CN110212621A - 一种便携式储能电源及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式储能电源，包括外壳、逆变板、保护板、控制板、电池组及散热器，逆变板、保护板、控制板、电池组及散热器均固定于外壳内部；逆变板包括功率跟踪单元和直流变换单元，功率跟踪单元用于根据充电设备的功率控制直流变换单元，直流变换单元串接于充电设备和电池组之间；保护板包括主控单元、电压采集单元及电流采集单元，电压采集单元用于实时采集电池组的单体电压值，电流采集单元用于采集电池组的最大电流值，主控单元用于根据单体电压值和最大电流值判断电池组是否异常。本发明能够匹配多种充电设备，还能够提供多重电源保护，有助于提高电源的安全性和可靠性。此外，本发明还公开了一种便携式储能电源的控制方法。

Description

一种便携式储能电源及其控制方法

技术领域

本发明属于电源的技术领域，具体涉及一种便携式储能电源及其控制方法。

背景技术

如今，随着社会发展，人们在生活方面对便携式储能电源的需求也逐渐显露。由于户外没电或者家庭停电问题，导致设备、机械和工具停止作业，影响人们正常生活，便携式储能电源应用前景广阔，主要应用场景有:应急通信、电力抢修、医疗设备、勘探测绘、军事、消防救灾、户外环境检测等场合以及广泛缺电的地区等等，人们对便携式电源的要求越来越高，大容量、大功率便携式储能电源的产品需求越来越多，可以解决家庭因停电带来的不便，满足野外旅游、户外作业和紧急救援等场景的供电应用。但是便携式储能电源既要满足家用又要满足户外使用，需要产品的高度集成化，要求移动式、重量轻和体积小。

其中，中国专利文献公开了一种多功能便携式储能电源(公开号：CN 208690969U)，包括：壳体，壳体包括后壳与前壳，后壳与前壳卡扣连接；后壳的正面设有后壳装饰件，前壳的正面设有前壳装饰件；壳体内安装有若干电池固定件，电池固定件上设有若干电池；壳体的侧部位置设有蓝牙音箱，壳体的内部安装有风扇模块，风扇模块与电池为电连接；前壳装饰件的正面设有USB接插口模块，USB接插口模块与电池为电连接；前壳装饰件的正面设有LED灯，LED灯与电池为电连接。上述的方案在一定程度上解决蓝牙音箱输出和照明的问题，但是这种方案至少还存在以下缺陷：第一，充电效率较低，无法适配各种充电设备；第二，不具备保护电路，安全性较低。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种便携式储能电源，能够匹配多种充电设备，自动调节充电功率，有助于提高充电效率，还能够提供多重电源保护，有助于提高电源的安全性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种便携式储能电源，包括外壳、逆变板、保护板、控制板、电池组及散热器，所述逆变板、所述保护板、所述控制板、所述电池组及所述散热器均固定于所述外壳内部；

所述逆变板包括功率跟踪单元和直流变换单元，所述功率跟踪单元用于根据充电设备的功率控制所述直流变换单元，所述直流变换单元串接于所述充电设备和所述电池组之间；

所述保护板包括主控单元、电压采集单元及电流采集单元，所述电压采集单元用于实时采集所述电池组的单体电压值，所述电流采集单元用于采集所述电池组的最大电流值，所述主控单元用于根据所述单体电压值和所述最大电流值判断所述电池组是否异常。

作为本发明所述的一种便携式储能电源的一种改进，所述电池组包括电池腔、盖板及若干个电池，所述电池腔和所述盖板之间形成有用于容置若干个所述电池的空间，所述电池腔设置有用于容置所述保护板的槽体，所述盖板对应所述槽体的位置安装有所述保护板。

作为本发明所述的一种便携式储能电源的一种改进，所述电池腔的底部向外延伸形成连接部，所述外壳内壁设置有与所述连接部匹配的固定部，所述连接部卡接于所述固定部。

作为本发明所述的一种便携式储能电源的一种改进，所述外壳包括中空的壳本体、第一面盖及第二面盖，所述壳本体的一端安装有所述第一面盖，所述壳本体的另一端安装有所述第二面盖，所述逆变板、所述保护板及所述电池组容置于所述壳本体，所述控制板固定于所述第一面板，所述第一面板和所述第二面板均开设有散热孔。

作为本发明所述的一种便携式储能电源的一种改进，所述壳本体的表面设置有手柄。

作为本发明所述的一种便携式储能电源的一种改进，所述控制板包括输入接口、多个输出接口及显示屏，多个所述输出接口用于匹配不同的用电设备接口，所述输入接口和多个所述输出接口与所述电池组电连接，所述显示屏用于显示所述便携式储能电源的工作状态和故障代码。

作为本发明所述的一种便携式储能电源的一种改进，所述用电设备接口为USB接口、Typec-C接口及点烟器接口中至少一种。

作为本发明所述的一种便携式储能电源的一种改进，所述逆变板固定在所述电池组的上方，所述逆变板的端部安装有所述散热器。

作为本发明所述的一种便携式储能电源的一种改进，所述充电设备为充电器或太阳能电池。

本发明的目的之二在于还提供了一种便携式储能电源的控制方法，包括如下步骤：

计算充电设备的阻抗，然后实时监测所述充电设备的电流和电压变化，并调节直流变换单元的驱动信号占空比，使得所述直流变换单元与电池组的等效电阻等于所述充电设备的阻抗；

采集所述电池组的单体电压值，若所述单体电压值在预设时间内持续超过预设电压，则断开所述电池组的回路；若所述单体电压值在预设时间内保持在预设范围内，则导通所述电池组的回路；

采集所述电池组的最大电流值，若所述最大电流值超过预设电流，则断开所述电池组的回路；若多次导通和断开所述电池组的回路后，所述最大电流值仍超过所述预设电流，则判断所述电池组的回路故障。

需要说明的是，本发明的控制方法中，在充电设备和电池组之间串接直流变换单元，且直流变换单元受控于功率跟踪单元，即，功率跟踪单元能够控制充电设备输出到电池组的功率；功率跟踪单元通过对充电设备的电压、电流、功率及内阻进行监测，并以此为依据，调节直流变换单元的PWM驱动信号占空比，从而实现控制充电设备输出到电池组的功率；采集电池组的单体电压值，当检测到单体电压值在预设时间内持续超过预设电压，才断开电池组的回路，这样能够防止单体电压值抖动，提高测试的精度，而当单体电压值在预设时间内保持在预设范围内，即单体电压值在预设时间均在预设范围，满足安全标准，然后重新导通电池组的回路，其中，预设电压和预设范围不重叠，可以防止电压抖动；电流过大产生热量累积这是一个持续的过程，所以在电流上一般会有两重保护，第一重保护的设定值比较小，延时时间比较长，第二重保护的设定值比较大，延时时间很短，比如说电流>1A，500ms后保护，电流>5A，10ms后保护，且发生保护后，电流瞬间就变成了0A，因此，需要次导通和断开电池组的回路，判断最大电流值是否仍超过预设电流，若是，则判断电池组的回路故障，并在显示屏显示相应的故障代码，提示用户进行维修。

本发明的有益效果在于，本发明包括外壳、逆变板、保护板、控制板、电池组及散热器，所述逆变板、所述保护板、所述控制板、所述电池组及所述散热器均固定于所述外壳内部；所述逆变板包括功率跟踪单元和直流变换单元，所述功率跟踪单元用于根据充电设备的功率控制所述直流变换单元，所述直流变换单元串接于所述充电设备和所述电池组之间；所述保护板包括主控单元、电压采集单元及电流采集单元，所述电压采集单元用于实时采集所述电池组的单体电压值，所述电流采集单元用于采集所述电池组的最大电流值，所述主控单元用于根据所述单体电压值和所述最大电流值判断所述电池组是否异常。由于现有电源充电功能单一，应用场合十分有限，难以满足人们多种多样的需求，因此，在充电设备和电池组之间串接直流变换单元，且直流变换单元受控于功率跟踪单元，即，功率跟踪单元能够控制充电设备输出到电池组的功率；功率跟踪单元通过对充电设备的电压、电流、功率及内阻进行监测，并以此为依据，调节直流变换单元的PWM驱动信号占空比，从而实现控制充电设备输出到电池组的功率；相比现有的电源，本发明能够根据充电设备的功率自动调节，有助于实现不同充电设备的最大输出，从而提高便携式储能电源的充电效率，提高用户体验；为了提高便携式储能电源的安全性和可靠性，因此，增设主控单元、电压采集单元及电流采集单元，主控单元根据电压采集单元和电流采集单元的反馈，即测量电池组或电池单体的实际电压值和实际电流值，与预设值相比较，用这个偏差来纠正便携式储能电源的响应，并执行调节控制，实现安全且稳定的电压和电流控制，提高便携式储能电源用电的可靠性；由于单体电池更容易触发保护，所以电压采集单元采集电池组的单体电压值；由于过大的电流容易造成电路损坏，所以电流采集单元采集电池组的最大电流值，有助于缩短电路保护的反应速度，提高电源的安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的分解示意图。

图3为本发明中工作流程示意图。

其中：1-外壳；2-逆变板；3-保护板；4-控制板；5-电池组；6-散热器；10-固定部；11-壳本体；12-第一面盖；13-第二面盖；21-功率跟踪单元；22-直流变换单元；31-主控单元；32-电压采集单元；33-电流采集单元；42-输出接口；43-显示屏；51-电池腔；52-盖板；53-电池；511-槽体；512-连接部；7-充电设备；8-散热孔；9-手柄。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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发明和简化描述，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发明的限制。

在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1~3所示，一种便携式储能电源，包括外壳1、逆变板2、保护板3、控制板4、电池组5及散热器6，逆变板2、保护板3、控制板4、电池组5及散热器6均固定于外壳1内部；逆变板2包括功率跟踪单元21和直流变换单元22，功率跟踪单元21用于根据充电设备7的功率控制直流变换单元22，直流变换单元22串接于充电设备7和电池组5之间；保护板3包括主控单元31、电压采集单元32及电流采集单元33，电压采集单元32用于实时采集电池组5的单体电压值，电流采集单元33用于采集电池组5的最大电流值，主控单元31用于根据单体电压值和最大电流值判断电池组5是否异常，其中，充电设备7为太阳能电池。由于现有电源充电功能单一，应用场合十分有限，难以满足人们多种多样的需求，因此，在充电设备7和电池组5之间串接直流变换单元22，且直流变换单元22受控于功率跟踪单元21，即，功率跟踪单元21能够控制充电设备7输出到电池组5的功率；功率跟踪单元21通过对充电设备7的电压、电流、功率及内阻进行监测，并以此为依据，调节直流变换单元22的PWM驱动信号占空比，从而实现控制充电设备7输出到电池组5的功率；由于对于线性电路来说，当负载电阻等于电源的内阻时，电源即有最大功率输出，当直流变换单元22与电池组5的等效电阻等于太阳能电池的内阻，可以实现太阳能电池的最大输出，相比现有的电源，本发明能够根据充电设备7的功率自动调节，有助于实现不同充电设备7的最大输出，从而提高便携式储能电源的充电效率，提高用户体验；为了提高便携式储能电源的安全性和可靠性，因此，增设主控单元31、电压采集单元32及电流采集单元33，主控单元31根据电压采集单元32和电流采集单元33的反馈，即测量电池组5或电池单体的实际电压值和实际电流值，与预设值相比较，用这个偏差来纠正便携式储能电源的响应，并执行调节控制，实现安全且稳定的电压和电流控制，提高便携式储能电源用电的可靠性；由于单体电池更容易触发保护，所以电压采集单元32采集电池组5的单体电压值；由于过大的电流容易造成电路损坏，所以电流采集单元33采集电池组5的最大电流值，有助于缩短电路保护的反应速度，提高电源的安全性；将多种功能模块及电路分别集成至逆变板2、保护板3及控制板4上，分工明确，保证了电源的稳定性。

优选的，电池组5包括电池腔51、盖板52及若干个电池53，电池腔51和盖板52之间形成有用于容置若干个电池53的空间，电池腔51设置有用于容置保护板3的槽体511，盖板52对应槽体511的位置安装有保护板3。增设电池腔51，能够为若干个电池53提供稳定的空间，避免若干个电池53与保护板3接触，导致安全事故，同时，电池腔51设置有用于放置保护板3的槽体511，有效将若干个电池53和保护板3分隔开，同时便于两者之间进行布线；于本实施例中，槽体511内设置有卡轨，保护板3沿着卡轨插入到槽体511内，盖板52的一部分盖接于电池腔51，盖板52的另一部分盖接于所述槽体511，从而实现若干个电池53和保护板3的收纳，但本发明不以此为限。

优选的，电池腔51的底部向外延伸形成连接部512，外壳1内壁设置有与连接部512匹配的固定部10，连接部512卡接于固定部10。于本实施例中，连接部512为卡条，固定部10为沿外壳1内壁设置的轨道，电池腔51通过连接部512，并沿着固定部10，固定到外壳1内部，但本发明不以此为限，连接部512为轨道，固定部10为卡条，连接部512与固定部10卡接。

优选的，外壳1包括中空的壳本体11、第一面盖12及第二面盖13，壳本体11的一端安装有第一面盖12，壳本体11的另一端安装有第二面盖13，逆变板2、保护板3及电池组5容置于壳本体11，控制板4固定于第一面板12，第一面板12和第二面板13均开设有散热孔8。壳本体11、第一面盖12及第二面盖13采用分体式设计，便于对电源进行组装，第一面板12和第二面板13均开设有散热孔8，有助于提高电源的散热性能，防止外壳1内部温度过高，影响电源的安全性。

优选的，壳本体11的表面设置有手柄9。增加手柄9，提高电源的便携性，从而提高用户体验。

优选的，控制板4包括输入接口、多个输出接口42及显示屏43，多个输出接口42用于匹配不同的用电设备接口，输入接口和多个输出接口42与电池组5电连接，显示屏43用于显示便携式储能电源的工作状态和故障代码。增设多个输出接口42，便于与不同的用电设备进行匹配，拓宽应用场合，满足人们多种多样的需求，显示屏43能够显示便携式储能电源的工作状态和故障代码，便于用户了解便携式储能电源的工作状态，及进行故障的排查；其中，控制板4支持多种充电输入，多路输出，还包括按键，便于开启关闭电源，控制板4还可以增设wifi通讯模块或蓝牙通讯模块，便于用户进行远程监控。

优选的，用电设备接口为USB接口、Typec-C接口及点烟器接口中至少一种。USB接口、Typec-C接口及点烟器接口均为常用的接口，用户可以根据实际应用场景，选择合适的接口对移动设备进行充电。

优选的，逆变板2固定在电池组5的上方，逆变板2的端部安装有散热器6。当外壳1内部过高时，开启散热器6，能够将外壳1内部的热量带到外壳1的外部；当外壳1内部恢复正常时，则关闭散热器6，实现降低外壳1内部的温度，有助于提高电源的安全性，延长电池组5的使用寿命；其中，采用热敏电阻测试外壳1内部的温度，且热敏电阻反馈温度信息给主控单元31。

实施例2

与实施例1不同的是：本实施例的充电设备7为充电器。充电器为AC充电器、PV充电器、车充充电器、或者PV直充等充电器，当检测到充电器接入时，通过输入接口给电池组5进行充电；当直流变换单元22与电池组5的等效电阻等于充电器的阻抗，可以实现充电器的最大输出；功率跟踪单元21能够根据充电设备7的功率自动调节，有助于实现不同充电设备7的最大输出，从而提高便携式储能电源的充电效率，提高用户体验。

其他结构与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例3

如图1~3所示，一种便携式储能电源的控制方法，包括如下步骤：

计算充电设备7的阻抗，然后实时监测充电设备7的电流和电压变化，并调节直流变换单元22的驱动信号占空比，使得直流变换单元22与电池组5的等效电阻等于充电设备7的阻抗；

采集电池组5的单体电压值，若单体电压值在预设时间内持续超过预设电压，则断开电池组5的回路；若单体电压值在预设时间内保持在预设范围内，则导通电池组5的回路；

采集电池组5的最大电流值，若最大电流值超过预设电流，则断开电池组5的回路；若多次导通和断开电池组5的回路后，最大电流值仍超过预设电流，则判断电池组5的回路故障。

需要说明的是，本发明的控制方法中，在充电设备7和电池组5之间串接直流变换单元22，且直流变换单元22受控于功率跟踪单元21，即，功率跟踪单元21能够控制充电设备7输出到电池组5的功率；功率跟踪单元21通过对充电设备7的电压、电流、功率及内阻进行监测，并以此为依据，调节直流变换单元22的PWM驱动信号占空比，从而实现控制充电设备7输出到电池组5的功率；采集电池组5的单体电压值，当检测到单体电压值在预设时间内持续超过预设电压，才断开电池组5的回路，这样能够防止单体电压值抖动，提高测试的精度，而当单体电压值在预设时间内保持在预设范围内，即单体电压值在预设时间均在预设范围，满足安全标准，然后重新导通电池组5的回路，其中，预设电压和预设范围不重叠，可以防止电压抖动；电流过大产生热量累积这是一个持续的过程，所以在电流上一般会有两重保护，第一重保护的设定值比较小，延时时间比较长，第二重保护的设定值比较大，延时时间很短，比如说电流>1A，500ms后保护，电流>5A，10ms后保护，且发生保护后，电流瞬间就变成了0A，因此，需要次导通和断开电池组5的回路，判断最大电流值是否仍超过预设电流，若是，则判断电池组5的回路故障，并在显示屏43显示相应的故障代码，提示用户进行维修。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种便携式储能电源，其特征在于：包括外壳(1)、逆变板(2)、保护板(3)、控制板(4)、电池组(5)及散热器(6)，所述逆变板(2)、所述保护板(3)、所述控制板(4)、所述电池组(5)及所述散热器(6)均固定于所述外壳(1)内部；

所述逆变板(2)包括功率跟踪单元(21)和直流变换单元(22)，所述功率跟踪单元(21)用于根据充电设备(7)的功率控制所述直流变换单元(22)，所述直流变换单元(22)串接于所述充电设备(7)和所述电池组(5)之间；

所述保护板(3)包括主控单元(31)、电压采集单元(32)及电流采集单元(33)，所述电压采集单元(32)用于实时采集所述电池组(5)的单体电压值，所述电流采集单元(33)用于采集所述电池组(5)的最大电流值，所述主控单元(31)用于根据所述单体电压值和所述最大电流值判断所述电池组(5)是否异常。

2.如权利要求1所述的一种便携式储能电源，其特征在于：所述电池组(5)包括电池腔(51)、盖板(52)及若干个电池(53)，所述电池腔(51)和所述盖板(52)之间形成有用于容置若干个所述电池(53)的空间，所述电池腔(51)设置有用于容置所述保护板(3)的槽体(511)，所述盖板(52)对应所述槽体(511)的位置安装有所述保护板(3)。

3.如权利要求2所述的一种便携式储能电源，其特征在于：所述电池腔(51)的底部向外延伸形成连接部(512)，所述外壳(1)内壁设置有与所述连接部(512)匹配的固定部(10)，所述连接部(512)卡接于所述固定部(10)。

4.如权利要求1或2所述的一种便携式储能电源，其特征在于：所述外壳(1)包括中空的壳本体(11)、第一面盖(12)及第二面盖(13)，所述壳本体(11)的一端安装有所述第一面盖(12)，所述壳本体(11)的另一端安装有所述第二面盖(13)，所述逆变板(2)、所述保护板(3)及所述电池组(5)容置于所述壳本体(11)，所述控制板(4)固定于所述第一面板(12)，所述第一面板(12)和所述第二面板(13)均开设有散热孔(8)。

5.如权利要求4所述的一种便携式储能电源，其特征在于：所述壳本体(11)的表面设置有手柄(9)。

6.如权利要求1-4任一项所述的一种便携式储能电源，其特征在于：所述控制板(4)包括输入接口、多个输出接口(42)及显示屏(43)，多个所述输出接口(42)用于匹配不同的用电设备接口，所述输入接口和多个所述输出接口(42)与所述电池组(5)电连接，所述显示屏(43)用于显示所述便携式储能电源的工作状态和故障代码。

7.如权利要求6所述的一种便携式储能电源，其特征在于：所述用电设备接口为USB接口、Typec-C接口及点烟器接口中至少一种。

8.如权利要求1-4任一项所述的一种便携式储能电源，其特征在于：所述逆变板(2)固定在所述电池组(5)的上方，所述逆变板(2)的端部安装有所述散热器(6)。

9.如权利要求1-4任一项所述的一种便携式储能电源，其特征在于：所述充电设备(7)为充电器或太阳能电池。

10.一种便携式储能电源的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

计算充电设备(7)的阻抗，然后实时监测所述充电设备(7)的电流和电压变化，并调节直流变换单元(22)的驱动信号占空比，使得所述直流变换单元(22)与电池组(5)的等效电阻等于所述充电设备(7)的阻抗；

采集所述电池组(5)的单体电压值，若所述单体电压值在预设时间内持续超过预设电压，则断开所述电池组(5)的回路；若所述单体电压值在预设时间内保持在预设范围内，则导通所述电池组(5)的回路；

采集所述电池组(5)的最大电流值，若所述最大电流值超过预设电流，则断开所述电池组(5)的回路；若多次导通和断开所述电池组(5)的回路后，所述最大电流值仍超过所述预设电流，则判断所述电池组(5)的回路故障。