CN112397951B - 一种具有多功能输出的单输出端子电源系统 - Google Patents

一种具有多功能输出的单输出端子电源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有多功能输出的单输出端子电源系统，包含：电源模块、电源转换模块、继电器、单片机、单输出端子、接插件；单输出端子包含信号接收器及针型探头；接插件包含：锂原电池、信号发生器、微型电阻、插孔及引出端；电源转换模块分别与电源模块、继电器连接，单片机分别与继电器、单输出端子连接，单输出端子还与继电器连接；当引出端连通不同的电路时，信号发生器发出信号，信号接收器接收信号并传输给单片机，其根据信号控制继电器与电源转换模块接通，为所述的电路提供相应的电压输出。本发明通过单片机控制辅助插头及继电器，实现单端子输出不同电压/功率的功能，既能满足交直流放电，还能满足不同电压等级的用电需求。

Description

一种具有多功能输出的单输出端子电源系统
技术领域
本发明属于电源系统领域，涉及一种电源系统单输出端子满足多功能输出的方法，具体涉及一种单输出端子电源系统满足多功能输出装置。
背景技术
先进的储能技术在工业生产和人们日常生活中发挥着日益重要的作用。“洁能+储能+智能”已成为未来能源互联网的发展方向，作为能量载体的储能器件在新能源发电、智能电网、新能源汽车、微网系统及通信基站等领域中的作用日益凸显。
2017年9月，工信部等五部委联合发文《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，明确提出了储能产业发展的两个阶段：2017-2020年，实现储能由研发示范向商业化初期过渡；2020-2025年，实现商业化初期向规模化发展转变。自此，储能产业迎来爆发，2018年将是中国储能产业快速发展的起始之年。随着储能技术尤其是电化学储能技术的发展，电化学储能将应用到电力系统“发、输、配、用、调”等各个环节，电化学储能系统在电力系统中的应用包括：平滑新能源发电出力、出力计划跟踪、减小弃风弃光、向电网提供辅助服务、提供无功/电压支撑等。
由于对储能电源的需求越来越广泛，不同用户对储能电源的供电能力提出了更高要求，在要满足高温高湿或超低温充放电等严苛工况下正常充放电的前提下，对于输出端的要求也越来越多。因此，亟需研发一种同一个电源系统实现多功能用电，既要满足交直流放电，还有满足不同电压等级的用电需求。
发明内容
本发明的目的是解决电源系统的多功能用电问题，通过单片机控制辅助插头(如，接插件)及继电器的方式，实现单端子输出不同电压/功率的功能，既能满足交直流放电，还能满足不同电压等级的用电需求。
为了达到上述目的，本发明提供了一种具有多功能输出的单输出端子电源系统，其包含：电源模块、电源转换模块、继电器、单片机、单输出端子、接插件；
所述的电源转换模块包含若干直流转换模块和/或交流转换模块；
所述的继电器为多触点继电器；
所述的单输出端子包含信号接收器及两个相连的针型探头；
所述的接插件包含：
锂原电池；
信号发生器；
微型电阻；
用于与针型探头匹配连接的插孔；及
若干适用不同电压和/或功率需求的引出端；
所述的电源转换模块分别与电源模块、继电器连接，所述的单片机分别与继电器、单输出端子连接，所述的单输出端子与继电器连接；当所述的针型探头插入到所述的插孔时，所述的单输出端子与所述的接插件连通；当所述的引出端连通不同的电路时，信号发生器发出相应的电压和/或功率信号，所述的信号接收器接收所述信号并传输给所述的单片机，所述的单片机根据所述信号，控制继电器与不同的电源转换模块接通，为所述的电路提供相应的电压输出；所述的连接包含电连接或信号连接。
可选地，所述的电源模块还设置有电池管理系统。
可选地，所述的电源模块由锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-氟化碳电池中的任意两种以上通过串并联形成。
可选地，所述的电源模块由铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池中的任意两种以上通过串并联形成。
可选地，所述的电源模块由磷酸铁锂电池、镍钴锰酸锂电池、镍钴铝酸锂电池、钛酸锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池、镍锰酸锂电池、超级电容器、锂离子电容器中的任意两种以上通过串并联形成。
可选地，所述的电源模块由镁离子电池、钠离子电池、全固态电池中的任意两种以上通过串并联形成组合而成。
可选地，所述的直流转换模块包含：nV转5V、nV转12V、nV转24V、nV转48V、nV转110V、nV转220V的直流转换模块的任意一种或任意多种的组合，其中，n为电源模块的工作电压。
可选地，所述的交流转换模块包含：nV转220V的交流转换模块。
可选地，所述的微型电阻为1W、1/2W、1/5W、1/8W中的任意一种或多种的组合。
可选地，所述的锂原电池为微型的锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-氟化碳电池中的任意一种。
本发明的有益效果在于：
本发明通过常规手段的集成，在不明显增加产品重量、体积和成本的前提下，实现储能电源系统单端口多输出功能。
同时，本发明的顺利实施，可以将多种功能性部件集成到系统内，在提升了安全可靠性的基础上也可以极大简化电源系统的操作复杂性。具体来说，第一，设备的通用性：常规设备只能输出固定功率的电量，而本发明的电源系统可以将多种产品的功能集成到一个产品中；第二，市场上的具有类似功能集成性设备中，每个功率都有一个输出端子，即具有多个输出端子。本发明采用单个输出端子，通过针对不同用电需求，设计不同激励信号的接插件，实现多功能输出，操作简单，不易出错。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的一种具有多功能输出的单输出端子电源系统的结构示意图。
附图标记说明
电源模块10
电池管理系统11
电源转换模块20
继电器30
单片机40
单输出端子50
信号接收器51
针型探头52
接插件60
锂原电池61
信号发生器62
微型电阻63
插孔64
引出端65。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做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，需要说明的是，术语“内”、“外”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种具有多功能输出的单输出端子电源系统包含：电源模块10、电源转换模块20、继电器30、单片机40、单输出端子50、接插件60；
所述的电源转换模块20包含若干直流转换模块和/或交流转换模块；
所述的继电器30为多触点继电器；
所述的单输出端子50包含信号接收器51及两个相连的针型探头52；
所述的接插件60包含：
锂原电池61；
信号发生器62；
微型电阻63；
用于与针型探头匹配连接的插孔64；及
若干适用不同电压和/或功率需求的引出端65；
所述的电源转换模块20分别与电源模块10、继电器30连接，所述的单片机40分别与继电器30、单输出端子50连接；所述的单输出端子50与继电器30连接；当所述的针型探头52插入到所述的插孔64时，所述的单输出端子50与所述的接插件60连通；当所述的引出端65连通不同的电路时，信号发生器62发出相应的电压和/或功率信号，所述的信号接收器51接收所述信号并传输给所述的单片机40，所述的单片机40根据所述信号，控制继电器30与不同的电源转换模块20接通，为所述的电路提供不同的电压输出，实现单输出端子多功能输出。所述的连接包含电连接或信号连接。
为检测电源模块10中各单体电源的电压、电流、温度、SOC等信息，并防止过充、过放、过温、欠温、过流、欠流等故障，所述的电源模块10还设置有电池管理系统(BMS)11。
实施例1
本实施例公开了一种电源系统，能满足单输出端子多功能输出。
电源模块与多种电源转换模块和电池管理系统连接，电源转换模块与电源模块和继电器相连，继电器与单片机和输出端口(即，单输出端子50)相连，所述的输出端口与继电器和接插件相连。所述的接插件中含有不同触发介质(不同型号的微型电阻)，单片机可通过识别不同触发介质来使继电器切换到不同电源转换模块而实现不同电压/功率的输出。
所述的电源模块包括若干电池，由锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-氟化碳电池等中的任意一种通过串并联形成组合而成；
所述的电池管理系统主要功能包括：检测单体电源的电压、电流、温度等信息，并具有防止过放、过温、欠温、过流、欠流等保护功能；
所述的电源转换模块为交直流转换模块，包括nV转5V、nV转12V、nV转24V、nV转48V、nV转110V、nV转220V的直流转换模块(n为电源模块的工作电压，DC/DC)，以及nV转220V的交流转换模块(DC/AC)等中的一种或多种；
所述的继电器为多触点继电器，与电源转换模块、单片机、输出端口相连接，当单片机通过输出端口与接插件连接时识别到某一特定触发信号时，单片机通过继电器的切换功能使得某一特定电源转换模块与输出端口相连。
所述的输出端口内含有一个信号接收器与单片机相连且由单片机供电，在输出端口的中心处含有两个相连的针型探头，形成类似于U型结构，凹部设在输出端口内部，其作用是与接插件形成回路。
其中，当接插件与输出端口相连时，输出端口内部的信号接收器、针型探头与接插件内部的信号发生器、锂原电池和微型电阻形成回路，回路中由锂原电池供电，微型电阻限流，使得信号发生器发出特定信号，经信号接收器接收后传输给单片机。
所述的单片机与信号接收器单向相连，继电器与单片机单向相连，所述的针型探头是将接插件内部的信号发生器、锂原电池、微型电阻相连以便形成回路，该回路不包括单片机和继电器。该回路是指由锂原电池供电，通过微型电阻阻值不同，使得回路产生不同电流信号，从而使得信号发生器发出特定信号，通过信号接收器接收后，传输给单片机。其中，单片机与电池模组(电源模块及BMS)相连，一直处于供电状态。
在非工作状态下，继电器常闭。单片机实际上一直处于电池模组供电状态，因此单片机发送激励信号给继电器，使得继电器开启/闭合。
所述的接插件与输出端口相连，不同电压/功率需求的接插件引出线不同，与输出端口相连接的接插部分相同，其接插件的接插部分含有输出端口针型探头的插孔，插孔内侧有相连的信号发生器、微型电阻和锂原电池。
其中，所述的信号发生器是根据电压/功率需求不同而配置有发送不同频率信号的装置，其信号的发射需要由锂原电池供电，而供电回路需要与针型探头、信号发生器、锂原电池和微型电阻相连才可以实现。
其中，所述的锂原电池为微型的锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-氟化碳电池等中的一种。
其中，所述的微型电阻为1W、1/2W、1/5W、1/8W等中的任意一种或多种的组合。
实施例2
本实施例提供了额定电压在2V左右的能量密度低、寿命差的二次电池模组的单输出端子多功能输出的方法。
电源模块与多种电源转换模块和电池管理系统连接，电源转换模块与电源模块和继电器相连，继电器与单片机和输出端口相连，所述的输出端口与继电器和接插件相连。所述的接插件中含有不同触发介质，单片机可通过识别不同触发介质来使继电器切换到不同电源转换模块而实现不同电压/功率的输出。
所述的电源模块主要包括由铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池等中的任意一种通过串并联形成组合而成；
所述的电池管理系统主要功能包括：检测单体电源的电压、电流、温度、SOC等信息，并具有防止过充、过放、过温、欠温、过流、欠流等保护功能；
所述的电源转换模块为交直流转换模块，包括nV转5V、nV转12V、nV转24V、nV转48V、nV转110V、nV转220V的直流转换模块(n为电源模块的工作电压，DC/DC)，以及nV转220V的交流转换模块(DC/AC)等中的一种或多种；
所述的继电器为多触点继电器，与电源转换模块、单片机、输出端口相连接，当单片机通过输出端口与接插件连接时识别到某一特定触发信号时，单片机通过继电器的切换功能使得某一特定电源转换模块与输出端口相连。
所述的输出端口内含有一个信号接收器与单片机相连且由单片机供电，在输出端口的中心处含有两个相连的针型探头。
其中，所述的信号接收器为当接插件与输出端口相连时，输出端口内部的信号接收器、针型探头与接插件内部的信号发生器、锂原电池和微型电阻形成回路，将信号发生器产生的信号传输给单片机。
其中，所述的针型探头是将接插件内部的信号发生器、锂原电池、微型电阻相连以便形成回路。
所述的接插件与输出端口相连，不同电压/功率需求的接插件引出线不同，与输出端口相连接的接插部分相同，其接插件的接插部分含有输出端口针型探头的插孔，插孔内侧有相连的信号发生器、微型电阻和锂原电池。
其中，所述的信号发生器是根据电压/功率需求不同而配置有发送不同频率信号的装置，其信号的发射需要由锂原电池供电，而供电回路需要与针型探头、信号发生器、锂原电池和微型电阻相连才可以实现。
其中，所述的锂原电池为微型的锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-氟化碳电池等中的一种。
其中，所述的微型电阻为1W、1/2W、1/5W、1/8W等中的任意一种或多种的组合。
实施例3
本实施例提供了额定电压在3.2V或3.7V或4.2V的锂离子电池、超级电容器等高比能量或高比功率的寿命较长的二次电池模组的单输出端子多功能输出的方法。
电源模块与多种电源转换模块和电池管理系统连接，电源转换模块与电源模块和继电器相连，继电器与单片机和输出端口相连，所述的输出端口与继电器和接插件相连。所述的接插件中含有不同触发介质，单片机可通过识别不同触发介质来使继电器切换到不同电源转换模块而实现不同电压/功率的输出。
所述的电源模块主要包括由磷酸铁锂电池、镍钴锰酸锂电池、镍钴铝酸锂电池、钛酸锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池、镍锰酸锂电池、超级电容器、锂离子电容器等中的任意一种或几种通过串并联形成组合而成；
所述的电池管理系统主要功能包括：检测单体电源的电压、电流、温度、SOC等信息，并具有防止过充、过放、过温、欠温、过流、欠流等保护功能；
所述的电源转换模块为交直流转换模块，包括nV转5V、nV转12V、nV转24V、nV转48V、nV转110V、nV转220V的直流转换模块(n为电源模块的工作电压，DC/DC)，以及nV转220V的交流转换模块(DC/AC)等中的一种或多种；
所述的继电器为多触点继电器，与电源转换模块、单片机、输出端口相连接，当单片机通过输出端口与接插件连接时识别到某一特定触发信号时，单片机通过继电器的切换功能使得某一特定电源转换模块与输出端口相连。
所述的输出端口内含有一个信号接收器与单片机相连且由单片机供电，在输出端口的中心处含有两个相连的针型探头。
其中，所述的信号接收器为当接插件与输出端口相连时，输出端口内部的信号接收器、针型探头与接插件内部的信号发生器、锂原电池和微型电阻形成回路，将信号发生器产生的信号传输给单片机。
其中，所述的针型探头是将接插件内部的信号发生器、锂原电池、微型电阻相连以便形成回路。
所述的接插件与输出端口相连，不同电压/功率需求的接插件引出线不同，与输出端口相连接的接插部分相同，其接插件的接插部分含有输出端口针型探头的插孔，插孔内侧有相连的信号发生器、微型电阻和锂原电池。
其中，所述的信号发生器是根据电压/功率需求不同而配置有发送不同频率信号的装置，其信号的发射需要由锂原电池供电，而供电回路需要与针型探头、信号发生器、锂原电池和微型电阻相连才可以实现。
其中，所述的锂原电池为微型的锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-氟化碳电池等中的一种。
其中，所述的微型电阻为1W、1/2W、1/5W、1/8W等中的任意一种或多种的组合。
实施例4
本实施例提供了一种目前新兴的尚未完成产业化的二次电池模组单输出端子多功能输出的方法。
电源模块与多种电源转换模块和电池管理系统连接，电源转换模块与电源模块和继电器相连，继电器与单片机和输出端口相连，所述的输出端口与继电器和接插件相连。所述的接插件中含有不同触发介质，单片机可通过识别不同触发介质来使继电器切换到不同电源转换模块而实现不同电压/功率的输出。
所述的电源模块主要包括由镁离子电池、钠离子电池、全固态电池等中的任意一种通过串并联形成组合而成；
所述的电池管理系统主要功能包括：检测单体电源的电压、电流、温度、SOC等信息，并具有防止过充、过放、过温、欠温、过流、欠流等保护功能；
所述的电源转换模块为交直流转换模块，包括nV转5V、nV转12V、nV转24V、nV转48V、nV转110V、nV转220V的直流转换模块(n为电源模块的工作电压，DC/DC)，以及nV转220V的交流转换模块(DC/AC)等中的一种或多种；
所述的继电器为多触点继电器，与电源转换模块、单片机、输出端口相连接，当单片机通过输出端口与接插件连接时识别到某一特定触发信号时，单片机通过继电器的切换功能使得某一特定电源转换模块与输出端口相连。
所述的输出端口内含有一个信号接收器与单片机相连且由单片机供电，在输出端口的中心处含有两个相连的针型探头。
其中，所述的信号接收器为当接插件与输出端口相连时，输出端口内部的信号接收器、针型探头与接插件内部的信号发生器、锂原电池和微型电阻形成回路，将信号发生器产生的信号传输给单片机。
其中，所述的针型探头是将接插件内部的信号发生器、锂原电池、微型电阻相连以便形成回路。
所述的接插件与输出端口相连，不同电压/功率需求的接插件引出线不同，与输出端口相连接的接插部分相同，其接插件的接插部分含有输出端口针型探头的插孔，插孔内侧有相连的信号发生器、微型电阻和锂原电池。
其中，所述的信号发生器是根据电压/功率需求不同而配置有发送不同频率信号的装置，其信号的发射需要由锂原电池供电，而供电回路需要与针型探头、信号发生器、锂原电池和微型电阻相连才可以实现。
其中，所述的锂原电池为微型的锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-氟化碳电池等中的一种。
其中，所述的微型电阻为1W、1/2W、1/5W、1/8W等中的任意一种或多种的组合。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
综上所述，本发明提供的电源系统，集成电源模块、电源转换模块、继电器、单片机、单输出端子、接插件等模块，通过单片机控制辅助插头及继电器的方式，实现单端子输出不同电压/功率的功能，既能满足交直流放电，还能满足不同电压等级的用电需求。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的电源系统包含：电源模块、电源转换模块、继电器、单片机、单输出端子、接插件；
所述的电源转换模块包含若干直流转换模块和/或交流转换模块；
所述的继电器为多触点继电器；
所述的单输出端子包含信号接收器及两个相连的针型探头；
所述的接插件包含：
锂原电池；
信号发生器；
微型电阻；
用于与针型探头匹配连接的插孔；及
若干适用不同电压和/或功率需求的引出端；
所述的电源转换模块分别与电源模块、继电器连接，所述的单片机分别与继电器、单输出端子连接，所述的单输出端子与继电器连接；当所述的针型探头插入到所述的插孔时，所述的单输出端子与所述的接插件连通；当所述的引出端连通不同的电路时，信号发生器发出相应的电压和/或功率信号，所述的信号接收器接收所述信号并传输给所述的单片机，所述的单片机根据所述信号，控制继电器与不同的电源转换模块接通，为所述的电路提供相应的电压输出；所述的连接包含电连接或信号连接。
2.如权利要求1所述的具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的电源模块还设置有电池管理系统。
3.如权利要求1所述的具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的电源模块由锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-氟化碳电池中的任意两种以上通过串并联形成。
4.如权利要求1所述的具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的电源模块由铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池中的任意两种以上通过串并联形成。
5.如权利要求1所述的具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的电源模块由磷酸铁锂电池、镍钴锰酸锂电池、镍钴铝酸锂电池、钛酸锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池、镍锰酸锂电池、超级电容器、锂离子电容器中的任意两种以上通过串并联形成。
6.如权利要求1所述的具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的电源模块由镁离子电池、钠离子电池、全固态电池中的任意两种以上通过串并联形成组合而成。
7.如权利要求1所述的具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的直流转换模块包含：nV转5V、nV转12V、nV转24V、nV转48V、nV转110V、nV转220V的直流转换模块的任意一种或任意多种的组合，其中，n为电源模块的工作电压。
8.如权利要求1所述的具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的交流转换模块包含：nV转220V的交流转换模块。
9.如权利要求1所述的具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的微型电阻为1W、1/2W、1/5W、1/8W中的任意一种或多种的组合。
10.如权利要求1所述的具有多功能输出的单输出端子电源系统，其特征在于，所述的锂原电池为微型的锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池、锂-氟化碳电池中的任意一种。
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