充电装置、充电系统、充电桩的制作方法

1.本实用新型涉及电路控制领域，尤其涉及一种充电装置、充电系统、充电桩。


背景技术：

2.相关技术中，对用电设备的电池进行充电时，如果直接对接入充电装置的电池进行充电，容易因为电池故障在充电插头处发生打火现象，严重时导致火灾发生。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种充电装置、充电系统、充电桩，其中，所述充电装置能够通过检测充电装置的开关模块两端的电压差值，只有在电压差值小于预设阈值时才开启开关模块对待充电设备进行充电，从而避免待充电设备故障或者与充电装置不匹配时发生打火的危险。
4.第一方面，本技术提供了一种充电装置，应用于待充电设备，所述充电装置包括：开关模块；第一电压检测模块，与所述开关模块的一端电连接，所述第一电压检测模块用于检测所述开关模块一端的第一电压；第二电压检测模块，分别与所述开关模块的另一端、所述待充电设备电连接，所述第二电压检测模块用于检测所述开关模块另一端的第二电压；处理模块，分别与所述第一电压检测模块、所述第二电压检测模块电连接，所述处理模块用于根据所述第一电压与所述第二电压的差值生成控制指令；控制模块，分别与所述处理模块、所述开关模块电连接，所述控制模块用于根据所述控制指令控制所述开关模块的工作状态。
5.本技术通过实时检测充电装置的充电电压、待充电设备的电压，即所述开关模块两端的第一电压和第二电压，并实时传输至处理模块进行处理，由处理模块根据所述第一电压、第二电压计算出第一电压与第二电压的差值，并根据上述第一电压、第二电压以及电压差值生成相应的控制指令，所述控制指令包括第一控制指令和第二控制指令。其中，第一控制指令用于在待充电设备有故障或者与充电装置不匹配时，控制开关模块关闭，停止对待充电设备充电；第二控制指令用于在待充电设备良好且与充电装置匹配时，控制开关模块开启，对待充电设备进行充电。通过检测开关模块两端的电压值，计算电压差值，能够根据待充电设备的状况选择是否进行充电，保证了待充电设备与充电装置的匹配，进行有效安全的充电，避免了因为待充电设备故障，造成在充电接口处发生打火的危险。
6.在一些实施例中，所述控制模块包括：第一二极管，与所述开关模块电连接；三极管，所述三极管的基极与所述处理模块电连接，所述三极管的发射极与所述第二电压检测模块电连接，所述三极管的集电极与所述第一二极管电连接。
7.在一些实施例中，所述控制模块还包括：第一电阻，所述第一电阻一端与所述处理模块电连接，所述第一电阻的另一端与所述开关模块电连接；第二电阻，所述第二电阻一端与所述三极管的基极连接，所述第一电阻的另一端与所述三极管的发射极电连接；电容，与所述第二电阻并联电连接；第三电阻，所述第三电阻一端与所述三极管的基极电连接，所述
第三电阻的另一端与所述处理模块连接。
8.在一些实施例中，所述控制模块还包括：第二二极管，与所述第一二极管并联电连接。
9.在一些实施例中，所述第一电压检测模块包括：第四电阻，与所述开关模块的一端电连接，并与外部电源电连接；第五电阻，与所述第四电阻电连接；第六电阻，分别与所述第五电阻、所述三极管的发射极电连接；其中，所述处理模块与所述第六电阻、所述第五电阻的第一连接节点电连接。
10.在一些实施例中，所述第二电压检测模块包括：第七电阻，与所述开关模块的另一端电连接；第八电阻，与所述第七电阻电连接；第九电阻，分别与所述第八电阻、所述三极管的发射极电连接；其中，所述处理模块与所述第八电阻、所述第九电阻的第二连接节点电连接。
11.在一些实施例中，所述开关模块包括：继电器，所述继电器的控制端分别与所述第一二极管、所述第一电压检测模块连接，所述继电器的常开触点与所述第二电压检测模块连接。
12.第二方面，本技术还提供了一种充电系统，包括：如上述任一项实施例所述的充电装置；待充电设备，与所述第二电压检测模块连接。
13.第三方面，本技术还提供了一种充电桩，包括如上述实施例所述的充电系统。
14.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：
16.图1为本实用新型充电装置的一框架图；
17.图2为本实用新型充电装置的一电路图。
18.附图标记：100、充电装置；110、开关模块；120、控制模块；130、处理模块；140、第一电压检测模块；150、第二电压检测模块。
具体实施方式
19.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
21.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所
指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
22.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
23.本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
24.需要说明的是，待充电设备，指的是能将化学能和电能相互转化的设备，比如可充电的电池。电池作为电源时，将电池中储存的化学能转化为电能并输出，能够给用电设备提供稳定的电压、电流。电池中的化学能耗尽之后，需要对电池进行充电，则此时的电池作为待充电设备，由充电装置对电池进行充电，电池将充电装置的电能转化为化学能并储存，可充电的电池可实现循环利用。然而，待充电设备存在故障的可能，如果将故障的待充电设备接到充电装置中，直接对其进行充电，待充电设备在充电装置的电路中将发生短路，产生巨大的冲击电流，并在充电装置与待充电设备的接口处出现火花，导致充电装置老化发黑，严重时甚至导致起火。为此，在对接入充电装置的待充电设备进行充电之前，需要对待充电设备在电路中的电压进行检测，以保证待充电设备是良好的，避免因为短路而发生打火现象。
25.第一方面，请参阅图1，本技术提供了一种充电装置100，应用于待充电设备，所述充电装置100包括：开关模块110；第一电压检测模块140，与所述开关模块110的一端电连接，所述第一电压检测模块140用于检测所述开关模块110一端的第一电压；第二电压检测模块150，分别与所述开关模块110的另一端、所述待充电设备电连接，所述第二电压检测模块150用于检测所述开关模块110另一端的第二电压；处理模块130，分别与所述第一电压检测模块140、所述第二电压检测模块150电连接，所述处理模块130用于根据所述第一电压与所述第二电压的差值生成控制指令；控制模块120，分别与所述处理模块130、所述开关模块110电连接，所述控制模块120用于根据所述控制指令控制所述开关模块110的工作状态。
26.可以理解的，所述开关模块110用于控制充电装置100对待充电设备进行充电或者停止充电。所述第一电压检测模块140用于检测充电装置100的实时充电电压，所述充电电压即外部电源的电压，并将充电电压传输至充电装置100中的处理模块130，生成所述第一电压。所述第二电压检测模块150用于对待充电设备的实时电压进行检测，并将电压值传输至处理模块130进行处理，生成所述第二电压。且，所述第二电压检测模块150还与开关模块110的另一端连接，即所述待充电设备的第二电压等于所述开关模块110另一端的电压值。可以理解的，第一电压、第二电压分别为所述开关模块110两端的电压。良好的待充电设备具有一定的电压，且与充电装置100的充电电压相差较小。因此，将待充电设备接入充电装置100后，对待充电设备的电压与充电装置100的充电电压，即所述第一电压、第二电压进行检测和比较，能够判断出待充电设备是否故障，从而避免充电打火。
27.具体的，假设第一电压检测模块140检测到的第一电压为v1，第二电压检测模块150检测到的第二电压为v2，将第一电压、第二电压传输到处理模块130，处理模块130根据第一电压及第二电压的电压值计算出电压差值，则第一电压与第二电压的电压差值为δv
＝v1-v2，处理模块130根据电压差值δv及v1、v2生成相应的控制指令，具体如下所述：
28.当δv＝v1-v2＝v1，即v2＝0，开关模块110的一端电压为0，即待充电设备的电压为0，判断为待充电设备有故障或者充电装置100中未接入待充电设备，开关模块110关闭，停止对待充电设备充电。此时如果开关模块110开启，充电装置100对待充电设备进行充电，由于开关模块110靠近充电接口(接入待充电设备的接口)的一端电压为0，而另一端与用于充电的外部电源相连，存在较大充电电压，开关模块110开启，对待充电设备进行充电时由于两端的电压差值大，将会瞬间产生很大的冲击电流，充电接口处发生打火现象。因此，当处理模块130接收到的第一电压v1以及第二电压v2后，计算相应的电压差值δv。第一电压v1不为0，第二电压v2为0，即所述δv＝v1时，则处理模块130生成第一控制指令，第一控制指令传输至控制模块120，控制模块120根据所述第一控制指令控制开关模块110关闭，即停止对待充电设备进行充电。
29.当δv＝v1-v2＝v3，且v3大于第一预设阈值，即v2远远小于v1时，待充电设备的电压远远小于充电装置100的充电电压，判断为待充电设备有故障或者该待充电设备与充电装置100不匹配，开关模块110关闭，停止对待充电设备进行充电。所述第一预设阈值根据v1、v2的大小而不同，即不同的待充电设备在充电装置100中的第一预设阈值不同。在相关技术中，充电装置100的充电电压要略高于待充电设备的电压。一方面是因为如果充电电压低于待充电设备的电压，则充电装置100无法对待充电设备进行充电；另一方面是因为充电电压过高时会因为过充电而缩短待充电设备的寿命。因此，充电装置100的充电电压只比待充电设备的电压略高，才能有效安全地进行充电。比如，对12伏的蓄电池进行充电时，采用的充电电压为15.4伏。根据不同的待充电设备可以选择不同的充电电压，本实施例在此不一一举例。可以理解的，待充电设备存在故障，或者该待充电设备与充电装置100不匹配(充电电压过高)时，则检测的第一电压与第二电压的差值较大，此时处理模块130根据上述v1、v2以及δv生成第一控制指令，第一控制指令传输至控制模块120，控制模块120根据所述第一控制指令控制开关模块110关闭，停止对待充电设备进行充电。
30.当δv＝v1-v2＝v4，且v4小于第二预设阈值，即第一电压v1与第二电压v2的差值较小，判断为待充电设备良好且与充电装置100匹配，开关模块110开启，充电装置100开始对待充电设备进行充电。所述第二预设阈值根据不同的待充电设备在充电装置100中的理想充电电压不同而不同。具体的，由上述已知，充电装置100的充电电压与待充电设备的电压相差不能过大。将待充电设备接入充电装置100后，由第一电压检测模块140、第二电压检测模块150检测出开关模块110两端的电压，并传输至处理模块130计算得到两电压的差值，电压差值δv小于第二预设阈值时，即待充电设备的电压与充电装置100的充电电压的电压差值处于合适的范围，处理模块130生成第二控制指令，第二控制指令传输至控制模块120，控制模块120根据所述第二控制指令控制开关模块110开启，对待充电设备进行充电。此时开启开关模块110，由于开关模块110两端的电压相差较小，充电接口不会发生打火现象，且充电装置100与待充电设备匹配，能够进行安全有效的充电，减少充电对待充电设备寿命的影响。
31.本技术实施例中，通过实时检测充电装置100的充电电压、待充电设备的电压，即所述开关模块110两端的第一电压和第二电压，并实时传输至处理模块130进行处理，由处理模块130根据所述第一电压、第二电压计算出第一电压与第二电压的差值，并根据上述第
一电压、第二电压以及电压差值生成相应的控制指令，所述控制指令包括第一控制指令和第二控制指令。其中，第一控制指令用于在待充电设备有故障或者与充电装置100不匹配时，控制开关模块110关闭，停止对待充电设备充电；第二控制指令用于在待充电设备良好且与充电装置100匹配时，控制开关模块110开启，对待充电设备进行充电。通过检测开关模块110两端的电压值，计算电压差值，能够根据待充电设备的状况选择是否进行充电，保证了待充电设备与充电装置100的匹配，进行有效安全的充电，避免了因为待充电设备故障，造成在充电接口处发生打火的危险。
32.请参阅图2，在一些实施例中，所述开关模块110包括：继电器，所述继电器的控制端rly-a分别与第一二极管d1、第一电压检测模块140连接，所述继电器的常开触点rly-b与第二电压检测模块150连接。
33.具体的，所述继电器是一种电控制器件，具有控制端和被控制端，所述常开触点rly-b即被控制端，常开触点rly-b即被控制端的电路在没有电流时保持断开状态。继电器在电路中起着自动开关的作用。例如，继电器可以由第一线圈、第二线圈组成，其中第一线圈作为被控制端，第二线圈作为控制端，当第二线圈中没有电流时，第一线圈保持使电路断开的工作状态，即开关模块110关闭，充电电路中没有电流。当在第二线圈中输入电流时，由于电磁感应定律使第一线圈受到影响，第一线圈控制常开触点rly-b闭合，则充电电路导通，开关模块110开启，充电装置100对待充电设备进行充电。具体的，所述待充电设备的正极与所述开关模块110的另一端电连接，即与bat 电连接，所述待充电设备的负极与bat-电连接。所述bat 、bat-分别为充电装置的充电接口正负极。
34.请再次参阅图2，在一些实施例中，所述控制模块120包括：第一二极管d1，与所述开关模块110电连接；三极管q1，所述三极管q1的基极1与所述处理模块130电连接，所述三极管q1的发射极2与所述第二电压检测模块150电连接，所述三极管q1的集电极3与所述第一二极管d1电连接。
35.具体的，所述第一二极管d1指的是具有两个电极的电子元件，只允许电流由单一方向流过。所述三极管q1是一种控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，因此可用作开关控制模块120。三极管q1包括基极1、集电极3、发射极2三个引脚。当加在三极管q1基极1的电压小于三极管q1的导通电压，基极1电流为零，集电极3电流和发射极2电流都为零，三极管q1这时失去了电流放大作用，集电极3和发射极2之间相当于开关的断开状态，我们称三极管q1处于截止状态。当加在三极管q1基极1的电压大于三极管q1的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管q1的发射极2正向偏置，集电极3反向偏置，这时基极1电流对集电极3电流起着控制作用，使三极管q1具有电流放大作用，三极管q1处于导通状态。
36.可以理解的，当三极管q1的基极1是高电平时，三极管q1导通，则与三极管q1的集电极3连接的继电器通电构成回路，开关模块110开启，充电装置100进行充电。当三极管q1的基极1是低电平时，三极管q1截止，继电器断电，开关模块110中的常开触点rly-b回到常态，开关模块110关闭，停止充电。此外，三极管q1截止时，控制模块120中的电流突然减小，继电器作为感性负载，在电流突然截止时，由于自感效应会产生非常大的反向电动势(楞次定律)。这个反向电动势加在三极管q1的两端会把三极管q1击穿。而与继电器反向并联的第一二极管d1，能够在继电器产生反向电动势时导通，消耗掉所述反向电动势，避免三极管q1
被击穿。
37.可以理解的，本实施例中的三极管q1根据基极1的电压控制三极管q1的工作状态。具体的，当处理模块130判断当前接入的待充电设备故障或者不匹配时，处理模块130输出第一控制指令控制充电装置100断开充电电路。具体的，第一控制指令为低电平，低电平信号传输至三极管q1的基极1，三极管q1截止，控制电路中没有产生电流信号。则开关模块110中，继电器的常开触点rly-b保持为断开状态，开关模块110关闭，充电电路断开。当处理模块130判断当前接入的待充电设备良好且与该充电装置100匹配时，处理模块130输出第二控制指令控制充电装置100进行充电。具体的，第二控制指令为高电平，高电平信号传输至三极管q1的基极1，三极管q1导通，在控制电路中产生电流信号，继电器的常开触点rly-b改变为闭合状态，开关模块110开启，充电电路导通。
38.本实施例中通过设置相应的三极管q1、二极管以及继电器，能够通过简单的输出信号(高电平和低电平)实现对充电电路开关模块110的控制，且控制电路简单可靠。
39.请再次参阅图2，在一些实施例中，所述控制模块120还包括：第二二极管d2，与所述第一二极管d1并联电连接。
40.可以理解的，所述第一二极管d1与继电器反向并联，用于在继电器产生反向电动势时保护三极管q1不被击穿。当反向电动势过大，流经二极管的电流过大时，二极管可能会烧坏。因此第二二极管d2与第一二极管d1并联电连接，可以对电流进行分流，且在另外一个二极管损坏时可以保证电路仍然有效工作。
41.请再次参阅图2，在一些实施例中，所述控制模块120还包括：第一电阻r1，所述第一电阻r1一端与所述处理模块130电连接，所述第一电阻r1的另一端与所述开关模块110电连接；第二电阻r2，所述第二电阻r2一端与所述三极管q1的基极1连接，所述第二电阻r2的另一端与所述三极管q1的发射极2电连接；电容c1，与所述第二电阻r2并联电连接；第三电阻r3，所述第三电阻r3一端与所述三极管q1的基极1电连接，所述第三电阻r3的另一端与所述处理模块130连接。
42.可以理解的，所述第一电阻r1、第三电阻r3分别位于三极管q1的集电极3和基极1，目的是为了防止控制模块120中的电流过大造成器件损坏。其中，第一电阻r1，又称为负载电阻，第一电阻r1的一端与所述第一二极管d1电连接，另一端与处理模块130的电源端vdd电连接，能够将控制电路中变化的电流转化为变化的电压，从而实现电压的放大功能；第二电阻r2，连接在基极1与发射极2之间，用于提供基极1的静态工作点，在基极1信号输入转换为低电平时保证三极管q1可靠关断；电容c1，该电容c1作为旁路电容c1，能够进行滤波，提高三极管q1的抗干扰能力；第三电阻r3一端与基极1电连接，另一端与处理模块130的delay接口电连接，所述第三电阻r3又称为偏置电阻，能够给三极管q1提供正向偏置电压。
43.请再次参阅图2，在一些实施例中，所述第一电压检测模块140包括：第四电阻r4，与所述开关模块110的一端电连接，并与外部电源电连接，所述外部电源即图2的v0；第五电阻r5，与所述第四电阻r4电连接；第六电阻r6，分别与所述第五电阻r5、所述三极管q1的发射极2电连接；其中，所述处理模块130与所述第六电阻r6、所述第五电阻r5的第一连接节点vo-sen电连接。
44.可以理解的，根据电阻分压原理、串联的三个电阻的阻值以及第一连接节点vo-sen处的电压值，可以计算出其他连接节点处的电压值，从而得到与用于充电的外部电源v0
电连接的第四电阻r4一端的电压值，即所述充电电压。具体计算公式如下：
[0045][0046]
其中，va为检测的第一连接节点vo-sen处的电压，r4、r5、r6分别为第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6的阻值，v1为所述第一电压。
[0047]
请再次参阅图2，在一些实施例中，所述第二电压检测模块150包括：第七电阻r7，与所述开关模块110的另一端电连接；第八电阻r8，与所述第七电阻r7电连接；第九电阻r9，分别与所述第八电阻r8、所述三极管q1的发射极2电连接；其中，所述处理模块130与所述第八电阻r8、所述第九电阻r9的第二连接节点bat-sen电连接。
[0048]
可以理解的，根据上述相同的计算原理，能够计算出开关模块110另一端的电压，即所述待充电设备的电压。具体计算公式如下：
[0049][0050]
其中，vb为检测的第二连接节点bat-sen处的电压，r7、r8、r9分别为第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9的阻值，v2为所述第二电压。
[0051]
可以理解的，根据上述计算公式δv＝v1-v2，由处理模块130计算出第一电压与第二电压的差值后，根据所述第一电压、第二电压以及电压差值生成第一控制指令或者第二控制指令，以控制开关模块110开启或者关闭，从而实现根据待充电设备的电压与充电装置100的充电电压，判断待充电设备是否良好，以及两者是否匹配，保证了充电的安全有效，避免了充电打火现象，且该充电装置100中使用的电路器件结构简单，容易实现。
[0052]
其中，上述处理模块130的型号可以是型号为pic18f26k80-i/ss的芯片，则所述第一连接节点vo-sen与所述芯片的rb0接口电连接；所述第二连接节点bat-sen与所述芯片的rb1接口电连接；所述delay接口为所述芯片的rb4接口。
[0053]
第二方面，本技术提供了一种充电系统，包括：如上述任一项实施例所述的充电装置100；待充电设备，与所述第二电压检测模块150连接。
[0054]
第三方面，本技术提供了一种充电桩，包括如上述实施例所述的充电系统。
[0055]
上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。