自动行走设备的电池保护电路及保护方法与流程

1.本发明涉及电池充电技术领域，尤其涉及一种自动行走设备的电池保护电路及保护方法。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，智能的智能割草机为人们所熟知，由于智能割草机可以自动预先设置的程序执行预先设置的相关任务，无须人为的操作与干预，因此在工业应用及家居产品上的应用非常广泛。工业上的应用如执行各种功能的机器人，家居产品上的应用如割草机、吸尘器等，这些智能设备极大地节省了人们的时间，给工业生产及家居生活都带来了极大的便利。但这些智能割草机由于采用电池供电，当电池的电量被用尽后，这些智能割草机就无法工作了，所以一般设定当智能割草机的电量低于某一个设定的值，程序可选择的控制自动移动设备回归充电站为电池充电。
3.在电池充电的过程中，根据安规要求，电池充电回路中需设置至少两个安全开关，以确保在电池无需充电或充电异常时，通过关断开关切断充电电流，停止充电。在充电回路中串联两个开关固然可以满足安规要求，但是，双开关设置成本较高，并且完全依靠开关元器件这种纯硬件方式阻止充电电流流向电池组，并不一定能保证绝对的安全需求，因为元器件在长时间使用后会存在失效的风险。因此，需要寻找其他解决方法在满足安规要求的同时又能降低硬件成本。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种自动行走设备的电池保护电路，所述电路包括：开关装置(11)，连通或断开外部电源对所述电池的充电；
5.开关装置(11)，连通或断开外部电源对所述电池的充电；
6.控制模块(12)，电连接于所述开关装置(11)和所述电池之间，若所述控制模块(12)控制所述开关装置(11)断开，所述控制模块(12)检测所述开关装置(11)输出端的电流，根据所述输出端是否存在电流，确定是否向所述驱动模块(14)发送驱动控制信号，若存在，则向所述驱动模块(14)发送所述驱动控制信号；
7.驱动模块(14)，与所述控制模块(12)电连接，用于根据接收到的所述驱动控制信号控制所述驱动模块(14)的电机运转，使得所述自动行走设备充电接口与外部电源相分离。
8.优选地，所述电路还包括：电池状态监测模块(13)，一端与所述控制模块(12)电连接，另一端与所述电池电连接，所述电池状态监测模块(13)用于监测电池在充电时的状态参数，根据检测到的所述状态参数控制所述开关装置(11)闭合或断开。
9.优选地，所述电池状态检测模块(13)将检测到的状态参数发送至所述控制模块(12)，所述控制模块(12)根据所述状态参数判断所述电池的充电状态为异常或正常，若所述充电状态为异常，则所述控制模块(12)向所述开关装置(11)发送开关断开指令，断开所
述电源对所述电池充电。
10.优选地，所述状态参数为电压值时，所述电池状态检测模块(13)将检测到的状态参数发送至所述控制模块(12)，所述控制模块(12)根据所述状态参数判断所述电池的充电状态为异常、正常或已充满，若所述充电状态为异常或已充满，则所述控制模块(12)向所述开关装置(11)发送开关断开指令，进而断开所述外部电源对所述电池充电。
11.优选地，所述状态参数为电芯温度值时，所述控制模块(12)根据所述状态参数判断所述电池的充电状态为异常或正常包括：所述控制模块(12)判断所述电芯温度值是否高于第一电池温度阈值或者是否低于第二电池温度阈值，若高于第一温度阈值或者低于第二温度阈值时，所述电池充电状态为异常。
12.优选地，若检测到所述开关装置(11)的输出端存在电流，所述控制模块(12)确定所述开关装置(11)失效，并向所述驱动模块(14)发送驱动控制信号。
13.优选地，所述电机为驱动轮电机，所述根据接收到的驱动控制信号控制所述驱动模块的电机运转，使得所述自动行走设备的充电接口与外部电源相分离，包括：控制所述自动行走设备驶离所述外部电源。
14.优选地，所述电机为驱动所述自动行走设备的充电触点伸缩或转动的电机，所述根据接收到的驱动控制信号控制所述驱动模块的电机运转，使得所述自动行走设备的充电接口与外部电源相分离，包括：控制所述充电接口向所述自动行走设备侧伸缩或转动，使得充电接口与外部电源相分离。
15.优选地，其特征在于，所述开关装置(11)为金属氧化物半导体场效应mosfet管，其中，所述mosfet管的源极与所述充电接口电连接，所述mosfet管的栅极与所述控制模块(12)电连接，所述mosfet管的漏极与所述电池电连接。
16.优选地，所述电路还包括检测电阻，所述检测电阻电连接于所述mosfet管的漏极与所述电池的正极之间，通过检测所述检测电阻两端的电压判断所述开关装置(11)的实际通断状态，其中，若控制所述开关装置断开后，所述检测电阻两端的电压大于零，则所述控制模块(12)向所述驱动模块(14)发送驱动控制信号。
17.本发明的另一实施例还提供了一种自动行走设备的电池保护方法，所述控制模块控制所述开关装置断开，检测所述开关装置输出端的是否存在电流；根据检测到所述开关装置输出端是否存在电流，确定是否向所述驱动模块发送驱动控制信号，若存在，则向所述驱动模块发送驱动控制信号；根据接收到的驱动控制信号控制所述驱动模块的电机运转。
18.优选地，所述方法还包括：所述方法还包括：监测所述电池在充电时的状态参数，根据检测到的所述状态参数控制所述开关装置闭合或断开。
19.优选地，所述电机为驱动轮电机，所述根据接收到的驱动控制信号控制所述驱动模块的电机运，使得所述自动行走设备的充电接口与外部电源相分离，包括：控制所述自动行走设备驶离所述外部电源。
20.优选地，所述电机为驱动所述自动行走设备的充电触点伸缩或转动的电机，使得所述自动行走设备的充电接口与外部电源相分离，包括：控制所述充电接口向相对于所述自动行走设备侧伸缩或转动，使得充电接口与外部电源相分离。
21.优选地，所述方法还包括：所述开关装置的输出端与检测电阻电连接，通过检测所述检测电阻两端的电压判断所述开关装置的实际通断状态，其中，若控制所述开关装置断
开后，而所述检测电阻两端的电压大于零，则指示所述开关装置失效，所述控制模块向所述驱动模块发送驱动控制信号。
22.本发明提供的实施方式，在通过一个开关装置切断电池充电回路之后，检测所述开关装置输出端的电流，若检测到输出端存在电流，则向驱动模块发送驱动控制信号，驱动模块的电机运转，使得所述自动行走设备充电接口与外部电源相分离，达到从物理上切断充电电流的效果。本发明提供的电池保护电路结构简单且符合安规双重保险的要求，不仅减少了开关元件的使用数量，还避免了完全依赖开关元件切断充电回路带来的元件易失效的风险，延长了电池的使用寿命。
附图说明
23.以上所述的本发明所解决的技术问题、技术方案以及有益效果可以通过下面的能够实现本发明的具体实施例的详细描述，同时结合附图描述而清楚地获得。
24.附图以及说明书中的相同的标号和符号用于代表相同的或者等同的元件。
25.图1所示为本发明一实施例自动行走设备工作的自动工作系统的示意图；
26.图2所示为本发明一实施例自动行走设备的示意图；
27.图3所示为本发明另一实施例的自动行走设备的电池保护电路模块示意图；
28.图4所示为本发明实施例的自动行走设备的电池保护电路的电路图；
29.图5是本发明实施例的一种应用于自动行走设备的电池保护方法的流程图。
具体实施方式
30.有关本发明的详细说明和技术内容，配合附图说明如下，所附附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
31.图1所示为本发明实施例的提供的自动行走设备工作的自动工作系统。如图1所示的自动工作系统包括智能割草机1和充电站4。智能割草机在由边界6所限定的工作区域5中自动工作、并避免进入非工作区域7。本实施例中，充电站4设置在边界6附近的位置，智能割草机1在电量不足等情况下，可通过自动返回充电站4，并与其对接充电。在本实施例中，智能割草机沿边界6返回充电站4。
32.图2所示为本发明实施例的自动行走设备的示意图。如图2所示，自动行走设备1包括壳体和充电接口10，充电接口10设置在壳体的侧面。外部电源，例如：充电站4包括充电支架45和以及设置在充电支架45上的充电极片9。在充电状态下，充电接口10和充电极片9相互抵接，充电站通过接触点将电能传输至自动行走设备的蓄电池。
33.图3所示为本发明实施例的自动行走设备的电池保护电路的模块示意图。如图3所示，所述电路包括：开关装置11，连通或断开外部电源对所述电池的充电，所述开关装置电连接于充电接口10、控制模块12和电池之间，通过接收控制模块12发送的开关控制信号，使得所述开关装置导通或关断，从而控制外部电源对所述电池的充电状态。
34.所述保护电路还包括控制模块12，电连接于所述开关装置11和所述电池之间，所述控制模块12用于检测所述开关装置11输出端的电流。当所述开关装置根据接收到的开关控制信号关断时，所述控制模块12检测所述开关装置11输出端是否存在电流，根据所述输出端是否存在电流，确定是否向所述驱动模块14发送驱动控制信号。若检测到开关的输出
端仍存在电流，则向所述驱动模块14发送所述驱动控制信号,也就说，此时开关关断失效，虽然控制控制断开充电回路，但开关因为其他原因被击穿了，切断充电回路没有成功。若在开关的输出端未检测到电流，说明充电电流被成功切断，电池断开充电，则控制模块12不向所述驱动模块14发送所述驱动控制信号。
35.所述保护电路还包括驱动模块14，与所述控制模块12电连接，在开关失效的情况下，根据接收到的所述驱动控制信号控制所述驱动模块14的电机运转，使得所述自动行走设备充电接口与外部电源相分离，达到切断充电回路充电电流的效果。
36.通过本发明提供的实施方式，在检测到开关装置失效的情况下，启动驱动模块，控制驱动模块的电机运转，使得所述自动行走设备充电接口与外部电源相分离，达到从物理上切断充电电流的有益效果。
37.所述电路还包括电池状态监测模块13，一端与所述控制模块12电连接，另一端与所述电池电连接，所述电池状态监测模块13用于监测电池在充电时的状态参数，根据检测到的所述状态参数控制所述开关装置11闭合或断开。
38.所述电池状态检测模块13将检测到的状态参数发送至所述控制模块12，所述控制模块12根据所述状态参数判断所述电池的充电状态为异常或正常，若所述充电状态为异常，则所述控制模块12向所述开关装置11发送开关断开指令，进而断开所述外部电源对所述电池充电。
39.在本发明的实施例中，若所述状态参数为电压值时，所述控制模块12判断所述电压值是否高于第一电压阈值或者是否是低于第二电压阈值，若高于第一电压阈值或低于第二电压阈值时，所述电池充电状态为异常，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。第一电压阈值可以是电池的额定电压值，若所述电压值高于第一电压阈值，也就是说此时电池已充满，继续充电会对电池造成损伤，因而需要立即切断充电电流。第二电压阈值可以是电池的门限电压，在电池状态检测模块13检测到电压低于第二电压值时，说明电池处于过度放电的状态，此时也不宜直接给电池充电，因此用户在不知情的状态下仍然给电池充电，可能会造成安全隐患，因而保护电路可以根据检测到的电压值控制开关装置11关断，阻止外部电源给电池充电。
40.在本发明的实施例中，所述状态参数为电芯温度值时，所述控制模块12根据所述状态参数判断所述电池的充电状态为异常或正常包括：所述控制模块12判断所述电芯温度值是否高于第一电池温度阈值或者是否低于第二电池温度阈值，若高于第一温度阈值或者低于第二温度阈值时，所述电池充电状态为异常。如上所述，通过监测电芯温度也是判断电池异常或正常的重要参数。自动行走设备与外部电源对接后，外部电源是一直持续向外输出电流的，因而需要通过开关装置导通或切断充电回路。如果开关装置失效，在电池已经充满或温度过高的情况下，应该关断的开关装置实际上未关断，会造成严重的安全隐患。此时，本发明的实施例中提出，通过检测到所述开关装置11输出端是否存在电流得知开关的真实工作状态。关断开关，但输出端仍存在电流的情况下，所述控制模块12确定所述开关装置11失效，向所述驱动模块14发送驱动控制信号，控制信号控制所述驱动模块14的电机运转，使得所述自动行走设备充电接口与外部电源相分离，保证充电回路的断开是及时、有效的。
41.自动行走设备充电接口与外部电源相分离的方式有多种。优选地，所述电机为驱
动轮电机时，所述根据接收到的驱动控制信号控制所述驱动模块的电机运转，控制所述自动行走设备驶离所述外部电源一小段距离，使得所述自动行走设备的充电接口与外部电源无相接触点即可。本发明的实施例还提出了另一种分离方式，所述电机为驱动所述自动行走设备的充电触点伸缩或转动的电机，当驱动模块接收到驱动控制信号后，控制所述充电接口向相对于所述自动行走设备侧伸缩或转动，使得充电接口与外部电源相分离。
42.图4所示为本发明实施例的自动行走设备的电池保护电路的电路图。如图4所示，所述开关装置11为金属氧化物半导体场效应mosfet管，其中，所述mosfet管的源极与所述充电接口电连接，当所述充电接口与外部电源的充电极片对接时，接收电量，所述mosfet管的栅极与所述控制模块12的mcu一个引脚电连接，用于接收开关控制信号，所述mosfet管的漏极与所述电池电连接，将接收到的电量传输至电池。优选地，所述电路还包括检测电阻，该检测电阻的电阻值较小，所述检测电阻电连接于所述mosfet管的漏极与所述电池的正极之间，mcu通过检测所述检测电阻两端的电压判断所述开关装置11的实际通断状态，其中，若控制所述开关装置断开后，而所述检测电阻两端的电压大于零，则指示所述开关装置11失效，所述控制模块12向所述驱动模块14发送驱动控制信号，使得自动行走设备充电接口与外部电源相分离。
43.图5所示为本发明实施例的一种应用于自动行走设备的电池保护方法的流程图，所述自动行走设备包括控制模块、开关装置、驱动模块和电池，所述方法包括：
44.步骤51：检测电池在充电时的状态参数，根据检测到的所述状态参数控制开关装置断开；
45.步骤52：控制所述开关装置断开后，检测开关装置的输出端是否存在电流；
46.步骤53：根据输出端是否存在电流，确定是否向所述驱动模块发送驱动控制信号；
47.步骤54：若存在电流，则发送驱动控制信号至驱动模块，启动电机运转
48.步骤51，根据检测到的所述状态参数和预设阈值控制开关装置的通断状态，具体地，所述状态参数可以为电压值、电芯温度值或其他指示电池充电时的状态参数。对应地，预设阈值可以为电压阈值或电芯温度阈值。所述控制模块12判断所述电压值是否高于第一电压阈值或者是否是低于第二电压阈值，若高于第一电压阈值或低于第二电压阈值时，所述电池充电状态为异常，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。第一电压阈值可以是电池的额定电压值，若所述电压值高于第一电压阈值，也就是说此时电池已充满，继续充电会对电池造成损伤，因而需要立即切断充电电流。第二电压阈值可以是电池的门限电压，在电池状态检测模块13检测到电压低于第二电压值时，说明电池处于过度放电的状态，此时也不宜直接给电池充电，因此用户在不知情的状态下仍然给电池充电，可能会造成安全隐患，因而保护电路可以根据检测到的电压值控制开关装置11关断，阻止外部电源给电池充电。
49.在本发明的实施例中，所述状态参数为电芯温度值时，所述控制模块12根据所述状态参数判断所述电池的充电状态为异常或正常包括：所述控制模块12判断所述电芯温度值是否高于第一电池温度阈值或者是否低于第二电池温度阈值，若高于第一温度阈值或者低于第二温度阈值时，所述电池充电状态为异常。如上所述，通过监测电芯温度也是判断电池异常或正常的重要参数。自动行走设备与外部电源对接后，外部电源是一直持续向外输出电流的，因而需要通过开关装置导通或切断充电回路。如果开关装置失效，在电池已经充满或温度过高的情况下，应该关断的开关装置实际上未关断，会造成严重的安全隐患。此
时，本发明的实施例中提出，通过检测到所述开关装置11输出端是否存在电流得知开关的真实工作状态。关断开关，但输出端仍存在电流的情况下，所述控制模块12确定所述开关装置11失效，向所述驱动模块14发送驱动控制信号，控制信号控制所述驱动模块14的电机运转，使得所述自动行走设备充电接口与外部电源相分离，保证充电回路的断开是及时、有效的。
50.步骤52：若指示充电状态异常或充满电，mcu控制所述开关装置断开。
51.由于只采用一个开关装置导通/闭合充电回路，为了保证安全可靠性，需要进一步验证开关装置是否断开了充电回路，步骤53：根据输出端是否存在电流，确定是否向所述驱动模块发送驱动控制信号。若存在电流，则发送驱动控制信号至驱动模块，启动电机运转。电机运转使得所述自动行走设备的充电接口与外部电源相分离，达到从物理上切断充电的目的。
52.优选地，可以在开关装置的输出端串联一检测电阻，通过检测所述检测电阻两端的电压判断所述开关装置的实际通断状态，其中，若控制所述开关装置断开后，而所述检测电阻两端的电压大于零，则指示所述开关装置失效，所述控制模块向所述驱动模块发送驱动控制信号，反之，则不发送。该电阻的阻值较小。
53.本发明中，智能割草机1可以为智能割草机、骑式割草机、智能吸尘器等智能或半智能设备。充电站4可以为控制平台、充电站等。
54.本领域技术人员可以想到的是，本发明还可以有其他的实现方式，但只要其采用的技术精髓与本发明相同或相近似，或者任何基于本发明做出的变化和替换都在本发明的保护范围之内。