CN113644725B - 蓄电池充放电管理及保护系统、直流电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄电池充放电管理及保护系统、直流电源，系统包括放电保护模块，放电保护模块包括：放电控制单元，放电控制单元的第一端与蓄电池的第一端相连，用于控制蓄电池的放电与否；电流检测单元，其第一端与放电控制单元的第二端相连，电流检测单元的第二端与供电模块的第一输出端相连，用于检测蓄电池的放电电流；第一电流比较单元，其输入端与电流检测单元的第一端相连，第一电流比较单元的输出端与放电控制单元的控制端相连，用于在蓄电池的放电电流大于放电电流阈值时输出放电停止信号至放电控制单元，以控制蓄电池停止放电，有效避免了因供电模块输出端异常短路，蓄电池瞬间放电导致供电模块瞬间过功率损坏。

Description

蓄电池充放电管理及保护系统、直流电源

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种蓄电池充放电管理及保护系统和一种具有该蓄电池充放电管理及保护系统的直流电源。

背景技术

电源模块作为系统运行的主要设备之一，要求其必须能够安全可靠供电，但是在电源模块输出端带有后备电源如蓄电池的情况下，由于蓄电池的能量很大，在电源模块输出端用电设备发生短路时，蓄电池的能量被瞬间释放，从而引起电源模块内部功率器件瞬间过功率损坏，导致用电设备无法正常工作。

例如，在电力配网自动化系统中，在配网自动化终端(简称配自终端)二次回路短路时，蓄电池瞬间放电，导致电源模块直接烧坏，导致配自终端无法正常运行，甚至引起火灾，进而导致系统运行安全性下降，运维成本高。

发明内容

基于此，有必要针对电源模块输出端异常短路，蓄电池瞬间放电导致电源模块瞬间过功率损坏的问题，提供一种蓄电池充放电管理及保护系统和一种具有该蓄电池充放电管理及保护系统的直流电源。

一种蓄电池充放电管理及保护系统，蓄电池与供电模块的输出端相连，供电模块的输入端与交流电源相连，供电模块用于将交流电转换为直流电给用电设备供电和给蓄电池充电，蓄电池用于给用电设备供电，系统包括放电保护模块，放电保护模块包括：

放电控制单元，放电控制单元的第一端与蓄电池的第一端相连，用于控制蓄电池的放电与否；

电流检测单元，电流检测单元的第一端与放电控制单元的第二端相连，电流检测单元的第二端与供电模块的第一输出端相连，用于检测蓄电池的放电电流；

第一电流比较单元，第一电流比较单元的输入端与电流检测单元的第一端相连，第一电流比较单元的输出端与放电控制单元的控制端相连，用于在蓄电池的放电电流大于放电电流阈值时输出放电停止信号至放电控制单元，以控制蓄电池停止放电。

在其中一个实施例中，放电控制单元包括：第一开关管，第一开关管的第一端与蓄电池的第一端相连，第一开关管的第二端与电流检测单元的第一端相连，第一开关管的控制端与第一电流比较单元的输出端相连；

电流检测单元包括：第一电阻，第一电阻的一端与放电控制单元的第二端相连，第一电阻的另一端与供电模块的第一输出端相连；

第一电流比较单元包括：第一放大器、第一比较器和第二开关管，第一放大器的正输入端接地，第一放大器的负输入端与电流检测单元的第一端相连；第一比较器的正输入端与第一放大器的输出端相连，第一比较器的负输入端与第一参考电源相连；第二开关管的控制端与第一比较器的输出端相连，第二开关管的第一端与放电控制单元的控制端相连，第二开关管的第二端接地。

在其中一个实施例中，系统还包括放电管理模块，放电管理模块包括：

第一电压检测单元，第一电压检测单元的输入端与蓄电池的第二端相连，用于检测蓄电池的放电电压；

电压比较单元，电压比较单元的输入端与第一电压检测单元的输出端相连，电压比较单元的输出端与放电控制单元的控制端相连，用于在蓄电池的放电电压小于放电电压阈值时输出放电停止信号。

在其中一个实施例中，第一电压检测单元包括：第一分压电路，第一分压电路的输入端与蓄电池的第二端相连，第一分压电路的输出端与电压比较单元的输入端相连；

电压比较单元包括：第二比较器和第一光耦隔离器，第二比较器的正输入端与第一电压检测单元的输出端相连，第二比较器的负输入端与第二参考电源相连；第一光耦隔离器的第一端与第二比较器的输出端相连，第一光耦隔离器的第二端接地，第一光耦隔离器的第三端与第一电源相连，第一光耦隔离器的第四端与放电控制单元的控制端相连。

在其中一个实施例中，系统还包括输出保护模块，输出保护模块包括：

第二电压检测单元，第二电压检测单元的输入端与供电模块的第二输出端相连，用于检测供电模块的输出电压；

调整信号输出单元，调整信号输出单元的输入端与第二电压检测单元的输出端相连，调整信号输出单元的输出端与供电模块的电压反馈端相连，用于根据供电模块的输出电压输出供电控制调整信号，以使供电模块根据供电控制调整信号调整输出电压。

在其中一个实施例中，第二电压检测单元包括：第二分压电路，第二分压电路的输入端与供电模块的第二输出端相连，第二分压电路的输出端与调整信号输出单元的输入端相连；

调整信号输出单元包括：基准电源和第二光耦隔离器，基准电源的输入端与第二分压电路的输出端相连，用于根据供电模块的输出电压输出基准电压；第二光耦隔离器的第一端与第二电源相连，第二光耦隔离器的第二端与基准电源的输出端相连，第二光耦隔离器的第三端与第三电源相连，第二光耦隔离器的第四端与供电模块的电压反馈端相连，用于根据基准电压输出供电控制调整信号。

在其中一个实施例中，系统还包括充电管理模块，充电管理模块包括：

第二电流比较单元，第二电流比较单元的输入端与电流检测单元的第一端相连，第二电流比较单元的输出端与基准电源的输出端相连，用于在蓄电池的充电电流大于充电电流阈值时输出基准电压，其中，电流检测单元还用于检测蓄电池的充电电流。

在其中一个实施例中，第二电流比较单元包括：第二放大器、第三比较器和第三开关管，第二放大器的正输入端和负输入端均与电流检测单元的第一端相连；第三比较器的正输入端与第二放大器的输出端相连，第三比较器的负输入端与第三参考电源相连；第三开关管的控制端与第三比较器的输出端相连，第三开关管的第一端与基准电源的输出端相连，第三开关管的第二端接地。

一种直流电源，包括：

供电模块，供电模块的输入端与交流电源相连，供电模块的输出端分别与用电设备和蓄电池相连，用于将交流电转换为直流电给用电设备供电和给蓄电池充电；

上述的蓄电池充放电管理及保护系统。

在其中一个实施例中，直流电源还包括：

电源状态显示模块；

集中控制模块，集中控制模块分别与电源状态显示模块、供电模块和蓄电池充放电管理及保护系统相连，用于控制电源状态显示模块显示直流电源的电压参数。

上述的蓄电池充放电管理及保护系统和直流电源，包括放电保护模块，放电保护模块进一步包括放电控制单元、电流检测单元和第一电流比较单元，其中电流检测单元检测蓄电池的放电电流，第一电流比较单元在蓄电池的放电电流大于放电电流阈值时输出放电停止信号至放电控制单元，放电控制单元根据放电停止信号控制蓄电池停止放电，以对供电模块进行过功率保护，有效避免了因供电模块输出端异常短路，蓄电池瞬间放电导致供电模块瞬间过功率损坏的情况发生，有效提高了供电模块的安全性和可靠性，同时降低了运维成本。

附图说明

图1为一个实施例中直流电源的示意图；

图2为一个实施例中放电保护模块的电路图；

图3为一个实施例中放电管理模块的电路图；

图4为一个实施例中输出保护模块的电路图；

图5为一个实施例中充电管理模块的电路图；

图6为另一个实施例中直流电源的示意图；

图7为一个实施例中功率转换单元和输出整流滤波单元的电路图；

图8为一个实施例中供电控制单元的电路图；

图9为一个实施例中EMC模块的电路图；

图10为一个实施例中直流电源的实物面板图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

在本申请中，参考图1所示，蓄电池与供电模块的输出端相连，供电模块的输入端与交流电源相连，供电模块用于将交流电转换为直流电给用电设备供电和给蓄电池充电，蓄电池用于给用电设备供电。

参考图2所示，蓄电池充放电管理及保护系统包括放电保护模块110，放电保护模块110进一步包括：放电控制单元111、电流检测单元112和第一电流比较单元113，其中，放电控制单元111的第一端与蓄电池的第一端B-相连，用于控制蓄电池的放电与否；电流检测单元112的第一端与放电控制单元111的第二端相连，电流检测单元112的第二端与供电模块的第一输出端V0-相连，用于检测蓄电池的放电电流；第一电流比较单元113的输入端与电流检测单元112的第一端相连，第一电流比较单元113的输出端与放电控制单元111的控制端PK相连，用于在蓄电池的放电电流大于放电电流阈值时，输出放电停止信号至放电控制单111，以控制蓄电池停止放电。

具体地，在供电模块的输出端发生异常短路，如用电设备发生异常短路时，蓄电池的能量被瞬间释放，蓄电池的放电电流突然上升至一个较高值，因此可通过采集蓄电池的放电电流的方式来控制蓄电池的放电与否，以对供电模块和蓄电池进行保护。例如，通过电流检测单元112采集蓄电池的放电电流，并通过第一电流比较单元113比较判断蓄电池的放电电流，当蓄电池的放电电流大于原理设定的放电电流阈值时，输出放电停止信号至放电控制单元111，由放电控制单元111根据放电停止信号控制蓄电池停止放电，以对供电模块进行过功率保护，防止因供电模块输出端异常短路，蓄电池瞬间放电导致供电模块瞬间过功率损坏的情况发生。而当供电模块有交流电源输入端时，供电模块恢复正常输出。

本实施例中，通过电流检测单元检测蓄电池的放电电流，并通过第一电流比较单元在蓄电池的放电电流大于放电电流阈值时，输出放电停止信号至放电控制单元，以及通过放电控制单元根据放电停止信号控制蓄电池停止放电，以对供电模块和蓄电池进行保护，从而有效避免了因供电模块输出端异常短路，蓄电池瞬间放电导致供电模块瞬间过功率损坏的情况发生，有效提高了供电模块的安全性和可靠性，同时降低了运维成本。

在一个实施例中，参考图2所示，放电控制单元111包括：第一开关管Q1，第一开关管Q1的第一端与蓄电池的第一端B-相连，第一开关管Q1的第二端与电流检测单元112的第一端相连，第一开关管Q1的控制端与第一电流比较单元113的输出端相连，通过控制第一开关管Q1的导通与关断来控制蓄电池的放电与否，第一开关管Q1可以为MOSFET。进一步地，放电控制单元111还可包括：第二电阻R2和第一稳压二极管DW1，第二电阻R2和第一稳压二极管DW1并联连接在第一开关管Q1的第一端与第一开关管Q1的控制端之间，且第一稳压二极管DW1的阴极与第一开关管Q1的控制端相连。

电流检测单元112包括：第一电阻R1，第一电阻R1的一端与放电控制单元111的第二端相连，第一电阻R1的另一端与供电模块的第一输出端V0-相连，通过第一电阻R1检测蓄电池的放电电流，并获得与放电电流相对应的电压值。

第一电流比较单元113包括：第一放大器K1、第一比较器U1和第二开关管Q2，第一放大器K1的正输入端接地GD(或供电模块的第一输出端V0-)，第一放大器K1的负输入端与电流检测单元112的第一端相连；第一比较器U1的正输入端与第一放大器K1的输出端相连，第一比较器U1的负输入端与第一参考电源相连；第二开关管Q2的控制端与第一比较器U1的输出端相连，第二开关管Q2的第一端与放电控制单元111的控制端PK相连，第二开关管Q2的第二端接地GD。其中，通过第一放大器K1对采样获得的电压值进行放大处理，通过第一比较器U1对放大处理后的电压值和第一参考电源进行比较，并在放大处理后的电压值大于第一参考电源时，输出比较信号至第二开关管Q2，由第二开关管Q2根据比较信号输出放电停止信号至放电控制单元111，以通过放电控制单元111控制蓄电池停止放电，第二开关管Q2可以为三极管。

需要说明的是，第一电流比较单元113还包括电阻、电容等元器件，以构成第一放大器K1、第一比较器U1和第二开关管Q2的外围电路。具体来说，参考图2所示，第三电阻R3串联连接在第一放大器K1的正输入端与地GD之间；第四电阻R4串联连接在第一放大器K1的负输入端与电流检测单元112的第一端之间；第五电阻R5和第一电容C1串联后与第六电阻R6并联连接在第一放大器K1的负输入端与第一放大器K1的输出端之间。

进一步地，第七电阻R7串联连接在第一比较器U1的正输入端与第一放大器K1的输出端之间；第八电阻R8和第二电容C2串联后连接在第一比较器U1的正输入端与第一比较器U1的输出端之间；第九电阻R9串联连接在第一比较器U1的正输入端与地GD之间；第十电阻R10和第十一电阻R11串联连接在参考电源VREF1与地GD之间，且第十电阻R10与地GD相连，第十电阻R10和第十一电阻R11的连接点还与第一比较器U1的负输入端相连；第三电容C3串联连接在第一比较器U1的正电源端与地GD之间，第一比较器U1的负电源端接地D。

进一步地，第十二电阻R12串联连接在第二开关管Q2的控制端与第一比较器U1的输出端之间；第十三电阻R13和第三电容C3并联连接在第二开关管Q2的控制端与地GD之间。

参考图2所示，在实际工作过程中，实时采集流过第一电阻R1的放电电流，并获得一个与放电电流相对应的电压值，然后通过第一放大器K1(如差分放大器)放大处理后，由第一比较器U1将其与第一参考电源进行比较，当放大处理后的电压值高于第一参考电源时，第一比较器U1的输出信号翻转，第一比较器U1由低电平信号翻转为高电平信号，第二开关管Q2导通，第一开关管Q1的控制端为低电平信号，第一开关管Q1断开，蓄电池停止放电，从而达到在输出异常情况下，对供电模块和蓄电池保护的目的。

在一个实施例中，参考图3所示，蓄电池充放电管理及保护系统还包括放电管理模块120，放电管理模块120进一步包括：第一电压检测单元121和电压比较单元122，其中第一电压检测单元121的输入端与蓄电池的第二端B+(也即供电模块的第二输出端V0+)相连，用于检测蓄电池的放电电压；电压比较单元122的输入端与第一电压检测单元121的输出端相连，电压比较单元122的输出端与放电控制单元111的控制端PK相连，用于在蓄电池的放电电压小于放电电压阈值时输出放电停止信号。

具体而言，在蓄电池放电给用电设备供电过程中，通过第一电压检测单元121实时检测蓄电池的放电电压，并通过电压比较单元122将其与原理设定的放电电压阈值进行比较，并在蓄电池的放电电压小于放电电压阈值时，输出放电停止信号至放电控制单元111，以使放电控制单元111控制蓄电池停止放电，从而有效避免蓄电池过放电，实现对蓄电池的过放电保护。

在一个实施例中，参考图3所示，第一电压检测单元121包括：第一分压电路，第一分压电路的输入端与蓄电池的第二端B+(也即供电模块的第二输出端V0+)相连，第一分压电路的输出端与电压比较单元122的输入端相连，通过第一分压电路采样获得蓄电池的放电电压。进一步地，第一分压电路包括第十四电阻R14至第十八电阻R18，其中第十四电阻R14、第十五电阻R15和第十六电阻R16依次串联连接在蓄电池的第二端B+与地GD之间，且第十四电阻R14的一端与蓄电池的第二端B+相连，第十五电阻R15和第十六电阻R16的连接点与电压比较单元122的输入端相连；第十七电阻R17并联连接在第十五电阻R15的两端；第十八电阻R18并联连接在第十六电阻R16的两端。

电压比较单元122包括：第二比较器U2和第一光耦隔离器PC1，第二比较器U2的正输入端与第一电压检测单元121的输出端相连，第二比较器U2的负输入端与第二参考电源相连；第一光耦隔离器PC1的第一端与第二比较器U2的输出端相连，第一光耦隔离器PC1的第二端接地GD，第一光耦隔离器PC1的第三端与第一电源VCC1相连，第一光耦隔离器PC1的第四端与放电控制单元111的控制端PK相连。其中，通过第二比较器U2对蓄电池的放电电压进行比较，并在放电电压小于放电电压阈值时输出比较信号至第一光耦隔离器PC1，第一光耦隔离器PC1根据比较信号输出放电停止信号至放电控制单元111。

需要说明的是，电压比较单元122还包括电阻、二极管等元器件，以构成第二比较器U2和第一光耦隔离器PC1的外围电路。具体来说，参考图3所示，第十九电阻R19串联连接在第二比较器U2的正输入端与第二比较器U2的输出端之间；第二十电阻R20、第一二极管D1和第二十一电阻R21依次串联连接在第二比较器U2的输出端与第一光耦隔离器PC1的第一端之间，且第一二极管D1阳极通过第二十电阻R20与第二比较器U2的输出端相连；第二十二电阻R22串联连接在第一光耦隔离器PC1的第一端与地GD之间；第二二极管D2和第二十三电阻R23依次串联连接在第一电源VCC1与第一光耦隔离器PC1的第三端之间，且第二二极管D2的阳极与第一电源VCC1相连。

参考图3所示，在实际工作过程中，通过第一分压电路实时采集蓄电池的放电电压，并获得与放电电压相对应的电压值，然后通过第二比较器U2将其与第二参考电源进行比较，当采样获得的电压值低于第二参考电源时，第二比较器U2的输出信号翻转，第二比较器U2由高电平信号翻转为低电平信号，第一光耦隔离器PC1的原边截止，进而第一光耦隔离器PC1的副边截止，第一开关管Q1的控制端为低电平信号，第一开关管Q1断开，蓄电池停止放电，从而达到保护蓄电池，防止蓄电池因过放电而发生损坏。

在一个实施例中，参考图4所示，蓄电池充放电管理及保护系统还包括输出保护模块130，输出保护模块130进一步包括：第二电压检测单元131和调整信号输出单元132，第二电压检测单元131的输入端与供电模块的第二输出端V0+(也即蓄电池的第二端B+)相连，用于检测供电模块的输出电压；调整信号输出单元132的输入端与第二电压检测单元131的输出端相连，调整信号输出单元132的输出端与供电模块的电压反馈端VFB相连，用于根据供电模块的输出电压输出供电控制调整信号，以使供电模块根据供电控制调整信号调整输出电压。

具体来说，在供电模块对用电设备供电或给蓄电池充电过程中，还通过第二电压检测单元131实时检测供电模块的输出电压，并通过调整信号输出单元132根据供电模块的输出电压输出供电控制调整信号至供电模块，供电模块根据供电控制调整信号调整内部功率管的控制信号，如调整PWM控制信号的脉宽，以对供电模块的输出电压进行调整，使其满足所期望的电压。

在一个实施例中，参考图4所示，第二电压检测单元131包括：第二分压电路，第二分压电路的输入端与供电模块的第二输出端V0+(也即蓄电池的第二端B+)相连，第二分压电路的输出端与调整信号输出单元132的输入端相连，通过第二分压电路采样获得供电模块的输出电压。进一步地，第二分压电路包括第二十四电阻R24、第二十五电阻R25和第二十六电阻R26，第二十四电阻R24、第二十五电阻R25和第二十六电阻R26依次串联连接在供电模块的第二输出端V0+与地GD之间，且第二十四电阻R24的一端与供电模块的第二输出端V0+相连，第二十五电阻R25和第二十六电阻R26的连接点与调整信号输出单元132的输入端相连。

调整信号输出单元132包括：基准电源IC和第二光耦隔离器PC2，基准电源IC的输入端与第二分压电路的输出端相连，用于根据供电模块的输出电压输出基准电压；第二光耦隔离器PC2的第一端与第二电源(可以是供电模块的第二输出端V0+)相连，第二光耦隔离器PC2的第二端与基准电源IC的输出端ILIMT相连，第二光耦隔离器PC2的第三端与第三电源VCC3相连，第二光耦隔离器PC2的第四端与供电模块的电压反馈端VFB相连，用于根据基准电压输出供电控制调整信号。其中，通过基准电源IC根据供电模块的输出电压输出相应的基准电压，第二光耦隔离器PC2根据基准电压输出供电控制调整信号至供电模块，以使供电模块根据该供电控制调整信号对其输出电压进行调整。

进一步地，基准电源IC可以为三端可调分流基准电压源，通过该基准电源IC改变第二光耦隔离器PC2的第二端的电压，进而改变第二光耦隔离器PC2的导通与截止，供电模块根据第二光耦隔离器PC2的导通与截止情况来调整内部功率管的控制信号，以对供电模块的输出电压进行调整，如实现恒压输出。

具体来说，以基准电源IC为TL431为例，TL431的参考端与第二分压电路的输出端相连，TL431的阳极接地GD，TL431的负极与第二光耦隔离器PC2的第二端相连，TL431的负极还通过第四电容C4与TL431的参考端相连；第二光耦隔离器PC2的第一端通过第二十七电阻R27与第二电源相连，第二光耦隔离器PC2的第三端与第三电源VCC3相连，第二光耦隔离器PC2的第四端与供电模块的电压反馈端VFB相连。在实际工作过程中，第二电压检测单元131实时采集供电模块的输出电压并输出至TL431，TL431根据供电模块的输出电压调整负极电压变化，第二光耦隔离器PC2根据TL431负极电压变化调整供电模块的电压反馈端VFB的电平变化，供电模块根据该电平变化调整内部功率管的控制信号(如调整PWM控制信号的脉宽)，并根据该控制信号对内部功率管进行控制，以实现供电模块的恒压输出，使得供电模块的输出电压维持在预设电压范围内。

在一个实施例中，参考图5所示，蓄电池充放电管理及保护系统还包括充电管理模块140，充电管理模块140进一步包括：第二电流比较单元141，第二电流比较单元141的输入端与电流检测单元112的第一端相连，第二电流比较单元141的输出端与基准电源IC的输出端ILIMT相连，用于在蓄电池的充电电流大于充电电流阈值时输出基准电压，其中，电流检测单元112还用于检测蓄电池的充电电流。

具体来说，在供电模块给蓄电池充电过程中，通过电流检测单元112实时检测蓄电池的充电电流，并通过第二电流比较单元141将其与充电电流阈值进行比较，当蓄电池的充电电流大于充电电流阈值时，输出基准电压，调整信号输出单元132中的第二光耦隔离器PC2根据该基准电压输出供电控制调整信号，供电模块根据供电控制调整信号调整内部功率管的控制信号，如调整PWM控制信号的脉宽，以对供电模块的输出电压变化量进行限制，达到蓄电池恒流充电的目的，从而防止供电模块的充电功率过大，对供电模块进行保护，同时防止蓄电池的充电电流过大而损坏蓄电池。

在一个实施例中，参考图5所示，第二电流比较单元141包括：第二放大器K2、第三比较器U3和第三开关管Q3，第二放大器K2的正输入端和负输入端均与电流检测单元112的第一端相连；第三比较器U3的正输入端与第二放大器K2的输出端相连，第三比较器U3的负输入端与第三参考电源相连；第三开关管Q3的控制端与第三比较器U3的输出端相连，第三开关管Q3的第一端与基准电源IC的输出端ILIMT相连，第三开关管Q3的第二端接地GD。其中，通过第一电阻R1检测蓄电池的充电电流，并获得与充电电流相对应的电压值，通过第二放大器K2对采样获得的电压值进行放大处理，通过第三比较器U3对放大处理后的电压值和第三参考电源进行比较，并在放大处理后的电压值大于第三参考电源时，输出比较信号至第三开关管Q3，由第三开关管Q3根据比较信号输出基准电压至基准电源IC的输出端ILIMT，第二光耦隔离器PC2根据该基准电压输出供电控制调整信号。

需要说明的是，第二电流比较单元141还包括电阻、电容等元器件，以构成第二放大器K2、第三比较器U3和第三开关管Q3的外围电路。具体来说，参考图5所示，第四电容C4和第二十八电阻R28串联连接在第二放大器K2的负输入端与电流检测单元112的第一端，且第四电容C4与第二放大器K2的负输入端相连，以及第四电容C4和第二十八电阻R28的连接点与第二放大器K2的正输入端相连；第二十九电阻R29串联连接在第二放大器K2的负输入端与地GD之间；第三十电阻R30和第五电容C5串联后与第三十一电阻R31并联连接在第二放大器K2的负输入端与第二放大器K2的输出端之间。

进一步地，第三十二电阻R32串联连接在第三比较器U3的正输入端与第二放大器K2的输出端之间；第三十三电阻R33串联连接在第三比较器U3的正输入端与地GD之间；第三十四电阻R34串联连接在第三比较器U3的负输入端与参考电源VREF3之间；第六电容C6串联连接在第三比较器U3的负输入端与第三比较器U3的输出端之间；第七电容C7串联连接在第三比较器U3的正电源端与地GD之间，且第三比较器U3的正电源端还与第二电源VCC2相连，以及第三比较器U3的负电源端接地GD。

进一步地，第三十五电阻R35串联连接在第三开关管Q3的控制端与第三比较器U3的输出端之间；第三十六电阻R36和第八电容C8并联连接在第三开关管Q3的控制端与地GD之间。

参考图5所示，在实际工作过程中，实时采集流过第一电阻R1的充电电流，并获得一个与充电电流相对应的电压值，然后通过第二放大器K2(如差分放大器)放大处理后，由第三比较器U3将其与第三参考电源进行比较，当放大处理后的电压值高于第三参考电源时，第三比较器U3的输出信号翻转，第三比较器U3由低电平信号翻转为高电平信号，第三开关管Q3导通，基准电源IC的输出端ILIMT获得低电平的基准电压，第二光耦隔离器PC2导通，供电模块的电压反馈端VFB获得低电平信号，根据该低电平信号对供电模块内部功率管的控制信号(如PWM控制信号的脉宽)进行调整，限制供电模块输出电压变化量，达到蓄电池恒流充电的目的，从而防止供电模块的充电功率过大，对供电模块进行保护，同时防止蓄电池的充电电流过大而损坏蓄电池。

综上所述，本申请的蓄电池充放电管理及保护系统，通过放电保护模块能够对供电模块进行过功率保护，防止因供电模块输出端异常短路，蓄电池瞬间放电导致供电模块瞬间过功率损坏的情况发生；通过放电管理模块能够对蓄电池进行过放电保护，防止蓄电池过放电损坏；通过输出保护模块能够将供电模块的输出电压反馈至供电模块，使得供电模块的输出电压稳定在预设电压范围内，保证电压输出的稳定性；通过充电管理模块能够对供电模块进行保护，防止充电功率过大而损坏，以及对蓄电池进行充电保护，防止充电电流过大损坏。

本申请还提供了一种直流电源，参考图6所示，直流电源包括：供电模块200和上述的蓄电池充放电管理及保护系统100，供电模块200的输入端与交流电源相连，供电模块200的输出端分别与用电设备和蓄电池相连，用于将交流电转换为直流电给用电设备供电和给蓄电池充电。

需要说明的是，关于蓄电池充放电管理及保护系统100的相关内容参考前述，这里就不再赘述，下面主要对供电模块200进行描述。

参考图6所示，供电模块200包括：高压整流滤波单元210、功率转换单元220、输出整流滤波单元230和供电控制单元240，其中，高压整流滤波单元210的输入端与交流电源相连，用于将交流电源提供的交流电转换为第一直流电；功率转换单元220的输入端与高压整流滤波单元210的输出端相连，用于将第一直流电转换为第一交流电；输出整流滤波单元230的输入端与功率转换单元220的输出端相连，输出整流滤波单元230的输出端与用电设备和蓄电池分别相连，用于将第一交流电转换为直流电(区别于第一直流电)给用电设备供电和给蓄电池充电；供电控制单元240与功率转换单元220和输出保护模块130分别相连，用于根据功率转换单元220的工作电流、输出保护模块130输出的供电控制调整信号以及预设控制策略对功率转换单元220进行控制。

具体地，高压整流滤波单元210可包括整流电路和滤波电路，更为具体的，整流电路可采用常规的桥式整流电路，滤波电路可采用常规的电容滤波电路，而具体采用哪种电路结构，这里不做限制。功率转换单元220可采用双管正激电路，具体参考图7所示，这里不再详述。输出整流滤波单元230可包括整流电路和滤波电路，具体参考图7所示，这里不再详述。供电控制单元240可由供电控制芯片以及相应的外围电路构成，具体参考图8所示，这里不再详述。需要说明的是，供电控制单元240与功率转换单元220之间还设置有驱动转换单元250，通过驱动转换单元250获得两路驱动信号，对功率转换单元220的上功率管Qup和下功率管Qdw进行驱动控制，并且在控制过程中，可由供电控制单元240通过调整PWM控制信号的脉宽方式对功率转换单元220进行控制，以达到能量转换的要求，满足输出功率要求。

进一步地，参考图6所示，供电模块200还包括EMC单元260，EMC单元260的输入端与交流电源相连，EMC单元260的输出端与高压整流滤波单元210的输入端相连，用于抑制输入回路的浪涌电压干扰。EMC单元260可由压敏电阻、Y电容、X电容和共模电感组合而成，具体参考图9所示，这里不再详述。

在一个实施例中，参考图6所示，直流电源还包括：电源状态显示模块300和集中控制模块400，集中控制模块400分别与电源状态显示模块300、供电模块200和蓄电池充放电管理及保护系统100相连，用于控制电源状态显示模块300显示直流电源的电压参数。

具体而言，为了降低现场运维成本，提升运维人员对直流电源正常运行的准确判断，在直流电源中增加了显示功能，包括输入电压显示功能、输出电压显示功能、电池电压显示功能等，使得运维人员能够准确判断直流电源的运行状态，节约运维成本。例如，集中控制模块400从供电模块200中获取交流电源的电压，作为输入电压，通过电源状态显示模块300进行显示，同时从蓄电池充放电管理及保护系统100中获取供电模块200的输出电压和蓄电池的电压，并通过电源状态显示模块300进行显示。其中，电源状态显示模块300可包括液晶屏、数码管等，个数可以为一个或多个，如图10所示，以直观反映直流电源的电压参数，为运维人员提供准确的判断依据，有效解决了运维人员巡检过程中对直流电源的工作状态无法直接准确判断的问题，有利于现场维护，提高配自终端的安全系数，保障系统的稳定运行，同时节约现场运维成本。

进一步地，参考图6所示，直流电源还包括：告警信号输出模块500，告警信号输出模块500与集中控制模块400相连，集中控制模块400还在直流电源发生故障时输出报警信号，如过压信号、欠压信号等，以通过报警设备对用户进行提醒，报警设备可包括指示灯、蜂鸣器等。例如，参考图6和图10所示，集中控制模块400从蓄电池充放电管理及保护系统100获取蓄电池的电压，并在蓄电池的电压高于一定值时，输出过压信号如高电平信号至过压指示灯VH，使得过压指示灯VH被点亮，对用户进行提醒；同时，在蓄电池的电压低于一定值时，输出欠压信号如高电平信号至欠压指示灯VL，使得欠压指示灯VL被点亮，对用户进行提醒。由此，能够给运维人员提供准确的故障判断和定位，有利于运维人员的现场维护，提高配自终端的安全系数，降低运维成本。

进一步地，参考图6和图10所示，集中控制模块400还在蓄电池放电过程中，输出电池放电信号至放电指示灯POK，以使放电指示灯POK点亮，提醒用户当前处于放电状态，并在蓄电池停止放电时，输出停止放电信号至放电指示灯POK，以使放电指示灯POK熄灭，提醒用户当前处于停止放电状态。集中控制模块400还在蓄电池充电过程中，输出电池充电信号至充电指示灯，以使充电指示灯点亮，提醒用户当前处于充电状态，并在蓄电池停止充电时，输出停止充电信号至放电指示灯，以使充电指示灯熄灭，提醒用户当前处于停止充电状态。

需要说明的是，本申请中的集中控制模块400主要用于实现直流电源遥控及遥信的集中控制，综合实现各遥控功能，且各功能之间不会相互干扰。

在一个实施例中，参考图6所示，直流电源还包括：按键功能转换模块600和电池活化管理模块700，集中控制模块400与按键功能转换模块600和电池活化管理模块700分别相连，电池活化管理模块700还与蓄电池充放电管理及保护系统100相连，按键功能转换模块600用于接收电池活化指令；集中控制模块400根据电池活化指令控制电池活化管理模块700对蓄电池进行活化处理。

具体而言，按键功能是指通过点触按钮、旋转按钮或开关按钮等，通过拉低或调高控制回路的方式实现相应的指令输入。例如，参考图6和图10所示，按键可包括活化启动点触按钮HK和活化退出点触按钮HG，当活化启动点触按钮HK被按下时，按键功能转换模块600输出电池活化指令如高电平信号，集中控制模块400根据该电池活化指令控制电池活化管理模块700对蓄电池进行活化处理，此时电池活化管理模块700通过正反馈锁定方案，将蓄电池的充电回路和供电模块的供电回路关断锁死，使得蓄电池处于放电状态，并在蓄电池放电至预设值后，将正反馈锁定回路解锁，使得直流电源恢复充电状态和给用电设备供电状态；当活化退出点触按钮HG被按下时，按键功能转换模块600输出退出电池活化指令如低电平信号，集中控制模块400根据退出电池活化指令控制电池活化管理模块700停止对蓄电池活化处理，如在电池活化管理模块700对蓄电池活化处理过程中，可通过该按键控制电池活化管理模块700停止对蓄电池活化处理。

进一步地，参考图6和图10所示，集中控制模块400还在电池活化管理模块700对蓄电池活化处理时，输出活化信号至活化指示灯HOK，以使活化指示灯HOK点亮，提醒用户当前处于活化状态，并在电池活化管理模块700停止对蓄电池活化处理时，输出停止活化信号至活化指示灯HOK，以活化指示灯HOK熄灭，提醒用户当前活化结束。由此，通过告警信号输出模块能够给运维人员提供准确的活化状态，有利于运维人员的现场维护，降低运维成本。

进一步地，参考图6和图10所示，按键还可包括电池投入点触按钮BK和电池退出点触按钮BG，当电池投入点触按钮BK被按下时，按键功能转换模块600输出电池投入指令如高电平信号，集中控制模块400根据电池投入指令将蓄电池接入回路中；当电池退出点触按钮BG被按下时，按键功能转换模块600输出电池切除指令如低电平信号，集中控制模块400根据电池投入指令将蓄电池从回路中切除，以便于根据实际需求将蓄电池接入回路中和从回路中切除。需要说明的是，集中控制模块400还可根据外部遥控信号接收电池活化指令、退出电池活化指令、电池投入指令和电池切除指令等。

在一个实施例中，参考图6所示，直流电源还包括：电压电流调节模块800，电压电流调节模块800与集中控制模块400相连，用于接收电压电流调节指令，如输出电压调节指令、输出电流调节指令等，集中控制模块400在获得该指令后，将其发送给供电模块200，由供电模块200根据相应指令进行供电控制。需要说明的是，集中控制模块400还可根据外部遥控信号接收电压电流调节指令。

在一个实施例中，直流电源还包括：金属壳体，上述直流电源的各个模块均设置在金属壳体中，且采用模块化封装，大大提高了直流电源的防水、防尘性能，能够满足现场实际运行需求。

综上所述，本申请的直流电源能够防止因输出端异常短路导致自身瞬间过功率损坏的情况发生，能够对蓄电池进行过放电保护，防止蓄电池过放电损坏，能够将输出电压稳定在预设电压范围内，保证电压输出的稳定性，能够防止充电功率过大而损坏和对蓄电池进行充电保护，防止充电电流过大损坏，有利于提高系统运行的可靠性。同时，具有电压、故障等显示功能，为运维人员提供准确的判断依据，有利于对整个系统的维护，以及具有电池活化功能，并可以手动或通过外部信号自动对蓄电池进行活化维护，有利于延长蓄电池的使用寿命。同时，采用金属壳体模块化封装，能够保证其具有较高的防水、防尘性能，而且体积小、成本低、转换效率高、隔离强度高、支持宽范围输入电压、使用方便，具有较高的实用性和经济性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种蓄电池充放电管理及保护系统，其特征在于，蓄电池与供电模块的输出端相连，所述供电模块的输入端与交流电源相连，所述供电模块用于将交流电转换为直流电给用电设备供电和给所述蓄电池充电，所述蓄电池用于给所述用电设备供电，所述系统包括放电保护模块，所述放电保护模块包括：

放电控制单元，所述放电控制单元的第一端与所述蓄电池的第一端相连，用于控制所述蓄电池的放电与否；

电流检测单元，所述电流检测单元的第一端与所述放电控制单元的第二端相连，所述电流检测单元的第二端与所述供电模块的第一输出端相连，用于检测所述蓄电池的放电电流；

第一电流比较单元，所述第一电流比较单元的输入端与所述电流检测单元的第一端相连，所述第一电流比较单元的输出端与所述放电控制单元的控制端相连，用于在所述蓄电池的放电电流大于放电电流阈值时输出放电停止信号至所述放电控制单元，以控制所述蓄电池停止放电；

所述系统还包括放电管理模块，所述放电管理模块包括：

第一电压检测单元，所述第一电压检测单元的输入端与所述蓄电池的第二端相连，用于检测所述蓄电池的放电电压；

电压比较单元，所述电压比较单元的输入端与所述第一电压检测单元的输出端相连，所述电压比较单元的输出端与所述放电控制单元的控制端相连，用于在所述蓄电池的放电电压小于放电电压阈值时输出所述放电停止信号；

所述系统还包括输出保护模块，所述输出保护模块包括：

第二电压检测单元，所述第二电压检测单元的输入端与所述供电模块的第二输出端相连，用于检测所述供电模块的输出电压；

调整信号输出单元，所述调整信号输出单元的输入端与所述第二电压检测单元的输出端相连，所述调整信号输出单元的输出端与所述供电模块的电压反馈端相连，用于根据所述供电模块的输出电压输出供电控制调整信号，以使所述供电模块根据所述供电控制调整信号调整所述输出电压；

所述第二电压检测单元包括：第二分压电路，所述第二分压电路的输入端与所述供电模块的第二输出端相连，所述第二分压电路的输出端与所述调整信号输出单元的输入端相连；

所述调整信号输出单元包括：基准电源和第二光耦隔离器，所述基准电源的输入端与所述第二分压电路的输出端相连，用于根据所述供电模块的输出电压输出基准电压；所述第二光耦隔离器的第一端与第二电源相连，所述第二光耦隔离器的第二端与所述基准电源的输出端相连，所述第二光耦隔离器的第三端与第三电源相连，所述第二光耦隔离器的第四端与所述供电模块的电压反馈端相连，用于根据所述基准电压输出所述供电控制调整信号；

所述系统还包括充电管理模块，所述充电管理模块包括：

第二电流比较单元，所述第二电流比较单元的输入端与所述电流检测单元的第一端相连，所述第二电流比较单元的输出端与所述基准电源的输出端相连，用于在所述蓄电池的充电电流大于充电电流阈值时输出所述基准电压，其中，所述电流检测单元还用于检测所述蓄电池的充电电流。

2.根据权利要求1所述的蓄电池充放电管理及保护系统，其特征在于，所述放电控制单元包括：第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述蓄电池的第一端相连，所述第一开关管的第二端与所述电流检测单元的第一端相连，所述第一开关管的控制端与所述第一电流比较单元的输出端相连；

所述电流检测单元包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述放电控制单元的第二端相连，所述第一电阻的另一端与所述供电模块的第一输出端相连；

所述第一电流比较单元包括：第一放大器、第一比较器和第二开关管，所述第一放大器的正输入端接地，所述第一放大器的负输入端与所述电流检测单元的第一端相连；所述第一比较器的正输入端与所述第一放大器的输出端相连，所述第一比较器的负输入端与第一参考电源相连；所述第二开关管的控制端与所述第一比较器的输出端相连，所述第二开关管的第一端与所述放电控制单元的控制端相连，所述第二开关管的第二端接所述地。

3.根据权利要求1所述的蓄电池充放电管理及保护系统，其特征在于，所述第一电压检测单元包括：第一分压电路，所述第一分压电路的输入端与所述蓄电池的第二端相连，所述第一分压电路的输出端与所述电压比较单元的输入端相连；

所述电压比较单元包括：第二比较器和第一光耦隔离器，所述第二比较器的正输入端与所述第一电压检测单元的输出端相连，所述第二比较器的负输入端与第二参考电源相连；所述第一光耦隔离器的第一端与所述第二比较器的输出端相连，所述第一光耦隔离器的第二端接地，所述第一光耦隔离器的第三端与第一电源相连，所述第一光耦隔离器的第四端与所述放电控制单元的控制端相连。

4.根据权利要求1所述的蓄电池充放电管理及保护系统，其特征在于，所述第二电流比较单元包括：第二放大器、第三比较器和第三开关管，所述第二放大器的正输入端和负输入端均与所述电流检测单元的第一端相连；所述第三比较器的正输入端与所述第二放大器的输出端相连，所述第三比较器的负输入端与第三参考电源相连；所述第三开关管的控制端与所述第三比较器的输出端相连，所述第三开关管的第一端与所述基准电源的输出端相连，所述第三开关管的第二端接地。

5.一种直流电源，其特征在于，包括：

供电模块，所述供电模块的输入端与交流电源相连，所述供电模块的输出端分别与用电设备和蓄电池相连，用于将交流电转换为直流电给所述用电设备供电和给所述蓄电池充电；

如权利要求1-4中任一项所述的蓄电池充放电管理及保护系统。

6.根据权利要求5所述的直流电源，其特征在于，所述直流电源还包括：

电源状态显示模块；

集中控制模块，所述集中控制模块分别与所述电源状态显示模块、所述供电模块和所述蓄电池充放电管理及保护系统相连，用于控制所述电源状态显示模块显示所述直流电源的电压参数。