CN116533784A - 一种新能源汽车的移动储能充电设备 - Google Patents

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CN116533784A CN202310608967.7A CN202310608967A CN116533784A CN 116533784 A CN116533784 A CN 116533784A CN 202310608967 A CN202310608967 A CN 202310608967A CN 116533784 A CN116533784 A CN 116533784A
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江东亦
秦红桥
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Abstract

本发明提供一种新能源汽车的移动储能充电设备，其特征在于，包括外壳、设置于外壳内的电池包、以及控制电路；控制电路配置为与电池包连接，用于获取电池包的状态数据，进行控制调节；控制电路包括BMS电池保护板、控制面板、DC‑DC转换模块、DC‑AC转换模块、交流充电控制板以及直流充电控制板；其中，所述BMS电池保护板、DC‑DC转换模块、DC‑AC转换模块配置为与电池包连接；BMS电池保护板用于检测电池包的状态，并进行控制调节；DC‑DC转换模块用于将电池包输出的电压转换为多个电压值，输出至直流端口；DC‑AC转换模块用于将电池包输出的直流电转换为交流电，并输出至交流端口；其具有结构简单、便于携带使用、功能丰富、实用性强等优点。

Description

一种新能源汽车的移动储能充电设备
技术领域
本发明涉及新能源汽车充电应用技术领域，特别是涉及一种新能源汽车的移动储能充电设备。
背景技术
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源。目前，市面上的新能源汽车多为纯电动汽车，其主要采用电池供电作为汽车的动力来源。随着，新能源汽车的技术进步与发展，其中，大部分类型的新能源汽车都需要外接充电，外接充电主要有两种：交流充电和直流充电。用户通常是将车辆停放至具有充电桩的地方进行充电，而充电桩是固定安装在停车场或车位停放处，无法挪动。当用户驾驶汽车行驶在充电桩未普及的地方，难以实现就近充电，存在充电不便的问题。
因此，针对现有技术中存在的问题，亟需提供一种结构简单、便于携带且能够移动的新能源汽车的移动储能充电设备技术显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源汽车的移动储能充电设备，该充电设备可以移动，便于用户携带使用。通过设置控制电路，利用BMS电池保护板集成多个单元，实现对电池进行电压检测、自动均衡、温度检测、充放电过流等多个功能，实现对电池的多重保护。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新能源汽车的移动储能充电设备，包括外壳、设置于外壳内的电池包、以及控制电路；所述控制电路配置为与电池包连接，用于获取电池包的状态数据，进行控制调节；所述控制电路包括BMS电池保护板、控制面板、DC-DC转换模块、DC-AC转换模块、交流充电控制板以及直流充电控制板；其中，所述BMS电池保护板、DC-DC转换模块、DC-AC转换模块配置为与电池包连接；BMS电池保护板用于检测电池包的状态，并进行控制调节；DC-DC转换模块用于将电池包输出的电压转换为多个电压值，输出至直流端口；DC-AC转换模块用于将电池包输出的直流电转换为交流电，并输出至交流端口；所述直流充电控制板配置为与DC-DC转换模块连接，交流充电控制板配置为DC-AC转换模块连接。
以上的，所述外壳上设置有显示屏、刷卡器、交流充电枪头和直流充电枪头；所述刷卡器配置为读取卡片信息，并传输至控制电路；所述交流充电枪头、直流充电枪头用于与新能源汽车连接，为其供电。
具体的，上述移动储能充电设备，用于向新能源汽车供电。用户可通过交流充电枪头或直流充电枪头与新能源汽车形成连接，以实现供电。在所述移动储能充电设备中，其控制电路用于实现对各模块的控制。通过设置BMS电池保护板，以及在BMS电池保护板内集成多个单元，实现电池包的单体电池电压的检测，电池的自动均衡，电池温度的检测，充放电电流检测，控制充电放电的关断等多个功能，使电池安全充放电，提高移动储能充电设备的安全性能。DC-DC转换模块可以将电池的直流电压转换输出具有不同的电压值，并通过多个端口输出，使电压的输出具有选择。而DC-AC转换模块可以将电池的直流电压转换为交流电输出，使电池具备提供交流充电的功能，增强设备的实用性。
优选的，所述DC-DC转换模块包括DC芯片，通过DC芯片从电池包获取电压，转换为其他电压值。
优选的，DC-DC转换模块的输出端口包括USB接口和TypeC接口。
以上的，所述交流充电枪头配置为由所述交流充电控制板控制；直流充电枪头配置为由直流充电控制板控制。
以上的，所述BMS电池保护板包括主控芯片、单体电池电压检测单元、电池自动均衡单元、电池温度检测单元和充放电电流检测单元；所述主控芯片与各单元连接，其中，单体电池电压检测单元配置为检测电池包各单体电池的电压值，调节单体电池充放电时的异常状态；电池自动均衡单元配置为获取各单体电池的电压值，进行均衡电压；电池温度检测单元配置为获取电池的温度数据，根据温度数据判断是否触发温度保护；充放电电流检测单元配置为获取电池充放电时电路上检流电阻的压降，以判断是否进行过流保护状态。
以上的，所述主控芯片包括MCU芯片和型号为SH36705的芯片。
具体的，所述主控芯片采用型号为SH367305的芯片，主要用于实现采集电压、电流、温度信息转换成数字信号。相较于MCU芯片，MCU芯片可以通过TWI通讯读取以上信息。而型号为SH367305的芯片没有烧写上位机，因为没有EEPROM需要配置。SH367305主控芯片的硬件上保护的只有一个硬件过充电保护和短路保护，相关阈值由MCU芯片来配置。其它的过欠压、充放电过流和温度保护，都要靠MCU芯片采集到采样数据，由软件发指令去关充电MOS管、放电MOS管。
以上的，所述单体电池电压检测单元设有多个检测端口，用于与电池包的单体电池连接；当所述电池包处于充电过充状态时，所述主控芯片通过CHG端口控制充电管关闭，当电池包处于放电过放状态时，主控芯片通过DSG端口控制放电管关闭。
优选的，当所述电池包处于充电过充状态时，主控芯片通过CHG端口输出低电平，控制充电管关闭；当电池包处于放电过放状态时，主控芯片通过DSG端口输出低电平，控制放电管关闭。
以上的，所述电池自动均衡单元设有采样端口，并通过采样端口获取各单体电池的电压值；当任意一个单体电池电压大于均衡检测电压，余下的单体电池电压小于均衡检测电压，且超过均衡启动延迟时间时，主控芯片开启均衡通道。
优选的，所述电池自动均衡采用奇偶通道分时均衡(其均衡功能不影响正常的电池电压采样)；当同时开启多路均衡通道，奇数通道先进入均衡状态，偶数通道在下一个周期进入均衡状态，此时电池电压采样与均衡互不影响。
以上的，所述电池温度检测单元通过主控芯片的TS端口(TS1、TS2端口)获取电压值；当电压值达到预先设定的内部比较阈值，且维持设定的延时时间后，触发温度保护。
优选的，当所述电池处于充电温度保护后，主控芯片控制充电MOS管关闭，放电MOS管开启；当所述电池处于放电保护状态时，主控芯片控制充电MOS关闭，放电MOS管关闭。
具体的，NTC电阻(即热敏电阻)的阻值会随着温度的变化而变化。若TS端口检测到的电压达到内部比较阈值，且维持对应保护的延时时间后，温度保护触发。即充电温度保护后，充电MOS管关闭(CHG＝0V)，但放电MOS管打开
(DSG＝11V)；放电温度保护后，充电MOS管关断(CHG＝0V)，放电MOS管关断(DSG＝0V)。
以上的，所述充放电电流检测单元包括充电过流检测和放电过流检测；当电路的检流电阻的电压小于充电过流检测阈值时，维持充电过流检测延迟时间，主控芯片的CHG、DSG端口输出低电平以控制充电MOS管、放电MOS管关闭，进入充电过流保护状态；当主控芯片的RS端口检测到的检流电阻上的电压大于设定的过流保护阈值，且维持超过过流保护延迟时间，主控芯片的DSG端口输出低电平以控制MOS关闭，进入放电过流保护状态。
具体的，充放电电流检测单元内置充电过流检测和放电过流检测，其中，放电过流检测为三级过流检测，包括第一级过流、第二级过流和短路保护。充电过流检测的保护机制为：当主回路上检流电阻的电压＜充电过流检测阈值(如20mV)时，维持充电过流检测延迟时间(0.5S)，CHG、DSG端口输出低电平以关断充放电MOS管(CHG＝0V,DSG＝0V)，进入充电过流保护状态。放电过流的保护机制为通过RS端口检测主回路上检流电阻的压降，来判断是否进行相应的保护。以第一级过流保护为例，放电电流跟随外部负载变化，RS1,RS2端口检测到检流电阻上的电压＞第一级过流设置的保护阈值(第一级过流保护阈值为50mV，第二级过流保护阈值为100mV,短路保护阈值为200mV)，并维持超过第一级过流保护延迟时间(1S)，DSG端口输出低电平以关断放电MOS管，芯片进入过流保护状态。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种新能源汽车的移动储能充电设备，该充电设备可以移动，便于用户携带使用。通过设置控制电路，利用BMS电池保护板集成多个单元，实现对电池进行电压检测、自动均衡、温度检测、充放电过流等多个功能，实现对电池的多重保护。其具有结构简单、便于携带使用、功能丰富、实用性强等优点。
附图说明
图1为本发明提供的移动储能充电设备的电路原理框架示意图；
图2为本发明提供的移动储能充电设备的结构示意图；
图3为本发明提供的移动储能充电设备的BMS电池保护板的电路原理示意图；
图4为本发明提供的移动储能充电设备的BMS电池保护板的电路结构示意图；
图5为本发明提供的移动储能充电设备的BMS电池保护板的局部电路放大示意图；
图6为本发明提供的移动储能充电设备的BMS电池保护板的电池自动均衡模块的电压采样、均衡开启时序图。
附图标记说明
1外壳，2电池包，3控制电路；
101显示屏，102刷卡器，103交流充电枪头，104直流充电枪头；
301BMS电池保护板，302控制面板，303DC-DC转换模块，304DC-AC转换模块，305交流充电控制板，306直流充电控制板；
3011主控芯片，3012单体电池电压检测单元，3013电池自动均衡单元，3014电池温度检测单元，3015充放电电流检测单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1～6所示，本实施例提供了一种新能源汽车的移动储能充电设备，包括外壳1、设置于外壳1内的电池包2、以及控制电路3；所述控制电路3配置为与电池包2连接，用于获取电池包2的状态数据，进行控制调节；所述控制电路3包括BMS电池保护板301、控制面板302、DC-DC转换模块303、DC-AC转换模块304、交流充电控制板305以及直流充电控制板306；其中，所述BMS电池保护板301、DC-DC转换模块303、DC-AC转换模块304配置为与电池包2连接；BMS电池保护板301用于检测电池包2的状态，并进行控制调节；DC-DC转换模块303用于将电池包2输出的电压转换为多个电压值，输出至直流端口；DC-AC转换模块304用于将电池包2输出的直流电转换为交流电，并输出至交流端口；所述直流充电控制板306配置为与DC-DC转换模块303连接，交流充电控制板305配置为DC-AC转换模块304连接。
在本实施例中，所述外壳1上设置有显示屏101、刷卡器102、交流充电枪头103和直流充电枪头104；所述刷卡器102配置为读取卡片信息，并传输至控制电路3；所述交流充电枪头103、直流充电枪头104用于与新能源汽车连接，为其供电；所述控制面板302与显示屏101连接。
该移动储能充电设备，用于向新能源汽车供电。用户可通过交流充电枪头103或直流充电枪头104与新能源汽车形成连接，以实现供电。在所述移动储能充电设备中，其控制电路3用于实现对各模块的控制。通过设置BMS电池保护板301，以及在BMS电池保护板301内集成多个单元，实现电池包2的单体电池电压的检测，电池的自动均衡，电池温度的检测，充放电电流检测，控制充电放电的关断等多个功能，使电池安全充放电，提高移动储能充电设备的安全性能。DC-DC转换模块303可以将电池的直流电压转换输出具有不同的电压值，并通过多个端口输出，使电压的输出具有选择。而DC-AC转换模块304可以将电池的直流电压转换为交流电输出，使电池具备提供交流充电的功能，增强设备的实用性。
在本实施例中，所述DC-DC转换模块303包括DC芯片，通过DC芯片从电池包2获取电压，转换为其他电压值。DC-DC转换模块303的输出端口包括USB接口和TypeC接口。
在本实施例中，所述交流充电枪头103配置为由所述交流充电控制板305控制；直流充电枪头104配置为由直流充电控制板306控制。
在本实施例中，所述BMS电池保护板301包括主控芯片3011、单体电池电压检测单元3012、电池自动均衡单元3013、电池温度检测单元3014和充放电电流检测单元3015；所述主控芯片3011与各单元连接，其中，单体电池电压检测单元3012配置为检测电池包2各单体电池的电压值，调节单体电池充放电时的异常状态；电池自动均衡单元3013配置为获取各单体电池的电压值，进行均衡电压；电池温度检测单元3014配置为获取电池的温度数据，根据温度数据判断是否触发温度保护；充放电电流检测单元3015配置为获取电池充放电时电路上检流电阻的压降，以判断是否进行过流保护状态。
在本实施例中，所述主控芯片3011包括MCU芯片和型号为SH36705的芯片。
具体的，所述主控芯片3011采用型号为SH367305的芯片，主要用于实现采集电压、电流、温度信息转换成数字信号。相较于MCU芯片，MCU芯片可以通过TWI通讯读取以上信息。而型号为SH367305的芯片没有烧写上位机，因为没有EEPROM需要配置。SH367305主控芯片3011的硬件上保护的只有一个硬件过充电保护和短路保护，相关阈值由MCU芯片来配置。其它的过欠压、充放电过流和温度保护，都要靠MCU芯片采集到采样数据，由软件发指令去关充电MOS管、放电MOS管。
具体的，上述移动储能充电设备的工作模式具有两种，工作模式和PowerDown模式。其中，工作模式可以根据实际应用来配置各个功能模块的开启/关闭，从而降低功耗，目前可简单分为：工作模式1、工作模式2、工作模式3。其中，
工作模式1：开启LDO并打开所有的功能检测模块，VADC和DCAC开启连续检测。
工作模式2：为了减小静态系统功耗，可以通过关闭部分功能模块的方式来减小系统整体功耗，同时可以让主控(MCU)进入Power Dwon状态，此时只需要开启充放电MOS管、LDO(低压稳压器)输出、DCAC、硬件短路保护功能和充放电小电流检测模块。
系统处于工作模式2时，AFE如果检测到充放电小电流，可产生ALARM脉冲，从而唤醒主控(MCU)。
工作模式3：为了进一步减小静态系统功耗，可以通过关闭更多的功能模块，同时让主控(MCU)进入Power Down状态，此时，只需要开启LDO输出和硬件短路保护功能。
系统处于工作模式3时，主控(MCU)必须能够通过外部唤醒，然后重新使能前端功能模块来恢复系统工作。
PowerDown模式：MCU可通过设置寄存器，使AFE进入Power Down模式，只开启唤醒模块，关闭LDO输出及其他所有功能模块。可通过MCU芯片(检测到ON/OFF按键的高低电平变化)控制AFE进入工作模式和PowerDown模式
在本实施例中，所述单体电池电压检测单元3012设有多个检测端口(如图所示的B0-B7端口)，用于与电池包2的单体电池连接；当所述电池包2处于充电过充状态时(例如3.65V)，主控芯片3011通过CHG端口输出低电平，控制充电管关闭；当电池包2处于放电过放状态时(例如2.3V)，主控芯片3011通过DSG端口输出低电平，控制放电管关闭。
在本实施例中，所述电池自动均衡单元3013设有采样端口，并通过采样端口获取各单体电池的电压值；当任意一个单体电池电压大于均衡检测电压(例如3.525V)，余下的单体电池电压小于均衡检测电压，且超过均衡启动延迟时间时，主控芯片3011开启均衡通道。
在本实施例中，所述电池自动均衡采用奇偶通道分时均衡(其均衡功能不影响正常的电池电压采样)；当同时开启多路均衡通道，奇数通道先进入均衡状态，偶数通道在下一个周期进入均衡状态，此时电池电压采样与均衡互不影响。
在本实施例中，所述电池温度检测单元3014通过主控芯片3011的TS端口(如图所示，TS1、TS2端口)获取电压值；当电压值达到预先设定的内部比较阈值，且维持设定的延时时间后，触发温度保护。
在本实施例中，当所述电池处于充电温度保护后，主控芯片3011控制充电MOS管关闭，放电MOS管开启；当所述电池处于放电保护状态时，主控芯片3011控制充电MOS关闭，放电MOS管关闭。
具体的，NTC电阻(即热敏电阻)的阻值会随着温度的变化而变化。若TS端口检测到的电压达到内部比较阈值，且维持对应保护的延时时间后，温度保护触发。即充电温度保护后，充电MOS管关闭(CHG＝0V)，但放电MOS管打开(DSG＝11V)；放电温度保护后，充电MOS管关断(CHG＝0V)，放电MOS管关断(DSG＝0V)。
在本实施例中，所述充放电电流检测单元3015包括充电过流检测和放电过流检测；当电路的检流电阻的电压小于充电过流检测阈值时，维持充电过流检测延迟时间，主控芯片3011的CHG、DSG端口输出低电平以控制充电MOS管、放电MOS管关闭，进入充电过流保护状态；当主控芯片3011的RS端口(如图所示RS1、RS2端口)检测到的检流电阻上的电压大于设定的过流保护阈值，且维持超过过流保护延迟时间，主控芯片3011的DSG端口输出低电平以控制MOS关闭，进入放电过流保护状态。
具体的，充放电电流检测单元3015内置充电过流检测和放电过流检测，其中，放电过流检测为三级过流检测，包括第一级过流、第二级过流和短路保护。充电过流检测的保护机制为：当主回路上检流电阻的电压＜充电过流检测阈值(如20mV)时，维持充电过流检测延迟时间(0.5S)，CHG、DSG端口输出低电平以关断充放电MOS管(CHG＝0V,DSG＝0V)，进入充电过流保护状态。放电过流的保护机制为通过RS端口检测主回路上检流电阻的压降，来判断是否进行相应的保护。以第一级过流保护为例，放电电流跟随外部负载变化，RS1,RS2端口检测到检流电阻上的电压＞第一级过流设置的保护阈值(第一级过流保护阈值为50mV，第二级过流保护阈值为100mV,短路保护阈值为200mV)，并维持超过第一级过流保护延迟时间(1S)，DSG端口输出低电平以关断放电MOS管，芯片进入过流保护状态。
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可以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面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。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)

1.一种新能源汽车的移动储能充电设备，其特征在于，包括外壳(1)、设置于外壳内的电池包(2)、以及控制电路(3)；
所述控制电路(3)配置为与电池包(2)连接，用于获取电池包(2)的状态数据，进行控制调节；
所述控制电路(3)包括BMS电池保护板(301)、控制面板(302)、DC-DC转换模块(303)、DC-AC转换模块(304)、交流充电控制板(305)以及直流充电控制板(306)；其中，所述BMS电池保护板(301)、DC-DC转换模块(303)、DC-AC转换模块(304)配置为与电池包(2)连接；BMS电池保护板(301)用于检测电池包(2)的状态，并进行控制调节；DC-DC转换模块(303)用于将电池包(2)输出的电压转换为多个电压值，输出至直流端口；DC-AC转换模块(304)用于将电池包(2)输出的直流电转换为交流电，并输出至交流端口；所述直流充电控制板(306)配置为与DC-DC转换模块(303)连接，交流充电控制板(305)配置为DC-AC转换模块(304)连接。
2.根据权利要求1所述的移动储能充电设备，其特征在于，所述外壳(1)上设置有显示屏(101)、刷卡器(102)、交流充电枪头(103)和直流充电枪头(104)；所述刷卡器(102)配置为读取卡片信息，并传输至控制电路(3)；所述交流充电枪头(103)、直流充电枪头(104)用于与新能源汽车连接，为其供电。
3.根据权利要求2所述的移动储能充电设备，其特征在于，所述交流充电枪头(103)配置为由所述交流充电控制板(305)控制；直流充电枪头(104)配置为由直流充电控制板(306)控制。
4.根据权利要求1所述的移动储能充电设备，其特征在于，所述BMS电池保护板(301)包括主控芯片(3011)、单体电池电压检测单元(3012)、电池自动均衡单元(3013)、电池温度检测单元(3014)和充放电电流检测单元(3015)；所述主控芯片(3011)与各单元连接，其中，单体电池电压检测单元(3012)配置为检测电池包(2)各单体电池的电压值，调节单体电池充放电时的异常状态；电池自动均衡单元(3013)配置为获取各单体电池的电压值，进行均衡电压；电池温度检测单元配置为获取电池的温度数据，根据温度数据判断是否触发温度保护；充放电电流检测单元(3015)配置为获取电池充放电时电路上检流电阻的压降，以判断是否进行过流保护状态。
5.根据权利要求4所述的移动储能充电设备，其特征在于，所述主控芯片(3011)包括MCU芯片和型号为SH36705的芯片。
6.根据权利要求4所述的移动储能充电设备，其特征在于，所述单体电池电压检测单元(3012)设有多个检测端口，用于与电池包(2)的单体电池连接；当所述电池包处于充电过充状态时，所述主控芯片通过CHG端口控制充电管关闭，当电池包处于放电过放状态时，主控芯片通过DSG端口控制放电管关闭。
7.根据权利要求4所述的移动储能充电设备，其特征在于，所述电池自动均衡单元(3013)设有采样端口，并通过采样端口获取各单体电池的电压值；当任意一个单体电池电压大于均衡检测电压，余下的单体电池电压小于均衡检测电压，且超过均衡启动延迟时间时，主控芯片开启均衡通道。
8.根据权利要求4所述的移动储能充电设备，其特征在于，所述电池温度检测单元(3014)通过主控芯片的TS端口获取电压值；当电压值达到预先设定的内部比较阈值，且维持设定的延时时间后，触发温度保护。
9.根据权利要求8所述的移动储能充电设备，其特征在于，当所述电池处于充电温度保护后，主控芯片控制充电MOS管关闭，放电MOS管开启；当所述电池处于放电保护状态时，主控芯片控制充电MOS关闭，放电MOS管关闭。
10.根据权利要求4所述的移动储能充电设备，其特征在于，所述充放电电流检测单元(3015)包括充电过流检测和放电过流检测；当电路的检流电阻的电压小于充电过流检测阈值时，维持充电过流检测延迟时间，主控芯片的CHG、DSG端口输出低电平以控制充电MOS管、放电MOS管关闭，进入充电过流保护状态；当主控芯片的RS端口检测到的检流电阻上的电压大于设定的过流保护阈值，且维持超过过流保护延迟时间，主控芯片的DSG端口输出低电平以控制MOS关闭，进入放电过流保护状态。
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