，实现了将电池包的通信信息传递给充电装置。
26.具体的，在充电装置和电池包通信的过程中，开关s1和s2的通断状态如图3所示。充电装置100向电池包200发送高低电平信号的过程如下：充电装置100向电池包200发送高电平信号时，第一开关元件s1处于断开状态，第一节点1052处的节点电压为高电压，电池包的第二开关元件s2也处于断开状态，从而第二节点2042处的节点电压也为高电压，第二信号处理单元2041检测到高电平信号。充电装置100向电池包200发送低电平信号时，s1处于闭合状态，第一节点1052处的节点电压为低电压， s2处于断开状态，从而第二节点2042处的节点电压为低电压，第二信号处理单元2041检测到低电平信号。同样的，充电装置100接收电池包200发送的高低电平信号的过程如下：电池包200发送高电平信号时，s2断开，s1也断开，第二节点2042处的节点电压为高电压，第一节点1052处的节点电压为高电压，第一信号处理单元1051检测到高电平信号；电池包200发送低电平信号时，s2闭合，s1断开，第二节点2042处的节点电压为低电压，第一节点1052处的节点电压也为低电压，第一信号处理单元1051检测到低电平信号。可以理解的是，第一信号处理单元1051可以通过对检测到的高低电平信号的处理，还原出电池包的状态参数，第二信号处理单元2041可以通过对检测到的高低电平信号的处理，还原出充电装置的请求或指令信息等。
27.需要说明的是，充电装置的通信端子104能够识别的高低电平的范围有限，如果通讯回路上存在干扰或者接触阻抗变大时，通讯就会不可靠，甚至不能通讯。例如，通信端子104的连接片与充电端子103的连接片出现短接，会给通信端口施加持续高压（一般为电池包的充电电压），或者电池包200的充电端子202与通信端子203的短接也会间接使充电装置100的通信端子104接收持续高压，再如电池包插拔瞬间或者由于异物、水汽的损害给通信端口104施加瞬间高压（一般为千伏级别的高压）。如图4所示，通信端子104可能面临三种形式的高压，包括单独的持续高压、单独的瞬间高压或者既有持续高压又有瞬间高压。图4中电压v0表示充电装置中元器件所能承受的最大电压，例如可以是3.3v或5.5v等，线1表示持续高压的可能波形，线2表示瞬间高压的可能波形，线3表示二者均存在时可能的高压波形。上述情况下，通信端子104均不能正常通信，且其后端的电路也会由于高压受到损坏。为防止持续高压或者瞬间高压对通信端子104后端电路的损坏，本发明实施例中在通信端子104和通信模块105之间连接有通信保护模块106。
28.通信保护模块106，能够隔离高于或等于一个预设电压值的干扰电压信号以保护通信模块105。其中，干扰电压信号的电压大于通信模块的供电电压。在本实施例中，通信模块的供电电压就是第一节点1052处的节点电压。也就是说，通信端子104端输入的电压信号高于第一节点处的电压信号时，通信将不能正常进行。
29.在本实施例中，如图5所示，通信保护模块106至少包括第一保护单元1061和第二保护单元1062。第一保护单元1061连接在通信端子104和通信模块105之间，用于隔离高于或等于第一预设电压值的第一干扰电压信号以保护通信模块105。第二保护单元1062设置在第一保护单元1061和通信端子104之间，也就是说，第二保护单元1062设置在第一保护单元1061之前，，能够吸收高于或等于第二预设电压值的第二干扰电压信号以保护通信模块105。在本实施例中，第一干扰电压信号为持续高压信号，第二干扰电压信号为瞬间高压信号，第一干扰电压信号的电压小于第二干扰电压信号的电压，第一预设电压值小于第二预设电压值。在一个实施例中，第二干扰电压信号的电压为千伏级别的高压，第一干扰电压信号的电压为电池包的充电电压。
30.在一个实施例中，如图6所示，第一保护单元1061为普通的肖特基二极管d1，可以隔离高于第一预设电压值的持续高压。第二保护单元1062为瞬态二极管d2（transient voltage suppressor，tvs），可以吸收高于第二预设电压值的瞬间高压。在本实施例中，二极管d1的负极与通信端口104连接，正极与第一节点1052连接，二极管d2的负极与通信端口104连接，正极接地。在本实施例中，通信端子104输入的电压既有持续高压又有瞬间高压时，第二保护单元1062会首先吸收掉瞬间高压。需要说明的是，在通信端口104处的电压正常即通信功能正常时，二极管d1的内阻很小，具有较小的压降，并不会影响第一信号处理单元1061识别出的第一节点1052处的高低电平的状态。
31.在一个实施例中，如图7所示，第二保护单元1062为压敏电阻rv，同样可以阻断高于预设电压的瞬间高压。压敏电阻rv的一端与二极管d1的负极连接，一端接地，在由瞬间高压输入时可以进行电压钳位，吸收多余的电流以保护后端的电子元器件。
32.需要说明的是，满足第一保护单元1061阻断持续高压特性的其他元器件或者电路的变形也落在本技术的保护分为内，满足第二保护单元1062吸收瞬间高压特性的其他元器件或者电路的变形也落在本技术的保护范围内。
33.在一个实施例中，电池包200插入充电装置100进行充电，二者同时可能具有通信信息的交互。在二者通信时，由于第一保护单元即二极管d1的导通方向与通信端子104向充电装置内传输信息的方向相反。因此，本实施例中，为保证通信装置正常的通信功能，电阻r1接电源转化电路107以为第一节点处提高供电电压，使第一节点在通信过程中维持高电压，并使第一节点处的电压根据s1的导通状态在高低电压间切换，以实现通信信息的传输。
34.在一个实施例中，如图8所示，通信保护模块106还可以包括第三保护单元1063。第三保护单元1063连接在第一保护单元1061和第二保护单元1062之前。具体的，第三保护单元1063包括并联的抗冲击电阻和可恢复型保险丝。
35.在本发明实施例中，通过设置通信保护电路，在保证正常通信的基础上，避免了持续高压或瞬间高压等干扰电压信号对通信回路的损坏，提高了充电装置的安全性保证了通信的稳定性。
36.参考图9和图10所示的充电系统中的充电装置100。充电装置100至少还包括风扇
108、风扇电机109、驱动电路120和控制器121。
37.风扇108设置与壳体101内，以为充电装置100内部的功率器件或者功率回路散热，例如，可以为风扇电机散热。
38.在本实施例中，风扇电机109可以是无刷、无感电机，例如，可以是三相无刷电机，电机的三相定子绕组之间采用三角形或星型连接。风扇电机109为风扇108提供动力来源，以驱动风扇108转动。
39.驱动电路120，与风扇电机109的各相定子绕组电性连接，用于将来自电源接口102的电流传递至定子绕组以风扇电机109旋转。作为实施例的一种，如图11所示，驱动电路120包括多个开关元件q1、q2、q3、q4、q5、q6。开关元件的每个栅极端与控制器121电性连接，用于接收来自控制器121的控制信号。开关元件的每个漏极或源极与风扇电机109的定子绕组连接。开关元件q1-q6接收来自控制器121的控制信号改变各自的导通状态，从而改变电源加载在风扇电机109的定子绕组上的电流。在一个实施例中，驱动电路120可以是包括六个可控半导体功率器件（例如fet，bjt，igbt等）的三相桥驱动器电路。可以理解的是，上述开关元件也可以是任何其他类型的固态开关，例如绝缘栅双极型晶体管（igbt），双极结型晶体管（bjt）等。
40.为了使风扇电机109转动，驱动电路120具有多个驱动状态，在一个驱动状态下风扇电机109的定子绕组会产生一个磁场，控制器121依据电机的转子位置或反电动势输出相应的pwm控制信号至驱动电路120中的开关元件以使驱动电路120切换驱动状态，从而使定子绕组产生变化的磁场以驱动转子转动，进而实现风扇电机109的转动、停转或换相。需要说明的是，其它任何能够驱动风扇电机109的转动、停止或换相的电路和控制方式均可用于本公开，本公开对驱动电路120的电路结构和控制器121对驱动电路120的控制不做限制。
41.控制器121，至少与驱动电路121和风扇108构成电性连接。具体实现中，控制器121可以获取风扇108的状态参数，并监测所获取的参数与预设的参数阈值之间的关系。进一步的，控制器121在监测到状态参数小于或等于参数阈值时，可以控制风扇降低转速，其中参数阈值可以是表征风扇堵转时的转速值、电压值或者电流值等。控制器121控制风扇108降低转速可以理解为：控制风扇108的转速降低至第一预设转速并维持该值转动，或者控制风扇108的转速降为零即控制其停止转动，或者风扇108的转速减低到第一预设转速并维持该值转动一段时间后再控制其将其转速降为零。在一个实施例中，参数阈值为转速阈值。进一步的，在预设时间段后，控制器121控制风扇提高转速。其中，控制器121控制风扇108提高转速可以理解为：控制风扇108由停止转动状态变为转动状态，即风扇的转速由无到有的转变，或者控制风扇108的转速由上述第一预设转速提高至第二预设转速。在本技术中，风扇转速小于等于第一转速阈值可以理解为风扇发生了堵转。
42.在一个实施例中，控制器121还可以监控风扇的状态参数小于或等于参数阈值的维持时长，并在该维持时长大于等于时长阈值时，控制风扇108降低转速。即在风扇堵转发生一定时间后再控制风扇降低转速。进一步的，在风扇转速降低的预设时间段后，可以重新提高风扇转速。
43.在一个实施例中，上述过程可以理解为，在风扇发生堵转时，控制器控制风扇先停止转动一段时间，再重启风扇。可以理解的是，重启风扇时，控制器121可以更新风扇的状态参数，例如重新获取重启后风扇的转速，并重复上述过程即对比更新后的状态参数是否小
于或等于参数阈值，若是则控制风扇停转，并在预设时间段后重启。也就是说，检测到风扇堵转时，可以控制风扇间断性启动，通过间断性的重启风扇，可以降低风扇电源的耗损。
44.事例性的，控制器121在监测到风扇的转速vf小于等于最低限制v0时，确认v
fv0
的持续时间tm，并在tmt1时，控制风扇停止转动；进一步的，控制器121监测风扇停止转动的持续时间tn，并在tnt2时，控制风扇重新转动即重新开启风扇。在风扇转动的过程中，可以循环重复上述过程。
45.在本实施例中，充电装置100中的电源转换模块122设置在电源接口102和充电端口103之间，可以将电源接口102接入的电源转化充电电能为电池包200充电。电源转换模块122可以包括上述电源转换电路107，可以将接入的电源转化为电池包充电的充电电源以及为充电装置内部的功率器件供电的辅助电源。在本实施例中，电源转换模块122输出的辅助电源可以为风扇108供电。本实施例中，在风扇堵转时，通过控制风扇循环、间断性的开启，可以有效帮助风扇恢复正常转动，同时降低风扇电源的供电即降低辅助电源回路的损耗。
46.在可选的实现方式中，控制器121在控制风扇108降低转速的同时，可以控制降低电源转换模块122的电能输出能力，以在风扇堵转时降低主输出回路的电源耗损。
47.在本实施例中，如图12所示，充电装置100还包括充电指示模块123。充电指示模块123可以充电信号指示灯或充电显示屏等能够提示用户当前电池包充电电量的设置。现有技术中，充电电池每次均充满电时，电池的使用寿命会受到影响。
48.在本实施例中，通信端口104可以获取电池包的电池包参数，例如，获取电池包200当前的充电电量。进一步的，通信模块105可以根据通信协议解析出电池包的充电电量，控制器121根据电池包的充电电量控制充电指示模块123的显示状态。例如，在电池包的充电电量满足第一电量阈值时，控制充电指示模块输出显示第一充电状态；在电池包的充电电量满足第二电量阈值时，控制充电指示模块输出显示第二充电状态；其中，第一电量阈值小于第二电量阈值。事例性的，控制器121在检测到电池包的充电电量接近80%时，控制充电信号指示灯以一定频率闪烁，在检测到电池包的充电电量接近满电时，控制充电信号指示灯常亮。其中，充电指示模块显示充电状态的方式此处不做限定。通过设置两次电量提示，可以使用户自主选择电池包的充电电量，以满足用户在增加电池使用寿命和保证当前使用性能两种不可兼得的特性中的选择需求。
49.下面将结合图13说明用于充电装置中风扇的控制方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：s101，获取风扇转速。
50.s102，监测风扇转速小于或等于转速阈值的维持时长。
51.s103，在维持时长大于或等于时长阈值时，控制风扇降低转速。
52.s104，在预设时间段后，控制风扇提高转速。
53.下面将结合图14说明用于充电装置中电量指示模块的控制方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：s201，获取电池包的充电电量。
54.s202，在电池包的充电电量满足第一电量阈值时，控制充电指示模块输出显示第一充电状态。
55.s203，在电池包的充电电量满足第二电量阈值时，控制充电指示模块输出显示第
二充电状态。
56.上述方式可通过写入控制器的软件程序执行。
57.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。