CN112688399B - 电池智能分布式能效管理系统及其led显示屏 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电池智能分布式能效管理系统，其包括开关电源模块，所述开关电源模块与负载设备连接，用于给负载设备供电；充放电管理模块，用于控制电池给负载设备供电或者控制开关电源模块给负载设备供电的同时给电池充电；所述充放电管理模块包括充电管理电路、放电电路以及路径管理电路，所述充电管理电路包括充电芯片，所述充电芯片的电源输入端与开关电源模块的输出端连接，所述充电芯片的电源输出端与电池连接；所述放电电路的输入端与电池连接，所述放电电路的输出端与负载设备连接。本申请具有提高电池的能效管理的效果。

Description

电池智能分布式能效管理系统及其LED显示屏

技术领域

本申请涉及电池储能技术领域，尤其是涉及一种电池智能分布式能效管理系统。

背景技术

锂离子电池是国家提倡的一种较为常见的新能源电池，其中锂离子电池包括有三元电池和铁锂电池等电池，主要用于将给移动工具、电动工具等提供电能。

而目前相关的储能电池都是通过市电进行充电储能，然后再将储存的电能给用电设备使用，或者直接通过市电给用电设备供电，然而我国用电存在明显的用电高峰期时段和用电低峰期时段，用电高峰期大量设备接市电使用容易导致大量电能损耗的缺陷。

发明内容

为了提高电池的能效管理，本申请提供一种电池智能分布式能效管理系统及其LED显示屏。

第一方面，本申请提供的电池智能分布式能效管理系统采用如下的技术方案：

一种电池智能分布式能效管理系统，包括开关电源模块，所述开关电源模块与负载设备连接，用于给负载设备供电；

充放电管理模块，用于控制电池给负载设备供电或者控制开关电源模块给负载设备供电的同时给电池充电；

所述充放电管理模块包括充电管理电路、放电电路以及路径管理电路，所述充电管理电路包括充电芯片，所述充电芯片的电源输入端与开关电源模块的输出端连接，所述充电芯片的电源输出端与电池连接；

所述放电电路的输入端与电池连接，所述放电电路的输出端与负载设备连接；

所述路径管理电路包括MCU控制器和控制电路，所述MCU控制器的信号输入端与开关电源模块的输出端连接，所述MCU控制器的信号输出端与充电芯片的使能端连接，用于检测开关电源信号，以控制充电芯片的工作；所述控制电路的输入端与开关电源模块的输出端连接，所述控制电路的输出端与放电电路连接，用于检测开关电源信号，以控制放电电路的通断。

通过采用上述技术方案，当开关电源模块接入后，负载设备由开关电源模块供电，MCU控制器接收到开关电源模块的输入信号，从而发出控制信号给充电芯片，从而使充电芯片给电池小电流充电，同时控制电路使放电电路处于开路状态，从而切断电池给负载设备供电；当开关电源模块未接入时，控制电路使放电电路处于通路状态，从而使电池给负载设备供电，从而可以实现在用电低峰期将部分市电储能在电池中，而在用电高峰期通过电池供电，从而提高电池的能效管理，达到节能减容的效果。

优选的，所述放电电路包括NMOS管Q5和用于控制NMOS管Q5通断的升压电路，所述升压电路包括升压芯片，所述升压芯片的电源输入端与电池的正极连接，所述升压芯片的使能端与MCU控制器的信号输出端连接，所述NMOS管Q5的栅极与升压芯片的输出端连接，所述电池与NMOS管Q5的源极连接，所述负载设备与NMOS管Q5的漏极连接，所述负载设备设置有手动开关，所述手动开关与MCU控制器的信号输入端连接。

通过采用上述技术方案，当开关电源模块未接入时，并且手动开关使负载设备处于工作状态下，MCU控制器接收到负载设备的开关信号，从而使MCU控制器输出高电平信号给升压芯片的使能端，从而使升压芯片工作，从而使NMOS管导通，进而通过电池给负载设备供电，当手动开关未打开状态下，升压电路处于休眠状态，从而节约电池用电，并且当开关电源模块接入时，而且手动开关打开状态下，MCU控制器控制充电芯片给电池大电流充电。

优选的，所述NMOS管Q5设置两个，两个所述NMOS管Q5相互并联设置。

通过采用上述技术方案，并联两个开关MOS管可以提高负载设备的带载能力。

优选的，所述放电电路还包括开关电路，所述开关电路包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述第一三极管Q1的发射极与升压电路的输出端连接，所述第一三极管Q1集电极与NMOS管Q5的栅极连接，所述第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的集电极连接，所述第二三极管Q2的基极与MCU控制器的信号输出端连接，所述第二三极管Q2的发射极接地。

通过采用上述技术方案，MCU控制器给升压芯片高电平信号，从而使NMOS管导通，进而控制电池给负载设备供电，并且MCU控制器的信号输出端与第二三极管Q2的基极连接，因此通过两条支路同时控制NMOS管的导通，从而避免NMOS管因为寄生电容和寄生电感等情况的误操作，并且设置第一三极管Q1和第二三极管Q2可以防止升压电路中的高压倒灌给MCU控制器，从而增加保险系数。

优选的，所述控制电路包括开关MOS管Q6、第三三极管Q3以及第四三极管Q4，所述开关MOS管的栅极与开关电源模块的输出端连接，所述开关MOS管Q6的源极接地，所述开关MOS管Q6的漏极与第三三极管Q3的基极连接，所述第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极管Q3的集电极与第四三极管Q4的基极连接，所述第四三极管Q4的发射极与升压电路的输出端连接，所述第四三极管Q4的集电极与开关电路的输入端连接。

通过采用上述技术方案，开关电源模块接入后，开关电源模块给负载设备供电的同时给电池小电流充电，同时开关MOS管Q6接收到开关电源模块的接入信号，从而使开关MOS管Q6导通，由于开关MOS管Q6的源极接地，从而使第三三极管Q3的基极处于低电平状态，因此第三三极管Q3不导通，从而控制开关电路处于开路状态，从而切断电池给负载设备的供电，从而避免电池的损坏。

优选的，所述控制电路还包括第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端与开关电源模块的输出端连接，所述第一电阻R1的另一端与NMOS管Q5的栅极连接。

通过采用上述技术方案，由于三极管接收到低电平信号到切断导通过程存在延迟，因此通过一端与开关电源模块一端连接另一端与NMOS管的栅极连接的第一电阻，从而使NMOS管达到快速关断的目的，从而实现开关电源模块和电池给负载设备供电的无缝切换。

优选的，所述电池的正负极连接有充放电保护芯片。

通过采用上述技术方案，通过充放电保护芯片对电池进行过充、过放、过流、过压保护。

优选的，所述MCU控制器连接有用于检测电池温度的热敏电阻TR。

通过采用上述技术方案，通过连接在MCU控制器上的热敏电阻TR可以对电池进行温度检测，并且通过MCU控制器对电池进行过温保护。

第二方面，本申请提供一种LED显示屏采用如下技术方案：

一种LED显示屏，包括如权利要求1-8任意一项所述的电池智能分布式能效管理系统。

通过采用上述技术方案，通过开关电源模块给LED显示屏供电或者通过电池给LED显示屏供电，通过充放电管理模块使开关电源模块给电池充电，并且通过路径管理电路同时实现开关电源模块给LED显示屏供电的同时给电池充电，从而可以实现在用电低峰期将部分电能储能在电池中，而在用电高峰期通过电池供电，从而提高电池的能效管理，达到节能减容的效果。

优选的，还包括定时器，所述定时器与MCU控制器的信号输入端连接，用于定时给电池充电。

通过采用上述技术方案，通过定时器定时给MCU控制器控制信号，从而控制开关电源模块在用电低峰期给电池充电，从而达到节能减容的效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

通过开关电源模块给负载设备供电或者通过电池给负载供电，通过充放电管理模块使开关电源模块给电池充电，并且通过路径管理电路同时实现开关电源模块给负载设备供电的同时给电池充电，从而可以实现在用电低峰期将部分电能储能在电池中，而在用电高峰期通过电池供电，从而提高电池的能效管理，达到节能的目的；

当开关电源模块给负载设备供电时，MCU控制器检测到电源信号，同时路径管理电路关断电池给负载设备的供电，同时MCU控制器给充电管理IC控制信号，使充电管理IC给电池低电流充电，合理利用电能；

通过连接在MCU控制器上的温敏电阻可以对电池进行温度检测，从而对电池进行过温保护。

附图说明

图1是本实施例中电池智能分布式能效管理系统的流程框图。

图2是本实施例中开关电源模块和充放电管理模块的电路原理图。

图3是本实施例中控制电路和放电电路的电路原理图。

图4是本实施例中LED显示屏的电池智能分布式能效管理系统流程框图。

附图标记说明：1、开关电源模块；11、二极管电路；12、滤波电路；2、充放电管理模块；21、充电管理电路；211、充电芯片；22、放电电路；221、升压电路；2211、升压芯片；222、开关电路；23、路径管理电路；231、MCU控制器；232、供电电路；2321、稳压芯片；233、控制电路；3、负载设备；4、电池；41、充放电保护芯片；5、定时器；6、LED显示屏。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种电池智能分布式能效管理系统。参照图1，包括开关电源模块1和充放电管理模块2，开关电源模块1通过适配器或者逆变器将市电转换为直流电。开关电源模块1与负载设备3连接，用于给负载设备3供电。充放电管理模块2用于控制电池4给负载设备3供电或者控制开关电源模块1给负载设备3供电的同时给电池4充电。

参照图2，开关电源模块1的输出端与负载设备3之间串联有二极管电路11和滤波电路12，二极管电路11包括多个并联的第一二极管D1，多个第一二极管D1并联起到分流作用，从而降低第一二极管D1工作的发热量，从而提高第一二极管D1的使用寿命，本实施例中的第一二极管D1设置六个。

参照图1和图2，充放电管理模块2包括充电管理电路21、放电电路22以及路径管理电路23，充电管理电路21包括充电芯片211，本实施例中的充电芯片211的型号为AN-SYL693。充电芯片211的电源输入端与开关电源模块1的输出端连接，充电芯片211的电源输出端与电池4连接。放电电路22的输入端与电池4连接，放电电路22的输出端与负载设备3连接。

参照图2和图3，路径管理电路23包括MCU控制器231、供电电路232以及控制电路233，本实施例中的MCU控制器231的型号为SSOP20。MCU控制器231的信号输入端与开关电源模块1的输出端连接，用于检测是否有开关电源接入。MCU控制器231的信号输出端与充电芯片211的使能端连接，用于发出开关电源信号，以控制充电芯片211的工作。供电电路232给MCU控制器231供电，供电电路232包括稳压芯片2321，稳压芯片2321的输入端同时与开关电源模块1的输出端和电池4的正极连接，稳压芯片2321的输出端与MCU控制器231的电源输入端连接，当开关电源接入时，开关电源模块1给MCU控制器231供电，当开关电源未接入时，电池4给MCU控制器231供电，切换信号由MCU控制器231控制。稳压芯片2321输入端和开关电源模块1的输出端之间以及稳压芯片2321的输入端和电池4的输出端之间均串联有第二二极管D2，通过第二二极管D2避免开关电源和电池4电源相互反灌，本实施例中的第二二极管D2采用肖特基二极管。控制电路233的输入端与开关电源模块1的输出端连接，控制电路233的输出端与放电电路22连接，用于检测开关电源信号，以控制放电电路22的通断。

参照图3，具体的，放电电路22包括用于连接负载设备3正负极的两个NMOS管Q5和用于控制NMOS管Q5通断的升压电路221，升压电路221包括升压芯片2211，本实施例的升压芯片2211的型号为PW5300。升压芯片2211的电源输入端与电池4的正极连接，升压芯片2211的使能端与MCU控制器231的信号输出端连接，NMOS管Q5的栅极与升压芯片2211的输出端连接，电池4的正负极与NMOS管Q5的源极连接，负载设备3与NMOS管Q5的漏极连接，本实施例与电池4正负极连接的NMOS管Q5均设置两个，两个NMOS管Q5相互并联设置，从而可以提高带载能力。

参照图2，负载设备3设置有手动开关（图中未示出），手动开关与MCU控制器231的信号输入端连接。当开关电源模块1未接入时，并且手动开关使负载设备3处于工作状态下，MCU控制器231接收到负载设备3的开关信号，从而使MCU控制器231输出高电平信号给升压芯片2211的使能端，从而使升压芯片2211工作，从而使NMOS管导通，进而通过电池4给负载设备3供电，当手动开关未打开状态下，升压电路221处于休眠状态，从而节约电池4用电，并且当开关电源模块1接入时，而且手动开关打开状态下，MCU控制器231控制充电芯片211给电池4大电流充电。

参照图3，进一步的，升压电路221的输出端和NMOS管Q5的栅极之间连接有开关电路222，开关电路222包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1的发射极与升压电路221的输出端连接，第一三极管Q1集电极与NMOS管Q5的栅极连接，第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的集电极连接，第二三极管Q2的基极与MCU控制器231的信号输出端连接，第二三极管Q2的发射极接地。MCU控制器231给升压芯片2211高电平信号，从而使NMOS管导通，进而控制电池4给负载设备3供电，并且MCU控制器231的信号输出端与第二三极管Q2的基极连接，因此通过两条支路同时控制NMOS管的导通，从而避免NMOS管因为寄生电容和寄生电感等情况的误操作，并且设置第一三极管Q1和第二三极管Q2可以防止升压电路221中的高压倒灌给MCU控制器231，从而增加保险系数。

参照图3，控制电路233包括开关MOS管Q6、第三三极管Q3以及第四三极管Q4，开关MOS管的栅极与开关电源模块1的输出端连接，开关MOS管Q6的源极接地，开关MOS管Q6的漏极与第三三极管Q3的基极连接，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的集电极与第四三极管Q4的基极连接，第四三极管Q4的发射极与升压电路221的输出端连接，第四三极管Q4的集电极与开关电路222的输入端连接。开关电源模块1接入后，开关电源模块1给负载设备3供电的同时给电池4小电流充电，同时开关MOS管Q6接收到开关电源模块1的接入信号，从而使开关MOS管Q6导通，由于开关MOS管Q6的源极接地，从而使第三三极管Q3的基极处于低电平状态，因此第三三极管Q3不导通，从而控制开关电路222处于开路状态，从而切断电池4给负载设备3的供电，从而避免电池4的损坏。

参照图3，控制电路233还包括第一电阻R1，第一电阻R1的一端与开关电源模块1的输出端连接，第一电阻R1的另一端与NMOS管Q5的栅极连接。由于三极管接收到低电平信号到切断导通过程存在延迟，因此通过一端与开关电源模块1一端连接另一端与NMOS管的栅极连接的第一电阻，从而使NMOS管达到快速关断的目的，从而实现开关电源模块1和电池4给负载设备3供电的无缝切换。

参照图3，电池4的正负极连接有充放电保护芯片41。通过充放电保护芯片41对电池4进行过充、过放、过流、过压保护。MCU控制器231连接有用于检测电池4温度的热敏电阻TR。通过连接在MCU控制器231上的热敏电阻TR可以对电池4进行温度检测，并且通过MCU控制器231对电池4进行过温保护。

本实施例还公开了一种LED显示屏，参照图4，包括电池4智能分布式能效管理系统和定时器5，定时器5与MCU控制器231的信号输入端连接，用于定时给电池4充电，通过定时器5定时给MCU控制器231控制信号，从而控制开关电源模块1在用电低峰期给电池4充电，从而达到节能的效果。

本申请实施例一种LED显示屏的实施原理为：通过开关电源模块1给LED显示屏6供电或者通过电池4给LED显示屏6供电，通过充放电管理模块2使开关电源模块1给电池4充电，并且通过路径管理电路23同时实现开关电源模块1给LED显示屏6供电的同时给电池4充电，从而可以实现在用电低峰期将部分电能储能在电池4中，而在用电高峰期通过电池4供电，从而提高电池4的能效管理，达到节能减容的效果。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池智能分布式能效管理系统，其特征在于：包括开关电源模块(1)，所述开关电源模块(1)与负载设备(3)连接，用于给负载设备(3)供电；

充放电管理模块(2)，用于控制电池(4)给负载设备(3)供电或者控制开关电源模块(1)给负载设备(3)供电的同时给电池(4)充电；

所述充放电管理模块(2)包括充电管理电路(21)、放电电路(22)以及路径管理电路(23)，所述充电管理电路(21)包括充电芯片(211)，所述充电芯片(211)的电源输入端与开关电源模块(1)的输出端连接，所述充电芯片(211)的电源输出端与电池(4)连接；

所述放电电路(22)的输入端与电池(4)连接，所述放电电路(22)的输出端与负载设备(3)连接；

所述路径管理电路(23)包括MCU控制器(231)和控制电路(233)，所述MCU控制器(231)的信号输入端与开关电源模块(1)的输出端连接，所述MCU控制器(231)的信号输出端与充电芯片(211)的使能端连接，用于检测开关电源信号，以控制充电芯片(211)的工作；所述控制电路(233)的输入端与开关电源模块(1)的输出端连接，所述控制电路(233)的输出端与放电电路(22)连接，用于检测开关电源信号，以控制放电电路(22)的通断；

所述放电电路(22)包括NMOS管Q5和用于控制NMOS管Q5通断的升压电路(221)，所述升压电路(221)包括升压芯片(2211)，所述升压芯片(2211)的电源输入端与电池(4)的正极连接，所述升压芯片(2211)的使能端与MCU控制器(231)的信号输出端连接，所述NMOS管Q5的栅极与升压芯片(2211)的输出端连接，所述电池(4)与NMOS管Q5的源极连接，所述负载设备(3)与NMOS管Q5的漏极连接，所述负载设备(3)设置有手动开关，所述手动开关与MCU控制器(231)的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的电池智能分布式能效管理系统，其特征在于：所述NMOS管Q5设置两个，两个所述NMOS管Q5相互并联设置。

3.根据权利要求1所述的电池智能分布式能效管理系统，其特征在于：所述放电电路(22)还包括开关电路(222)，所述开关电路(222)包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，所述第一三极管Q1的发射极与升压电路(221)的输出端连接，所述第一三极管Q1集电极与NMOS管Q5的栅极连接，所述第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的集电极连接，所述第二三极管Q2的基极与MCU控制器(231)的信号输出端连接，所述第二三极管Q2的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的电池智能分布式能效管理系统，其特征在于：所述控制电路(233)包括开关MOS管Q6、第三三极管Q3以及第四三极管Q4，所述开关MOS管的栅极与开关电源模块(1)的输出端连接，所述开关MOS管Q6的源极接地，所述开关MOS管Q6的漏极与第三三极管Q3的基极连接，所述第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极管Q3的集电极与第四三极管Q4的基极连接，所述第四三极管Q4的发射极与升压电路(221)的输出端连接，所述第四三极管Q4的集电极与开关电路(222)的输入端连接。

5.根据权利要求2所述的电池智能分布式能效管理系统，其特征在于：所述控制电路(233)还包括第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端与开关电源模块(1)的输出端连接，所述第一电阻R1的另一端与NMOS管Q5的栅极连接。

6.根据权利要求2所述的电池智能分布式能效管理系统，其特征在于：所述电池(4)的正负极连接有充放电保护芯片(41)。

7.根据权利要求1所述的电池智能分布式能效管理系统，其特征在于：所述MCU控制器(231)连接有用于检测电池(4)温度的热敏电阻TR。

8.一种LED显示屏，其特征在于：包括如权利要求1-7任意一项所述的电池智能分布式能效管理系统。

9.根据权利要求8所述的一种LED显示屏，其特征在于：还包括定时器(5)，所述定时器(5)与MCU控制器(231)的信号输入端连接，用于定时给电池(4)充电。

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