CN107482715A - 一种动力源装置的充放电控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动电源技术领域，具体公开了一种动力源装置的充放电控制系统，设有电池组及与其连接的电平平移转换模块，还设有输入输出连接模块、执行信号发出模块和主控模块。实施本发明提供的一种动力源装置的充放电控制系统，其有益效果在于：主控模块采用模拟采集输入口复用技术，通过开关序列，使整个系统能够检测较多的模拟量，实时检测各节单体电池的电压，避免从串联单体电池的中间电池耗电，转而从总正耗电，实现了各节单体电池的漏电均衡；所述输入输出连接模块能至少输出两路不同电压值的标准放电电压，满足用户使用一台动力源装置为不同电压需求的移动电气设备供电的要求。

Description

一种动力源装置的充放电控制系统

技术领域

本发明涉及移动电源技术领域，尤其涉及一种动力源装置的充放电控制系统。

背景技术

在移动动力源装置所处的动力系统中，出于系统的平台化、运输安全及运输成本等考虑，要求所述移动动力源装置中电池组提供的输出电压能够稳定、持续不断地输出，供移动电气设备连接使用，且要求该输出电压既不能过高，也不能太低。

在移动动力源装置为移动电气设备供电的过程中，因为电池组中的多个单体电池的串联、并联或串并结合的连接方式，存在个别单体电池充电过度或放电过度的现象，导致单体电池之间的电压不均衡，影响整个电池组输出电压的稳定，影响该电池组的使用寿命。

目前的移动动力系统，多为输出电压较低的平台，已经不能满足一部分中高电压需求的移动电气设备，且输出电压单一，即一个动力系统仅能输出一种类型的电压，不能同时输出电压值不同的多路电压，但用户有时需要为不同电压需求的移动电气设备供电，则需要更换不同的移动动力源装置，这为用户带来极大不便。

发明内容

本发明提供一种动力源装置的充放电控制系统，解决的技术问题是，使得动力源装置中电池组的单体电池之间的电压均衡，以及通过动力源装置同时输出多路电压值不同的电压。

为解决以上技术问题，本发明提供一种动力源装置的充放电控制系统，设有电池组及与其连接的电平平移转换模块，还设有输入输出连接模块、执行信号发出模块和主控模块；

所述输入输出连接模块、所述执行信号发出模块与所述电平平移转换模块共同连接所述主控模块，所述输入输出连接模块还连接所述执行信号发出模块；

所述输入输出连接模块，用于输入初始充电电压或输出标准放电电压；

所述执行信号发出模块，用于向所述主控模块发出充电执行信号或放电执行信号，并控制将所述初始充电电压传输至所述主控模块；

所述电平平移转换模块，用于供所述主控模块采集所述电池组的电压信息；

所述主控模块，用于根据从所述电平平移转换模块采集的所述电池组的电压信息，平衡所述电池组中的单体电池的电压；以及，结合预设的控制指令和接收的所述充电执行信号，通过控制所述电平平移转换模块与所述输入输出连接模块之间的连接状态，将所述初始充电电压从所述输入输出连接模块传输至所述电平平移转换模块；

所述电平平移转换模块，还用于以电平平移的方式将所述主控模块输出的所述初始充电电压转换为标准充电电压后发送到所述电池组；

所述电平平移转换模块，还用于以电平平移的方式将所述电池组释放的初始放电电压转换为所述标准放电电压后发送到所述主控模块；

所述主控模块，还用于根据所述放电执行信号，将所述标准放电电压从所述电平平移转换模块输出至所述输入输出连接模块；

所述电池组，用于存储所述标准充电电压或释放所述初始放电电压。

进一步地，所述电池组设有偶数个以串联、并联或串并结合的方式连接的所述单体电池；每个所述单体电池的正极端与负极端与所述电平平移转换模块连接。

更进一步地，所述主控模块设有控制电路和开关序列，所述开关序列的逻辑输出端与所述控制电路的ADC采集端连接，所述ADC采集端用于采集所述电池组的电压信息；

每个所述单体电池的正极端与负极端经过所述电平平移转换模块后被至少引出一次并连接所述开关序列的逻辑输入端。

再进一步地，所述单体电池的正极端与负极端经过所述电平平移转换模块后被引出并连接所述控制电路的通断控制端；

所述控制电路的通断控制端，用于控制所述输入输出连接模块分别与所述单体电池的正极端和负极端的组合连接状态。

又进一步地，所述执行信号发出模块包括独立连接所述控制电路的充电执行信号发出模块和放电执行信号发出模块，分别用于向所述控制电路发出所述充电执行信号或放电执行信号。

更进一步地，所述输入输出连接模块包括多个标准电压输出接口；

所述输入输出连接模块将所述控制电路引出的所述单体电池的正极端与负极端组合连接后，控制所述多个标准电压输出接口分别用于输出不同电压值的标准放电电压，以供多个待供电动力设备连接使用；

所述输入输出连接模块还设有与所述充电执行信号发出模块连接的电池组充电输入端，以连接外部电池组充电电源；所述充电执行信号发出模块的电池组充电输出端与所述单体电池的正极端连接，用于将所述初始充电电压传输至所述主控模块。

进一步地，还设有与所述控制电路的电流安全检测端连接的电流传感器和与所述控制电路的温度安全检测端连接的温度传感器，分别用于实时检测所述系统的充放电电流和元器件温度。

进一步地，所述控制电路与所述输入输出连接模块之间还连接有通信接口，用于通过所述输入输出连接模块实现所述待供电动力设备或所述外部电池组充电电源或第三方控制设备与所述控制电路之间的电路信息交互。

更进一步地，所述待供电动力设备为移动电气设备，所述移动电气设备包含电动汽车、电动单车、电动摩托车、吸尘器、自动扫地机、电动工具、园林工具、机器人、无人机、航模的一种或多种；所述电路信息包含所述初始充电电压、所述标准充放电电压、单体电池的电压、充放电电流、电池组温度，以及，所述控制电路处理得到的电池组安全参数、单体电池电压均衡信息，以及所述待供电动力设备或所述外部电池组充电电源或第三方控制设备对所述控制电路的充放电控制指令。

再进一步地，所述电池组、所述电平平移转换模块、所述主控模块、所述温度传感器设置在动力源装置中；所述执行信号发出模块、所述输入输出连接模块、所述电流传感器设于所述动力源装置中或设于所述动力源装置以外的控制装置中。本发明提供的一种动力源装置的充放电控制系统，主控模块采用模拟采集输入口复用技术，通过集成一体的或独立扩展的开关序列，使整个系统能够检测较多(大于电池组中的单体电池的数量)的模拟量，来实时检测各节单体电池的电压，避免从串联单体电池的中间电池耗电，转而从总正耗电，实现了单体电池间的漏电均衡；

根据电池组中单体电池的连接方式和通过所述输入输出连接模块对被引出的预设的单体电池的正极端和负极端的接口组合，所述输入输出连接模块能至少输出两路不同电压值的标准放电电压，满足用户使用一台动力源装置为不同电压需求的移动电气设备供电的要求；

通过设置电平平移转换模块内部的相关参数，能够实现电平平移和压流转换，将以电平平移的方式电池组输出的初始放电电压转换为预设的与所述初始放电电压的电压值相等或是不等的标准放电电压，供待供电动力设备连接使用；

设置了连接主控模块的电流传感器和温度传感器，实时检测系统的充放电电流和内部温度，实现了对整个系统自主的电路异常保护和温度保护，系统的安全指数高；

在输入输出连接模块与主控模块中设置了通信接口，实现了所述待供电动力设备或所述外部电池组充电电源或第三方控制设备与所述控制电路之间充分的电路信息交互，实时获取包括充放电电流在内的电路信息，通过前述设备控制所述主控模块，实现了对整个系统远程的充放电控制及电路异常保护等，实现了对系统的智能控制和全方位保护；

输入输出连接模块能够连接电动汽车、电动单车、电动摩托车、吸尘器、自动扫地机、电动工具、园林工具、机器人、无人机、航模等多类型的移动(待)充电设备中的一种或多种，应用范围广；

电平平移转换模块、输入输出连接模块等模块采用通用元器件搭建，避免使用专用芯片，材料易采购、成本低，整个系统适用性强、可靠性高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种双电压动力源装置的充放电控制系统的模块结构图；

图2-1是本发明实施例提供的图1中所述输入输出接口模块对引出的所述单体电池的正极端与负极端组合连接而输出第一路标准放电电压的电路等效连接图；

图2-2是本发明实施例提供的图1中所述输入输出接口模块对引出的所述单体电池的正极端与负极端组合连接而输出第二路标准放电电压的电路等效连接图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括元器件的选型及附图仅为较佳实施例，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

参见图1，是本发明实施例提供的一种双电压动力源装置的充放电控制系统的模块结构图。在本实施例中，所述的一种动力源装置的充放电控制系统，设有电池组BG及与其连接的电平平移转换模块1，还设有输入输出连接模块2、执行信号发出模块3和主控模块4；

所述输入输出连接模块2、所述执行信号发出模块3与所述电平平移转换模块1共同连接所述主控模块4，所述输入输出连接模块2还连接所述执行信号发出模块3；

所述输入输出连接模块2，用于输入初始充电电压或输出标准放电电压；

所述执行信号发出模块3，用于向所述主控模块4发出充电执行信号或放电执行信号，并控制将所述初始充电电压传输至所述主控模块4；

所述电平平移转换模块1，用于供所述主控模块4采集所述电池组BG的电压信息；

所述主控模块4，用于根据从所述电平平移转换模块1采集的所述电池组BG的电压信息，平衡所述电池组BG中的单体电池的电压；以及，结合预设的控制指令和接收的所述充电执行信号，通过控制所述电平平移转换模块1与所述输入输出连接模块2之间的连接状态，将所述初始充电电压从所述输入输出连接模块2传输至所述电平平移转换模块1；

所述电平平移转换模块1，还用于以电平平移的方式将所述电池组BG释放的初始放电电压转换为所述标准放电电压后发送到所述主控模块4；

所述主控模块4，还用于根据所述放电执行信号，将所述标准放电电压从所述电平平移转换模块1输出至所述输入输出连接模块2；

所述电池组BG，用于存储所述标准充电电压或释放所述初始放电电压。

需要说明的是：所述电池组BG设有偶数个以串联、并联或串并结合的方式连接的所述单体电池，根据用户对动力源装置的需求而设计不同个数、不同连接方式的电池组BG，如图1中的2n串1并(n为正整数，2n即为偶数)的电池组BG(2n个单体电池串联形成能够以并联方式接入其他电路的1组单体电池)，依次命名为B₁、B₂……B_2n，每个所述单体电池的正极端与负极端与所述电平平移转换模块1连接，便于所述电平平移转换模块1对其做电平平移和压流转换。

所述主控模块4设有控制电路41和开关序列42，所述开关序列42的逻辑输出端(图中未标示)与所述控制电路41的ADC采集端(图中未标示)连接，所述ADC采集端用于采集所述电池组BG的电压信息；

每个所述单体电池的正极端与负极端经过所述电平平移转换模块1后被至少引出一次并连接所述开关序列42的逻辑输入端，即adc_1～adc_(2n+m)，m一般取1-4。其中，对于中间单体电池(亦称为衔接电池B_(n+1)、B_n，结合下文，此处以输出全额电压和半额电压为例，此处衔接电池为处于正中的2节，若输出全额电压与1/4全额电压，衔接电池应当为6节)、头单体电池B₁、尾单体电池B_2n或其他需要做不同目的的电压检测的单体电池的正极端与负极端被引出多次。所谓衔接电池，举例说明：2n取4，4串1并的电池组BG，即单体电池B₁、B₂、B₃、B₄串联的电池组BG，为了输出2路不同类型的标准放电电压，通过所述输入输出连接模块2对单体电池B₁、B₂、B₃、B₄的连接端进行组合连接，将其变更为2串2并的电池组BG，即串联的B₁、B₂与串联的B₃、B₄并联，此时衔接电池指B₂及B₃。

主控模块4采用模拟采集输入口复用技术，通过集成一体的或独立扩展的开关序列42，使整个系统能够检测2n+m，2n对应于每个单体电池，m一般取1-4，图1中取4。m的取值主要取决于用户需要输出多少路不同类型的标准放电电压，路数越多，衔接电池越多，因为需要检测衔接电池的电压，所以m取值越大。所述主控模块4实时检测各节单体电池的电压，避免从串联的单体电池的中间电池耗电，转而从总正耗电，实现了各节单体电池的漏电均衡。

为了输出至少2路不同类型的标准放电电压，所述单体电池(预设的)的正极端与负极端经过所述电平平移转换模块1后被引出并连接所述控制电路41的通断控制端(图中未标示)；所述控制电路41的通断控制端，用于控制所述输入输出连接模块2分别与所述单体电池的正极端和负极端的组合连接状态。

此处的所述单体电池(预设的)即经过所述控制电路41的通断控制后被继续引出并连接所述输入输出连接模块2，以2路(一路为全额电压，另一路为所述全额电压的一半——半额电压)为例，所述电平平移模块1与所述开关序列42之间的连接端口：衔接电池B_n的正极端B_n+、衔接电池B_n+1的负极端B_n+1-、头单体电池B₁的负极端B₁-(用于接地GND，下同)、尾单体电池B_2n的正极端B_2n+。以2路、2n＝6为例，另一路是6个单体电池(B₁～B₆)串联输出的电压，另一路是：3个串联的所述单体电池(B₁～B₃)与另3个串联的所述单体电池(B₄～B₆)并联后，其中的3个串联的所述单体电池(B₁～B₃或B₄～B₆)的输出电压，即一路为全额电压，另一路为半额电压。为了实现此处的串并变换，需要将中间单体电池B₃、B₄(衔接电池)、头单体电池B₁、尾单体电池B₆的连接端单独引出，更具体地，引出的端为：B₁的负极端B₁-、B₃的正极端B₃+、B₄的负极端B₄-、B₆的正极端B₆+。

在图1中，所述输入输出连接模块1包括两个(或更多)标准电压输出接口P1、P2；所述输入输出连接模块2将所述控制电路41引出的所述单体电池(预设的)的正极端与负极端(B_n+、B_n+1-、B₁-、B_2n+)组合连接后，从两个标准电压输出接口P1、P2输出两路(至少2路)不同电压值的所述标准放电电压，供待供电动力设备连接使用；如图2-1、图2-2，分别是本发明实施例提供的图1中所述输入输出接口模块对引出的所述预设的所述单体电池的正极端与负极端组合连接而输出第一路标准放电电压P1(全额电压)、第二路标准放电电压P2(半额电压)的电路等效连接图。

如图1，所述执行信号发出模块3包括独立连接所述控制电路41的充电执行信号发出模块31和放电执行信号发出模块32，分别用于向所述控制电路41发出所述充电执行信号或放电执行信号。

所述输入输出连接模块2还设有与所述充电执行信号发出模块31连接的电池组充电输入端P3，以连接外部电池组充电电源；所述充电执行信号发出模块31的电池组充电输出端C+与所述单体电池(预设的)的正极端连接(图1中为B_n+1-)，用于将所述初始充电电压传输至所述主控模块4。

本发明提供的一种动力源装置的充放电控制系统，还设有与所述控制电路41的电流安全检测端adc_Current连接的电流传感器5和与所述控制电路41的温度安全检测端adc_NTC连接的温度传感器6，分别用于实时检测所述系统的充放电电流和元器件温度。

所述控制电路41与所述输入输出连接模块2之间还连接有通信接口COM，用于通过所述输入输出连接模块2实现所述待供电动力设备或电池组BG供电设备与所述控制电路41之间的电路信息交互。

优选地，所述待供电动力设备为移动电气设备，所述移动电气设备包含电动汽车、电动单车、电动摩托车、吸尘器、自动扫地机、电动工具、园林工具、机器人、无人机、航模等的一种或多种；所述电路信息包含所述初始充电电压、所述标准充放电电压、单体电池的电压、充放电电流、电池组BG温度，以及，所述控制电路41处理得到的电池组BG安全参数、单体电池电压均衡信息，以及所述待供电动力设备或所述外部电池组充电电源或第三方控制设备对所述控制电路的充放电控制指令。

具体地，所述电池组BG、电平平移转换模块1、主控模块4、所述温度传感器6设置在动力源装置中；所述执行信号发出模块3、所述输入输出连接模块2、所述电流传感器5设于所述动力源装置中或设于所述动力源装置以外的控制装置中。

本发明提供的一种动力源装置的充放电控制系统，其电平平移转换模块1、输入输出连接模块2等模块采用通用元器件搭建，避免使用专用芯片，材料易采购、成本低，整个系统适用性强、可靠性高；

主控模块4采用模拟采集输入口复用技术，通过集成一体的或独立扩展的开关序列42，使整个系统能够检测较多(大于电池组BG中的单体电池的数量)的模拟量，来实时检测各节单体电池的电压，避免从串联单体电池的中间电池耗电，转而从总正耗电，实现了单体电池间的漏电均衡；

根据电池组BG中单体电池的连接方式和通过所述输入输出连接模块2对被引出的预设的单体电池的正极端和负极端的接口组合，所述输入输出连接模块2能至少输出两路不同电压值的标准放电电压，满足用户使用一台动力源装置为不同电压需求的移动电气设备充电的需求；

通过设置电平平移转换模块1内部的相关参数，能够实现电平平移和压流转换，将以电平平移的方式电池组BG输出的初始放电电压转换为预设的与所述初始放电电压的电压值相等或是不等的标准放电电压(视用户需求的所述标准放电电压而定)，供待供电动力设备连接使用；

设置了连接主控模块4的电流传感器5和温度传感器6，实时检测系统的充放电电流和内部温度，实现了对整个系统自主的电路异常保护和温度保护，系统的安全指数高；

在输入输出连接模块2与主控模块4中设置了通信接口COM，实现了所述待供电动力设备或电池组BG供电设备或第三方控制设备与所述控制电路41之间充分的电路信息交互，实时获取包括充放电电流在内的电路信息，通过前述设备控制所述主控模块4，实现了对整个系统远程的充放电控制及电路异常保护等，实现了对系统的智能控制和全方位保护；

输入输出连接模块2能够连接电动汽车、电动单车、电动摩托车、吸尘器、自动扫地机、电动工具、园林工具、机器人、无人机、航模等多类型的移动(待)充电设备中的一种或多种，应用范围广。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于，设有电池组及与其连接的电平平移转换模块，还设有输入输出连接模块、执行信号发出模块和主控模块；

所述输入输出连接模块、所述执行信号发出模块与所述电平平移转换模块共同连接所述主控模块，所述输入输出连接模块还连接所述执行信号发出模块；

所述输入输出连接模块，用于输入初始充电电压或输出标准放电电压；

所述执行信号发出模块，用于向所述主控模块发出充电执行信号或放电执行信号，并控制将所述初始充电电压传输至所述主控模块；

所述电平平移转换模块，用于供所述主控模块采集所述电池组的电压信息；

所述主控模块，用于根据从所述电平平移转换模块采集的所述电池组的电压信息，平衡所述电池组中的单体电池的电压；以及，结合预设的控制指令和接收的所述充电执行信号，通过控制所述电平平移转换模块与所述输入输出连接模块之间的连接状态，将所述初始充电电压从所述输入输出连接模块传输至所述电平平移转换模块；

所述电平平移转换模块，还用于以电平平移的方式将所述主控模块输出的所述初始充电电压转换为标准充电电压后发送到所述电池组；

所述电平平移转换模块，还用于以电平平移的方式将所述电池组释放的初始放电电压转换为所述标准放电电压后发送到所述主控模块；

所述主控模块，还用于根据所述放电执行信号，将所述标准放电电压从所述电平平移转换模块输出至所述输入输出连接模块；

所述电池组，用于存储所述标准充电电压或释放所述初始放电电压。

2.如权利要求1所述的一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于：所述电池组设有偶数个以串联、并联或串并结合的方式连接的所述单体电池；每个所述单体电池的正极端与负极端与所述电平平移转换模块连接。

3.如权利要求2所述的一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于：所述主控模块设有控制电路和开关序列，所述开关序列的逻辑输出端与所述控制电路的ADC采集端连接，所述ADC采集端用于采集所述电池组的电压信息；

每个所述单体电池的正极端与负极端经过所述电平平移转换模块后被至少引出一次并连接所述开关序列的逻辑输入端。

4.如权利要求3所述的一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于：所述单体电池的正极端与负极端经过所述电平平移转换模块后被引出并连接所述控制电路的通断控制端；

所述控制电路的通断控制端，用于控制所述输入输出连接模块分别与所述单体电池的正极端和负极端的组合连接状态。

5.如权利要求4所述的一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于：所述执行信号发出模块包括独立连接所述控制电路的充电执行信号发出模块和放电执行信号发出模块，分别用于向所述控制电路发出所述充电执行信号或放电执行信号。

6.如权利要求5所述的一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于：所述输入输出连接模块包括多个标准电压输出接口；

所述输入输出连接模块将所述控制电路引出的所述单体电池的正极端与负极端组合连接后，控制所述多个标准电压输出接口分别用于输出不同电压值的标准放电电压，以供多个待供电动力设备连接使用；

所述输入输出连接模块还设有与所述充电执行信号发出模块连接的电池组充电输入端，以连接外部电池组充电电源；所述充电执行信号发出模块的电池组充电输出端与所述单体电池的正极端连接，用于将所述初始充电电压传输至所述主控模块。

7.如权利要求3所述的一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于，还设有与所述控制电路的电流安全检测端连接的电流传感器和与所述控制电路的温度安全检测端连接的温度传感器，分别用于实时检测所述系统的充放电电流和元器件温度。

8.如权利要求6所述的一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于：所述控制电路与所述输入输出连接模块之间还连接有通信接口，用于通过所述输入输出连接模块实现所述待供电动力设备或所述外部电池组充电电源或第三方控制设备与所述控制电路之间的电路信息交互。

9.如权利要求8所述的一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于：所述待供电动力设备为移动电气设备，所述移动电气设备包含电动汽车、电动单车、电动摩托车、吸尘器、自动扫地机、电动工具、园林工具、机器人、无人机、航模的一种或多种；所述电路信息包含所述初始充电电压、所述标准放电电压、单体电池的电压、充放电电流、电池组温度，以及，所述控制电路处理得到的电池组安全参数、单体电池电压均衡信息，以及所述待供电动力设备或所述外部电池组充电电源或第三方控制设备对所述控制电路的充放电控制指令。

10.如权利要求9所述的一种动力源装置的充放电控制系统，其特征在于：所述电池组、所述电平平移转换模块、所述主控模块、所述温度传感器设置在动力源装置中；所述执行信号发出模块、所述输入输出连接模块、所述电流传感器设于所述动力源装置中或设于所述动力源装置以外的控制装置中。