一种电动牙刷充电模式自适应切换方法及系统与流程

本技术涉及电动牙刷充电控制，尤其是涉及一种电动牙刷充电模式自适应切换方法及系统。

背景技术：

1、电动牙刷通过电动机芯带动刷头高频振动或旋转以清洁牙齿，主要在卫生间等潮湿环境中使用与存放，对充电方式的防水性能要求较高。早期电动牙刷多采用内置可更换电池供电，电量耗尽后需拆开机身更换电池，机身因设有可开合的电池仓而难以做到整体密封，在潮湿环境中存在进水与触点氧化的隐患。

2、为提高密封防水性能并兼顾便携与应急补电的需要，电动牙刷逐渐发展出多种充电方式并存的形态：机身设有充电接口以便有线直充，机身与充电座之间设有相互感应的线圈以便无线充电，部分充电座自身内置电池并设有市电输入接口与对外输出接口，从而能够在脱离市电时作为移动电源为机身补电，充电座还可挂墙安装或置于台面。

3、然而，现有的多种充电方式并存的电动牙刷，其充电通路的选择与切换仍由用户人工完成，系统内部缺少对当前充电态势的自动感知以及在多条充电通路之间的自动仲裁与切换；因为缺少这一自动控制环节，用户每次充电都须自行判断当下应使用哪一条通路以及充电座是否仍有可用电量，进而在判断失误时，例如充电座电量已耗尽却仍依赖充电座供电、或者机身既接入有线充电又置于无线充电座之上致使两条通路同时向机身电池馈电而相互争抢，造成补电失败、充电异常或局部发热，使得多种充电通路尤其是自带电池充电座的应急供电能力难以被可靠地发挥。

技术实现思路

1、为了使电动牙刷在有线直充、无线充电与充电座电池供电等多条充电通路之间无需用户人工判断即可自动选择与切换，并避免因人工误选或多条通路同时向手柄电池馈电而造成的补电失败、充电异常以及多通路尤其是自带电池充电座的应急供电能力难以发挥，本技术提供一种电动牙刷充电模式自适应切换方法及系统。

2、第一方面，本技术提供的一种电动牙刷充电模式自适应切换方法，采用如下的技术方案：

3、一种电动牙刷充电模式自适应切换方法，电动牙刷包括手柄与充电座，手柄设有手柄设有手柄电池、无线接收线圈与手柄市电接入接口，充电座设有充电座电池、无线发射线圈、充电座市电接入接口与有线输出接口，无线接收线圈与无线发射线圈构成无线供电通路，方法包括以下步骤：

4、s1.获取充电态势信息，充电态势信息包括手柄的市电接入状态、充电座的市电接入状态、手柄与充电座之间的无线耦合建立状态、充电座电池的剩余电量和手柄电池的剩余电量；

5、s2.根据充电态势信息从预设充电模式集合中辨识当前可用的充电模式，预设充电模式集合包括手柄直充模式、充电座转供无线模式、充电座电池无线供电模式和充电座电池有线输出模式，充电座转供无线模式与充电座电池无线供电模式均经无线供电通路向手柄传能，且分别在充电座的市电接入状态为已接入时传输经充电座市电接入接口获取的电能，在充电座的市电接入状态为未接入时传输充电座电池的电能；

6、s3.按预设优先级从当前可用的充电模式中确定目标充电模式并切换至目标充电模式对应的充电通路，在充电态势信息发生变化时重新确定目标充电模式并在目标充电模式不同于切换前的充电模式时切换至目标充电模式对应的充电通路，响应于手柄的市电接入状态为已接入且无线耦合建立状态为已建立确定目标充电模式为手柄直充模式并禁止无线供电通路向手柄传能。

7、通过采用上述技术方案，将分散在手柄与充电座两侧的市电接入、无线耦合与电量状态汇聚为统一的充电态势信息，使系统能够在无需用户判断的情况下自动辨识当前可用的充电模式并按预设优先级仲裁出目标充电模式；其中对充电座转供无线模式与充电座电池无线供电模式按能量来源加以区分，使经同一无线通路传能的两种情形得到分别处置；在手柄同时接入市电并置于充电座时确定为手柄直充模式并禁止无线传能，避免两条通路同时向手柄电池馈电而相互争抢；在充电态势变化时重新确定目标充电模式，使充电在用户插拔市电或取放手柄等情形下随态势自动转移，从而将多条充电通路的选择与切换由人工操作转变为系统的自动感知与仲裁。

8、可选的，s3中，响应于目标充电模式为充电座电池无线供电模式且手柄电池存在电量缺口，按以下方式控制无线供电通路的传能：响应于电量缺口小于预设最小补电量，不启动无线供电通路的传能；响应于电量缺口不小于预设最小补电量且充电座电池的剩余电量大于预设储备电量，启动无线供电通路向手柄传能并将本次传能的供给电量限定为充电座电池的剩余电量与预设储备电量之差和电量缺口中的较小值；响应于电量缺口不小于预设最小补电量且充电座电池的剩余电量不大于预设储备电量，按预设不足处置策略控制无线供电通路的传能。

9、通过采用上述技术方案，使充电座在以自身电池经无线为手柄补电时始终保留不低于预设储备电量的余量，并将单次供给量限制在手柄实际缺口之内，从而在反复取放过程中不会被持续放空，保持充电座作为应急电源的可用性。

10、可选的，s3中，电量缺口按以下方式确定：记录手柄相对充电座的取离时刻、回座时刻与单次使用时长，根据取离时刻按星期分桶得到区分工作日与休息日的使用时刻分布，根据使用时刻分布预测手柄的下一次取离时刻；响应于当前时刻处于下一次取离时刻之前的预设补电窗口之外，将手柄电池维持于预设存储电量并将电量缺口确定为预设存储电量与手柄电池的剩余电量之差；响应于当前时刻进入预设补电窗口，将电量缺口确定为根据单次使用时长设定的目标电量与手柄电池的剩余电量之差。

11、通过采用上述技术方案，使手柄在长时间置于充电座期间维持于较低的存储电量，仅在预测的取用时刻之前的补电窗口内补至满足单次使用的目标电量，从而在保证取用即可用的同时减少手柄电池长期处于高荷电态所引起的老化。

12、可选的，s3中，还包括：在手柄与充电座重新建立无线耦合或者手柄与充电座之间的通信恢复时，更新手柄电池的剩余电量，并禁止根据更新前的手柄电池的剩余电量确定电量缺口；在手柄脱离充电座的期间，将手柄电池的剩余电量取为根据上一次已知剩余电量与预设自放电速率推算的剩余电量下界；响应于下一次取离时刻的预测连续失败的次数超过预设次数，停止将手柄电池维持于预设存储电量并重新确定使用时刻分布。

13、通过采用上述技术方案，在手柄脱离充电座、缺少实时充电电流观测时以保守的电量下界进行预存与补电决策，并在重新耦合时及时刷新电量读数，避免基于过期电量数据做出错误的预存量与补电量。

14、可选的，预设不足处置策略包括：响应于手柄电池的剩余电量不低于预设手柄电量下限、手柄的市电接入状态与充电座的市电接入状态中至少一个为已接入、或者充电座电池的剩余电量不低于预设座电量下限，禁止无线供电通路向手柄传能并输出电量不足提示；响应于充电座电池的剩余电量低于预设座电量下限、手柄电池的剩余电量低于预设手柄电量下限且手柄的市电接入状态与充电座的市电接入状态均为未接入，启动无线供电通路向手柄传能直至手柄电池的剩余电量达到预设最低可用电量，并输出接入市电提示。

15、通过采用上述技术方案，在充电座与手柄电量均已不足且均无市电可用的极端情形下放弃对充电座储备的保留，将充电座仅存的电量集中用于使手柄达到满足一次使用的最低可用电量，使用户在该情形下仍能完成一次清洁。

16、可选的，还包括：响应于充电座的市电接入状态为已接入，在向手柄电池充电与向充电座电池补电之间按以下方式仲裁：根据使用时刻分布预测手柄在下一次取离后脱离充电座且脱离市电使用的脱网需求量，响应于充电座电池的剩余电量低于脱网需求量与预设储备电量之和，将经市电接入接口获取的电能优先用于向充电座电池补电，直至充电座电池的剩余电量达到脱网需求量与预设储备电量之和，再将剩余电能用于向手柄电池充电。

17、通过采用上述技术方案，在充电座接入市电期间预先为充电座电池补足应对下一次脱网使用所需的电量，使充电座在用户携带手柄外出等脱离市电的场景中仍具备为手柄补电的能力。

18、可选的，s3中，将充电通路切换至目标充电模式对应的充电通路时，先建立目标充电模式对应的充电通路，在目标充电模式对应的充电通路建立完成后再断开切换前所采用的充电通路，使手柄电池的充电在切换期间保持连续。

19、通过采用上述技术方案，在充电模式切换过程中先接通目标通路再断开原通路，使手柄电池的充电不因模式切换而中断，避免切换瞬间的断流。

20、可选的，s3中，预设优先级为按充电模式的能量来源排序的优先级，手柄直充模式的优先级高于充电座转供无线模式的优先级，充电座转供无线模式的优先级高于充电座电池无线供电模式的优先级，充电座电池无线供电模式的优先级高于充电座电池有线输出模式的优先级。

21、通过采用上述技术方案，优先选用直接来自市电的充电通路，在市电不可用时才动用充电座电池，减少经无线传输与电池转存带来的能量损耗。

22、可选的，在向手柄电池充电的过程中，获取手柄电池的电池温度，响应于电池温度高于预设温度上限，降低向手柄电池充电的充电电流上限或者暂停充电，响应于电池温度回落至预设温度上限以下，恢复充电。

23、通过采用上述技术方案，在温度较高的环境中充电时随电池温度调整充电电流，减小高温对手柄电池的影响。

24、可选的，在目标充电模式经无线供电通路传能时，根据无线供电通路的传能效率确定手柄与充电座之间的对位质量，响应于对位质量低于预设质量阈值，降低无线供电通路的传能功率或者输出对位提示。

25、通过采用上述技术方案，在手柄与充电座对位不佳时降低传能功率或提示用户调整，减少对位偏差造成的传能损耗与发热。

26、可选的，在无线耦合建立状态为已建立时，响应于无线供电通路的传能效率低于预设效率阈值且手柄电池的剩余电量在传能过程中无变化，判定充电座上存在异物并停止无线供电通路传能。

27、通过采用上述技术方案，在充电座上落入金属异物时停止无线传能，减少异物受感应加热的安全隐患。

28、可选的，充电态势信息还包括充电座的放置姿态，响应于放置姿态为挂墙姿态，将向手柄电池充电的充电电流上限设为低于台面姿态下的充电电流上限。

29、通过采用上述技术方案，在充电座挂墙安装散热条件不同时采用较低的充电电流上限，适应不同安装姿态下的散热差异。

30、可选的，手柄电池的剩余电量经无线供电通路的带内通信由手柄向充电座传递，或者充电座根据无线供电通路接收端的负载特征推断手柄电池的电量缺口。

31、通过采用上述技术方案，使充电座在无独立通信链路时仍能获取手柄电量信息，为充电座侧的供给与预存决策提供依据。

32、可选的，充电座电池经有线输出接口向手柄输出电能以构成充电座电池有线输出模式。

33、通过采用上述技术方案，在无线传能不便时经有线接口由充电座电池为手柄补电，增加充电座电池供电的可用通路。

34、第二方面，本技术提供的一种电动牙刷充电模式自适应切换系统，采用如下的技术方案：

35、一种电动牙刷充电模式自适应切换系统，包括手柄和充电座；手柄设有手柄电池、无线接收线圈和手柄市电接入接口；充电座设有充电座电池、无线发射线圈、充电座市电接入接口和有线输出接口，无线接收线圈与无线发射线圈构成无线供电通路；系统还包括：

36、态势感知单元，态势感知单元被配置成获取充电态势信息，充电态势信息包括手柄的市电接入状态、充电座的市电接入状态、手柄与充电座之间的无线耦合建立状态、充电座电池的剩余电量和手柄电池的剩余电量；

37、模式仲裁切换单元，模式仲裁切换单元被配置成根据充电态势信息从预设充电模式集合中辨识当前可用的充电模式并按预设优先级确定目标充电模式，预设充电模式集合包括手柄直充模式、充电座转供无线模式、充电座电池无线供电模式和充电座电池有线输出模式，充电座转供无线模式与充电座电池无线供电模式均经无线供电通路向手柄传能，且分别在充电座的市电接入状态为已接入时传输经充电座市电接入接口获取的电能，在充电座的市电接入状态为未接入时传输充电座电池的电能，将充电通路切换至目标充电模式对应的充电通路，在充电态势信息发生变化时重新确定目标充电模式，并响应于手柄的市电接入状态为已接入且无线耦合建立状态为已建立确定目标充电模式为手柄直充模式并禁止无线供电通路向手柄传能。

38、通过采用上述技术方案，由态势感知单元采集两侧充电态势、由模式仲裁切换单元据此自动辨识可用充电模式并仲裁切换，使前述方法落实为电动牙刷的硬件结构，在多条充电通路之间自动完成感知与切换。

39、可选的，系统还包括储备调度单元和节律学习单元；储备调度单元被配置成确定手柄电池的电量缺口，电量缺口为目标电量与手柄电池的剩余电量之差，并响应于目标充电模式为充电座电池无线供电模式且充电座电池的剩余电量大于预设储备电量，将本次经无线供电通路向手柄电池传能的供给电量限定为充电座电池的剩余电量与预设储备电量之差和电量缺口中的较小值；节律学习单元被配置成记录手柄相对充电座的取离时刻与单次使用时长，根据取离时刻预测手柄的下一次取离时刻，在下一次取离时刻之前的预设补电窗口之外将目标电量设为预设存储电量、在预设补电窗口之内将目标电量设为根据单次使用时长确定的电量。

40、通过采用上述技术方案，由储备调度单元与节律学习单元在硬件上实现充电座储备的保留与按使用节律的择时补电。

41、可选的，系统还包括座电池补给仲裁单元和双空兜底单元；座电池补给仲裁单元被配置成响应于充电座的市电接入状态为已接入，将经充电座市电接入接口获取的电能在向手柄电池充电与向充电座电池补电之间按充电座电池的剩余电量与脱网需求量的关系分配，脱网需求量为手柄在下一次脱离充电座且脱离市电期间预计所需的电量；双空兜底单元被配置成响应于充电座电池的剩余电量低于预设座电量下限、手柄电池的剩余电量低于预设手柄电量下限且手柄与充电座均未接入市电，启动无线供电通路向手柄传能直至手柄电池的剩余电量达到预设最低可用电量。

42、通过采用上述技术方案，由座电池补给仲裁单元在硬件上实现市电期间的座电池预存、由双空兜底单元实现双空极端情形下的最低量保障。

43、可选的，手柄与充电座分别设有相互吸合的对位磁铁，对位磁铁使无线接收线圈与无线发射线圈在手柄置于充电座时对正。

44、通过采用上述技术方案，借助对位磁铁使收发线圈在放置时自动对正，减少人工对位的不便与对位偏差。

45、可选的，充电座设有显示单元和触发按钮，响应于触发按钮被触发，通过显示单元显示充电座电池的剩余电量。

46、通过采用上述技术方案，使用户在使用充电座电池供电之前可查看充电座的剩余电量。

47、可选的，充电座设有用于将充电座固定于墙面的挂墙支架。

48、通过采用上述技术方案，使充电座可固定于墙面，节省台面空间。

49、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

50、1、通过获取手柄与充电座两侧的充电态势信息并据此自动辨识可用充电模式、按预设优先级仲裁出目标充电模式并切换充电通路，使电动牙刷在有线直充、无线充电与充电座电池供电等多条通路之间无需用户人工判断即可自动选择与切换，并在手柄同时接入市电与置于无线座时禁止无线传能，避免两条通路同时馈电相互争抢。

51、2、通过在充电座以自身电池经无线为手柄补电时保留不低于预设储备电量的余量并将单次供给量限制在手柄缺口之内，以及在充电态势变化时重新确定目标充电模式，使充电座作为应急电源的可用性得以保持，并使充电随用户插拔市电或取放手柄而自动转移。

52、3、通过记录手柄取放节律并预测取用时刻，在长时间置于充电座期间将手柄维持于较低存储电量、仅在取用前的补电窗口内补至满足单次使用的电量，并在充电座接入市电时预先为其补足应对脱网使用的电量，使手柄电池长期高荷电态引起的老化得以减小，同时使充电座在脱离市电的携带场景中仍具备为手柄补电的能力。