一种继电器保护电路、发电机和发电机继电器保护方法

技术领域

本发明实施例涉及发电机充电技术领域，尤其涉及一种继电器保护电路、发电机和发电机继电器保护方法。

背景技术

电动驱动的无人装置采用锂电池作为动力电源，由于无人装置在户外作业不方便获取220V交流市电，因此，通常需要发电机发电来对锂电池充电。

无人机通常配备有多块锂电池，为了满足充电需求，发电机通常设置有多路充电电路输出来对多块锂电池充电，当需要多路充电电路合并来对一个电池充电时，通过充电电路上的继电器将无电池接入充电电路连接到有电池接入充电电路的充电接口上，这就造成继电器与电池连接的输出端的电压为电池的电压，继电器的输入端的电压为0，继电器闭合前输入端和输出端的电压差过大，导致继电器闭合时打火粘死等故障，并且降低了继电器的使用寿命。

发明内容

本发明实施例的目的在于：提供一种继电器保护电路、发电机和发电机继电器保护方法，以解决发电机对电池充电过程中，继电器闭合前输入端和输出端的电压差过大，导致继电器闭合时打火粘死故障和降低继电器使用寿命的问题。

为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，提供一种继电器保护电路，包括直流输入端、控制器以及至少两个充电电路，每个所述充电电路包括调压模块、继电器和充电接口，所述直流输入端、所述调压模块、所述继电器和所述充电接口依次连接；

所述继电器包括输入端、控制端、第一输出端以及多个第二输出端，在每个所述充电电路中，所述继电器的输入端与所述调压模块的输出端连接，所述继电器的第一输出端与所述充电电路的充电接口连接，所述继电器的多个第二输出端与其他充电电路的充电接口一一对应连接；

所述控制器与每个所述充电电路中的继电器的控制端连接，所述控制器用于获取有电池接入充电电路所接入电池的电压值，将所述直流输入端的电压值设置为所述电池的电压值，以及将无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值调整为所述电池的电压值，并控制所述无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第二输出端，所述第二输出端与所述有电池接入充电电路的充电接口连接。

可选地，所述调压模块包括第一电子开关、第二电子开关以及电感，所述第一电子开关和所述第二电子开关均包括输入端、输出端以及控制端，所述直流输入端和所述充电接口均包括正极和负极，所述第一电子开关的输入端与所述直流输入端的正极连接，所述第一电子开关的输出端与所述电感的一端连接，所述电感的另一端与所述继电器的输入端连接，所述继电器的第一输出端与所述充电电路的充电接口的负极连接，所述继电器的多个第二输出端与其他所述充电电路的充电接口的负极一一对应连接，所述第一电子开关的输出端还与所述第二电子开关的输入端连接，所述第二电子开关的输出端与所述充电接口的正极连接，所述充电接口的正极与所述直流输入端的负极连接；

所述控制器与所述第一电子开关的控制端和所述第二电子开关的控制端连接，所述控制器用于控制所述第一电子开关和所述第二电子开关的占空比以调整所述继电器的输入端的电压。

可选地，所述第一电子开关和所述第二电子开关为三极管、绝缘栅双极型晶体管、场效应管中的一种。

可选地，所述第一电子开关和所述第二电子开关为N沟道场效应管。

可选地，所述充电电路的数量为两个。

第二方面，提供一种发电机，所述发电机包括交流输出端、整流桥、以及第一方面提供的任意一种继电器保护电路，所述交流输出端与所述整流桥的输入端连接，所述整流桥的输出端与所述继电器保护电路的直流输入端连接。

第三方面，提供一种发电机继电器保护方法，应用第二方面所提供的发电机，所述发电机继电器保护方法包括：

控制器获取有电池接入充电电路所接入电池的电压值；

将直流输入端的电压值设置为所述电池的电压值；

将无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值调整为所述电池的电压值；

控制所述无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第二输出端，所述第二输出端与所述有电池接入充电电路的充电接口连接。

可选地，所述将无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值调整为所述电池的电压值，包括：

获取所述无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值；

根据所述调压模块的输出端的电压值和所述电池的电压值调整所述调压模块中第一电子开关和第二电子开关的占空比；

在所述调压模块的输出短的电压值等于所述电池的电压值时，停止调整所述第一电子开关和第二电子开关的占空比。

可选地，所述控制所述无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第二输出端，包括：

计算所述调压模块的输出端的电压值与所述电池的电压值的差值；

在所述差值小于预设的阈值时，向所述无电池接入充电电路的继电器的控制端发送使能信号，所述继电器的输入端连接到第二输出端，所述第二输出端与所述有电池接入充电电路的充电接口连接。

可选地，在控制所述无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第二输出端之后，还包括：

在接收到电池充满电的信号后，向所述电池发送关闭指令，所述电池用于在接收到所述关闭指令后断开所述电池内部的充电回路；

控制所述发电机关闭，以及控制所述无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第一输出端。

本发明实施例的继电器保护电路中，每个充电电路的继电器的输入端与调压模块连接，继电器的第一输出端与充电电路的充电接口连接，继电器的多个第二输出端与其他充电电路的充电接口一一对应连接，控制器获取有电池接入的充电电路所接入的电池的电压值后，将直流输入端的电压值设置为电池的电压值，以及将无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值调整为电池的电压值，并控制无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第二输出端，第二输出端与有电池接入充电电路的充电接口连接，使得继电器的输入端和第二输出端的电压值均为电池的电压值，继电器的输入端连接到第二输出端时两端的电压差小，避免了继电器两端压差过大导致继电器闭合时打火粘连的问题，使得继电器闭合时得到保护，提高了继电器的使用寿命。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例一的一种继电器保护电路的结构框图。

图2为本发明实施例一的一种继电器保护电路的电路原理图。

图3为本发明实施例二的一种发电机继电器保护方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图1为本发明实施例一的一种继电器保护电路的结构框图，如图1所示，本发明实施例的继电器保护电路包括直流输入端10、控制器(图未示)以及至少两个充电电路，每个充电电路包括调压模块20、继电器30和充电接口40，并且直流输入端10、调压模块20、继电器30和充电接口40依次连接。

其中，直流输入端10可以是发电机输出的交流电经整流桥后输出直流电的端口，该直流输入端10可以向充电电路提供不同电压的直流电。调压模块20可以是将直流输入端的电压升高或者降低的模块，调压模块20可以包括各种电子开关管。继电器30可以包括一个输入端和多个输出端，该输入端可以连接到任意一个输出端，可选地，继电器30可以包括第一输出端和N个第二输出端。在一个充电电路中，继电器30的输入端与调压模块20的输出端连接，继电器30的第一输出端连接继电器30所在的充电电路的充电接口40，继电器30的N个第二输出端与其他充电电路的充电接口40一一对应连接，即继电器30的一个第二输出端连接到其他充电电路的充电接口40，当一个充电电路中的继电器30的输入端连接到任意一个第二输出端时，相当于该充电电路的调压模块20连接到另一个充电电路的充电接口40，从而实现两个或者两个以上的充电电路对一个电池并行充电。

控制器可以是发电机的主控模块，该控制器与每个充电电路中的继电器30的控制端连接，控制器可以与电池通信来获取电池的电压、电量等信息。在本发明实施例中，控制器用于获取有电池接入充电电路所接入的电池的电压值，并将直流输入端的电压值设置为电池的电压值，以及将无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值调整为电池的电压值，并控制无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第二输出端，第二输出端与有电池接入的充电电路的充电接口连接。从而实现了在多个充电电路对一个电池并行充电前，先将无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值调整为电池的电压值，使得继电器的输入端和第二输出端的电压值均为电池的电压值，继电器的输入端连接到第二输出端时两端的电压差小，避免了继电器闭合前两端压差过大导致继电器闭合时打火粘连的问题，使得继电器闭合时得到保护，提高了继电器的使用寿命。

如图2所示为本发明实施例的继电器保护电路的电路原理图，在图2中，本发明实施例的继电器保护电路包括两个充电电路，其中一个充电电路的调压模块20可以包括电子开关Q1(第一电子开关)、电子开关Q2(第二电子开关)以及电感L1，电子开关Q1和电子开关Q2均包括输入端、输出端以及控制端，直流输入端Vin和第一充电接口401均包括正极和负极，电子开关Q1的输入端与直流输入端Vin的正极连接，电子开关Q1的输出端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与继电器K1的输入端a连接，继电器K1的第一输出端b与充电电路的第一充电接口401的负极连接，继电器K1的第二输出端c与第二充电接口402的负极连接，电子开关Q1的输出端还与电子开关Q2的输入端连接，电子开关Q2的输出端与第一充电接口401的正极连接，第一充电接口401的正极与直流输入端Vin的负极连接，控制器与电子开关Q1的控制端和电子开关Q2的控制端连接，控制器用于控制电子开关Q1和电子开关Q2的占空比以调整继电器K1的输入端a(调压模块20的输出端)的电压。

同理，另一个充电电路中包括电子开关Q3、电子开关Q4以及电感L2，继电器K2的第二输出端e与第一充电接口401的负极连接，电子开关Q3、电子开关Q4以及电感L2的连接方式可参考电子开关Q1、电子开关Q2以及电感L1的连接方式，在此不再详述。

其中，电子开关Q1、电子开关Q2、电子开关Q3和电子开关Q4可以是三极管、绝缘栅双极型晶体管、场效应管中的一种，优选地，可以是N沟道场效应管。

本发明实施例的继电器保护电路的工作原理如下：

如图2所示，继电器保护电路包括两个充电电路，第一个充电电路包括直流输入端Vin、电子开关Q1、电子开关Q2、电感L1、继电器K1以及第一充电接口401，第二个充电电路直流输入端Vin、电子开关Q3、电子开关Q4、电感L2、继电器K2以及第二充电接口402。其中，第一充电接口401接入电池BAT1，第二充电接口402无电池接入，需要第一充电电路和第二充电电路对电池BAT1并行充电。

当电池BAT1接入第一充电电路的第一充电接口401时，继电器K1的输入端a连接到第一输出端b，如果使用第一充电电路和第二充电电路来对电池BAT1并行充电，继电器K2的输入端d需要连接到第二输出端e，则造成继电器K2的第二输出端e的电压为电池BAT1的电压，继电器K2的输入端d的电压为0，继电器K2的输入端d连接到第二输出端e时会发生打火粘连，降低继电器K2的使用寿命。为此，在继电器K2的输入端d连接到第二输出端e之前，控制器与电池BAT1通信，获取到电池BAT1的电压值，并将直流输入端Vin的电压值设置为电池BAT1的电压值，示例性地，控制器可以控制发电机的油门使得直流输入端Vin的电压值为电池的电压值，然后控制器按照预设的占空比控制电子开关Q3和Q4导通或者截止，使得继电器K2的输入端d的电压值逐渐达到直流输出入端Vin的电压值，亦即电池的电压值，当继电器K2的输入端d的电压值与电池BAT1的电压值的差值小于预设的阈值(如3V)时，继电器K2的输入端d的电压值与第二输出端e的电压值的差值也小于预设的阈值，控制器可以控制继电器K2的输入端d连接到第二输出端e，第一充电电路和第二充电电路对电池BAT1并行充电。由于继电器K2闭合时两端的压差小，接近于0V，从而实现零电压闭合切换，继电器K2在闭合切换时没有产生能量，不会产生打火粘连现象，使得继电器闭合时得到保护，提高了继电器K2的使用寿命。

在电池BAT1充满电后，发电机的控制器发送关闭指令到电池BAT1，电池BAT1断开电池内部的充电回路，流过继电器K2的电流为0，控制器失能继电器K2，使继电器K2的输入端d和第二输出端e断开连接，由于电流为0，同样无打火粘连现象。

需要说明的是，虽然上述示例的继电器保护电路中仅包含两个充电电路，在实际应用中，本领域技术人员可以设置两个以上的充电电路，本发明实施例对充电电路的数量不作限制。

实施例二

如图3所示为本发明实施例的一种发电机继电器保护方法的步骤流程图。本发明实施例的发电机继电器保护方法应用于发电机，如图3所示，本发明实施例的发电机包括交流输出端50、整流桥60、以及实施例一所提供的继电器保护电路，其中，发电机的交流输出端50与整流桥60的输入端连接，整流桥60的输出端与继电器保护电路的直流输入端Vin连接，可选地，整流桥60可以是不可控整流桥。本发明实施例用于上述发电机的发电机继电器保护方法可以包括如下步骤：

S201、控制器获取有电池接入充电电路所接入电池的电压值。

发电机的继电器保护电路可以包括多个充电电路，每个充电电路有一个充电接口，当发电机的控制器检测到充电接口有电池接入时，控制器通过通信模块与电池通信，获取电池的电压值、电量值等信息。具体地，电池设置有电池管理系统，发电机设置有通信模块，充电接口除了包括输送电能的线路外，还包括通信线路，通信模块可以通过充电接口上的通信线路连接电池的电池管理系统和控制器，使得控制器可以通过通信模块从电池管理系统上获取到电池的电压值。

S202、将直流输入端的电压值设置为所述电池的电压值。

在本发明的一个示例中，控制器可以控制发电机的油门来控制发电机的转速，使得发电机输出到直流输入端的电压值等于电池的电压值，当然，直流输入端的电压值也可以在电池的电压值的一定范围内浮动，如直流输入端的电压值与电池的电压值的差值可以小于3V。

S203、将无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值调整为所述电池的电压值。

在本发明的可选实施例中，可以实时获取无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值，根据调压模块的输出端的电压值和电池的电压值调整调压模块中第一电子开关和第二电子开关的占空比，在调压模块的输出端的电压值等于电池的电压值时，停止调整第一电子开关和第二电子开关的占空比。

具体地，如图3所示，调压模块20包括电子开关Q3、电子开关Q4和电感L2，控制器可以向电子开关Q3和电子开关Q4发送不同占空比的脉冲信号来控制电子开关Q3、电子开关Q4的导通或者截止，使得接触器K2的输入端d的电压值等于电池的电压值。

S204、控制所述无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第二输出端，所述第二输出端与所述有电池接入充电电路的充电接口连接。

在一个可选实施例中，可以实时获取调压模块的输出端的电压值，并计算调压模块的输出端的电压值与电池的电压值的差值，在差值小于预设的阈值时，由于继电器的输入端与调压模块的输出端连接，继电器的输入端和第二输出端的电压差值也小于预设的阈值，控制器可以向无电池接入充电电路的继电器的控制端发送使能信号，继电器的输入端连接到第二输出端，第二输出端与有电池接入充电电路的充电接口连接。

在一个示例中，预设的阈值可以为3V，当调压模块的输出端(亦即继电器K2的输入端e)的电压值与电池的电压值的差值小于3V时，控制器可以向继电器K2的控制端发送使能信号，在使能信号的作用下继电器K2的输入端d连接到第二输出端e，由于继电器K2的输入端d与第二输出端e的电压值的差值小于预设的阈值，继电器K2在闭合切换时没有产生能量，继电器K2闭合不会产生打火粘连现象，提高了继电器K2的使用寿命。

在另一个可选实施例中，当控制器接收到电池充满电的信号后，控制器可以向电池发送关闭指令，电池在接收到关闭指令后断开电池内部的充电回路，控制发电机关闭，以及控制无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第一输出端。具体地，电池内部的充电回路上可以设置有诸如三极管、mos管等电子开关，当电池充满电后，电池通过通信模块向发电机的控制器发送充满电的信号，控制器接收到充满电信号后向电池发送关闭指令，电池使能内部充电回路上电子开关断开，发电机上的继电器K2无电流流过，继电器K2的输入端d和第二输出端e断开无打火现象。

本发明实施例的发电机继电器保护方法在闭合无电池接入充电电路的继电器前，先获取有电池接入充电电路所接入电池的电压值，将该电池的电压值设置为直流输入端的电压值，并将无电池接入充电电路的调压模块的输出端的电压值调整为电池的电压值，然后控制无电池接入充电电路的继电器的输入端连接到第二输出端，第二输出端与有电池接入的充电电路的充电接口连接，使得继电器的输入端和第二输出端的电压值的差值小于预设的阈值，避免了继电器闭合时压差过大导致继电器闭合发生打火粘连的问题，保护了继电器，提高了继电器的使用寿命。

于本文的描述中，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“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发明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。

此外，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器件，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。