CN117879119B - 储能电源扩容的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种储能电源扩容的控制系统及方法，涉及电池控制技术领域，本申请所提供的储能电源扩容的控制系统通过固定接口实现多个储能电源的扩容，在检测到对并联的多个储能电源进行充电或放电时，通过控制MOS管的导通与截止，利用MOS管的开关特性，避免储能电源之间出现互充现象，从而避免储能电源损坏。

Description

储能电源扩容的控制系统及方法

技术领域

本申请涉及电池控制技术领域，具体涉及一种储能电源扩容的控制系统及方法。

背景技术

随着锂电池技术的发展，锂电池的应用范围也越来越广泛。在一些户外的大型用电设备的使用中，为满足大型用电设备的功率需求，通常需要多个储能电源并联以达到扩容目的。

相关技术中将多个储能电源直接并联时，若多个储能电源之间的电压差较大，电压高的储能电源会给电压低的储能电源充电，从而导致储能电源之间出现互充现象，损坏储能电源。

发明内容

本申请提供一种储能电源扩容的控制系统及方法，通过固定接口实现多个储能电源的扩容，并能够利用MOS管的开关特性，避免储能电源之间出现互充现象，从而避免储能电源损坏。

第一方面，本申请提供了一种储能电源扩容的控制系统，所述储能电源扩容的控制系统包括整车单片机、充电器单片机以及至少两个储能电源，所述储能电源包括电池组以及两个MOS管组；其中，

所述整车单片机分别与所述至少两个储能电源连接，以实现所述储能电源的放电；

所述充电器单片机分别与所述至少两个储能电源连接，以实现所述储能电源的充电；

所述电池组经所述两个MOS管组分别与所述整车单片机以及所述充电器单片机连接，所述两个MOS管组为并联连接。

可选的，所述第一MOS管T1、所述第二MOS管T2、所述第三MOS管T3以及所述第四MOS管T4均为N沟道MOS管；其中，

所述第一MOS管T1的栅极与所述电池保护芯片连接，所述第一MOS管T1的漏极与所述电池组连接，所述第一MOS管T1的源极与所述第二MOS管T2的源极连接；

所述第二MOS管T2的栅极与所述驱动芯片连接，所述第二MOS管T2的漏极与所述第二接口连接；

所述第三MOS管T3的栅极与所述电池保护芯片连接，所述第三MOS管T3的源极与所述电池组连接，所述第三MOS管T3的漏极与所述第四MOS管T4的漏极连接；

所述第四MOS管T4的栅极与所述驱动芯片连接，所述第四MOS管T4的源极与所述第二接口连接。

可选的，所述储能电源扩容的控制系统还包括充电保险丝以及放电保险丝；其中，

所述充电保险丝分别与所述第四MOS管T4以及所述第二接口连接；

所述放电保险丝分别与所述第二MOS管T2以及所述第二接口连接。

可选的，所述储能电源扩容的控制系统还包括逆变器；其中，

所述逆变器分别与所述第二接口以及电池组连接。

可选的，所述储能电源扩容的控制系统还包括电流检测电阻；其中，

所述电流检测电阻分别与所述电池组以及所述微控制单元连接。

可选的，所述电池保护芯片的型号为KA49517。

可选的，所述驱动芯片的型号为JW7260。

第二方面，本申请提供了储能电源扩容的控制方法，所述方法包括：

当检测到所述第一接口与所述第二接口与充电器连接时，所述微控制单元通过所述电池保护芯片分别控制所述第一MOS管T1截止以及所述第三MOS管T3导通，所述微控制单元通过所述驱动芯片控制所述第二MOS管T2截止并控制所述第四MOS管T4的栅极电压；

当检测到所述第一接口与所述第二接口与负载连接时，所述微控制单元通过所述电池保护芯片分别控制所述第三MOS管T3截止以及所述第一MOS管T1导通，所述微控制单元通过所述驱动芯片控制所述第四MOS管T4截止并控制所述第二MOS管T2的栅极电压。

综上所述，本申请技术方案所带来的有益效果包括：

通过固定接口实现多个储能电源的扩容，在检测到对并联的多个储能电源进行充电或放电时，通过控制MOS管的导通与截止，利用MOS管的开关特性，避免储能电源之间出现互充现象，从而避免储能电源损坏。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种储能电源扩容的控制系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种储能电源扩容的控制系统的电路结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本申请实施例的描述中，“示性的”、“例如”或者“举例来说”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示性的”、“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示性的”、“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个系统是指两个或两个以上的系统，多个屏幕终端是指两个或两个以上的屏幕终端。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

首先对本申请中的应用场景作简要说明，本申请实施例的应用场景包括但不限于为户外的大型用电设备供电，也可以是用电设备的功率需求较高，需要通过并联多个储能电源以满足功率需求。

本申请实施例所提及的储能电源为锂电池，储能电源括多种锂离子电池，由于锂电池具有能量密度高、快速充放电等优点得到广泛应用。

多个储能电源直接并联时，由于不同的储能电源之间可能存在电压差，电流会从高电压电池向低电压电池流动，导致高电压电池向低电压电池充电，从而产生互充现象。互充现象会导致储能电源之间的电流分配不均，使得部分电池过充电而受到损坏。

针对上述问题，本申请提出了一种储能电源扩容的控制系统及方法，能够通过固定接口实现多个储能电源的扩容，在检测到对并联的多个储能电源进行充电或放电时，通过控制MOS管的导通与截止，利用MOS管的开关特性，避免储能电源之间出现互充现象，从而避免储能电源损坏。

请参见图1，为本申请实施例提供的一种储能电源扩容的控制系统的结构示意图，储能电源扩容的控制系统包括微控制单元、电池保护芯片、驱动芯片、电池组、第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3、第四MOS管T4、第一接口以及第二接口；其中，

微控制单元分别与电池组、电池保护芯片以及驱动芯片连接；

电池组分别与第一MOS管T1、第三MOS管T3、电池保护芯片以及第一接口连接；

电池保护芯片分别与第一MOS管T1以及第三MOS管T3连接；

驱动芯片分别与第二MOS管T2以及第四MOS管T4连接；

第二MOS管T2分别与第一MOS管T1以及第二接口连接，第四MOS管T4分别与第三MOS管T3以及第二接口连接。

微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）是一种集成了处理器核心、存储器、输入输出接口和时钟电路等功能的单片微型计算机。通过控制储能电源扩容的控制系统的各个部分以实现不同的功能。在本申请实施例中，通过采集系统中的电流、电压等信号，从而能够根据不同的连接情况切换相应的电路路径，以实现充电和供电的功能。

电池组是指锂电池单体或多个锂电池单体组成的电池组合体，本申请中的电池组为系统中的储能电源。

电池保护芯片是一种用于锂电池组的电路芯片，主要用于监测电池组的电压、电流等参数，并将这些参数发送微控制单元，微控制单元根据监测到的参数想电池保护芯片发送相应的指令，以使电池保护芯片根据指令输出相应的信号，以确保电池组的安全运行。

驱动芯片是一种电子器件，用于控制和驱动其他电子器件（如电机、显示器、LED等）的工作。驱动芯片通常包含逻辑控制电路和功率输出电路。逻辑控制电路负责接收和处理来自外部控制信号的输入，并根据输入信号的逻辑状态（如高电平、低电平、脉冲等）来控制输出电路的工作。逻辑控制电路可以根据不同的输入信号进行逻辑运算、计时和控制逻辑判断等操作，从而实现对输出电路的精确控制。功率输出电路负责将逻辑控制电路产生的信号转换为能够驱动外部器件工作所需的功率信号。它可以提供足够的电流和电压来驱动外部器件。在本申请实施例中，驱动芯片用于控制和驱动第二MOS管T2以及第四MOS管T4，从而变充电或放电过程中的反向电流。

MOS管，全称金属氧化物半导体场效应管（Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，MOSFET），是一种常用的半导体器件。它由金属-氧化物-半导体结构组成，主要用于放大、开关和调制等电路应用。在本申请实施例中，通过四个MOS管的协同工作，能够避免充电或放电过程中的互充现象。

第一接口以及第二接口是一种设计在储能电源的外壳上的接口，旨在实现多个储能电源的扩容和并联充电。它简化了用户对储能电源的扩容和充电操作，提供了更方便的使用体验。该端口的工作原理是通过内部的电路设计和控制逻辑，使得当多个储能电源插入并联端口后，它们之间可以自动进行并联连接。这意味着多个储能电源会形成一个整体，共享电荷和放电的负荷，从而增加总的容量和能量存储。此外，该端口还可以实现只需从一个电源充电就能对并联的多个电源进行充电。当一个储能电源通过充电接口进行充电时，充电电流和电荷会自动传递给其他并联的储能电源。

请参见图2，为本申请实施例提供的一种储能电源扩容的控制系统的电路结构图。

具体的，储能电源扩容的控制系统还包括第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3以及第四MOS管T4均为N沟道MOS管；其中，

第一MOS管T1的栅极与电池保护芯片连接，第一MOS管T1的漏极与电池组连接，第一MOS管T1的源极与第二MOS管T2的源极连接；

第二MOS管T2的栅极与驱动芯片连接，第二MOS管T2的漏极与第二接口连接；

第三MOS管T3的栅极与电池保护芯片连接，第三MOS管T3的源极与电池组连接，第三MOS管T3的漏极与第四MOS管T4的漏极连接；

第四MOS管T4的栅极与驱动芯片连接，第四MOS管T4的源极与第二接口连接。

电池组充电时的控制逻辑为：当微控制单元检测到第一接口或第二接口有充电器插入时，控制电池保护芯片对第一MOS管T1输出低电平，使得第一MOS管T1截止；并控制驱动芯片对第二MOS管T2输出低电平，使得第二MOS管T2截止，放电输出路径被断开，电池组不会向外部放电。输入电流经第三MOS管T3以及第四MOS管T4组成的充电输入路径为电池组充电，第三MOS管T3在充电时导通压降很低，可以减少发热。同时，通过驱动芯片控制第四MOS管T4，能够实现各个储能电源在充电时的参数平衡，确保其电压与电荷状态保持一致，从而避免多个储能电源之间的不均衡，同时第四MOS管T4还可以防止不同电池组之间的互充现象。

电池组放电时的控制逻辑为：当微控制单元检测到第一接口或第二接口有负载插入时，控制电池保护芯片对第三MOS管T3输出低电平，使得第三MOS管T3截止；并控制驱动芯片对第四MOS管T4输出低电平，使得第四MOS管T4截止，充电输入路径被断开，不会对电池组充电。微控制单元经过信息处理后，通过控制第一MOS管T1导通实现放电控制，通过由第一MOS管T1与第二MOS管T2组成的放电输出路径连接到负载，从而实现电池组的放电。通过驱动芯片实现对第二MOS管T2的控制，可以防止在放电时不同储能电源之间相互充电的现象。

在一种可选的实施方式中，储能电源扩容的控制系统还包括充电保险丝以及放电保险丝；其中，

充电保险丝分别与第四MOS管T4以及第二接口连接；

放电保险丝分别与第二MOS管T2以及第二接口连接。

储能电源中充电保险丝FULS的作用是保护电池组。当充电电流超出设计值时，充电保险丝FULS会熔断，阻止充电电流继续流入电池组，从而保护电池组免受过大的充电电流的损害。储能电源中放电保险丝FULS2的作用同样也是保护电池组。当放电电流超出设计值时，放电保险丝FULS2会熔断，阻止放电电流继续从电池组流出，从而保护电池组免受过大的放电电流的损害。储能电源中的充电保险丝FULS和放电保险丝FULS2起到保护电池组的关键作用。它们在电流超出设计值时会熔断，从而阻止过大的充电或放电电流流入或流出电池组，以保护电池组的安全性和稳定性。

在一种可选的实施方式中，储能电源扩容的控制系统还包括逆变器；其中，

逆变器分别与第二接口以及电池组连接。

在本申请实施例中，逆变器的主要作用是将储存电池组所提供的直流电能转换为交流电能，从而实现对外部设备或电网的供电。具体的，通过逆变器，储存电池组储存的电能可以被有效地输出。逆变器可以控制交流输出的电压和频率，使其符合特定的要求。这样可以确保外部设备能够正常工作，并与电网或其他设备实现兼容性。

在一种可实现的实施方式中，储能电源扩容的控制系统还包括电流检测电阻；其中，

电流检测电阻分别与电池组以及微控制单元连接。

在本申请实施例中，电流检测电阻为Sense电阻，通过将电流检测电阻设置在电池组的正极处，通过测量电池组的电流来监测电池组的工作状态。当电流通过电流检测电阻时，会产生一个与电流成正比的电压信号。微控制单元可以通过读取该电压信号来获取电池组的电流信息。

在一种可实现的实施方式中，电池保护芯片的型号为KA49517。

电池保护芯片KA49517是一款高度集成的电池保护芯片，具有高精度的电流和电压检测能力，可以实时监测和保护电池的工作状态。它可以准确地检测电池组的电流和电压，并在超过预设阈值时采取相应的保护措施，防止电池组受到过充、过放、过流等损害。同时，电池保护芯片KA49517采用低功耗设计，具有较低的自身功耗。电池保护芯片KA49517还具有可编程的保护参数，可以根据实际应用需求进行调整。通过编程，可以灵活设定各种保护阈值和保护延迟时间，以适应不同的电池组和应用场景。

为详细了解电池组中的各个锂电池单体的电流和电压等参数，示例性的将电池分为五组，分别为Battery1/2、Battery3/4、Battery5/6、Battery7/8以及Battery9/10，分别能够监测各个单体的参数，从而使得电池保护芯片能够根据电池组的状态采取相应的保护措施。

在一种可实现的实施方式中，驱动芯片的型号为JW7260。

驱动芯片JW7260作为一款正电压理想二极管控制器，能够通过驱动外部N沟道MOS管实现替代功率肖特基二极管的功能。它具有低功耗、散热和PCB面积的优势，以及快速关断时间、宽工作电压范围、高瞬态能力、无反向直流电流、峰值栅极关断电流和多种封装选择等特点。这使得驱动芯片JW7260适用于各种电源和应用场景。

在本申请的另一个实施例中，针对储能电源扩容的控制系统，给出了一种储能电源扩容的控制方法，具体方法如下：

当检测到第一接口与第二接口与充电器连接时，微控制单元通过电池保护芯片分别控制第一MOS管T1截止以及第三MOS管T3导通，微控制单元通过驱动芯片控制第二MOS管T2截止并控制第四MOS管T4的栅极电压；

当检测到第一接口与第二接口与负载连接时，微控制单元通过电池保护芯片分别控制第三MOS管T3截止以及第一MOS管T1导通，微控制单元通过驱动芯片控制第四MOS管T4截止并控制第二MOS管T2的栅极电压。

当第一接口与第二接口与充电器连接时，微控制单元通过电池保护芯片发出信号，使第一MOS管T1截止和第三MOS管T3导通。截止的MOS管阻止了电池向充电器的电流流动，从而防止电池过度充电受到损害。同时，导通的第三MOS管T3允许充电器向电池进行充电。

此外，微控制单元还通过驱动芯片控制第二MOS管T2截止并控制第四MOS管T4的栅极电压。这两个操作的作用是防止电池向充电器反向充电，确保了充电过程的安全性。

当第一接口与第二接口与负载连接时，微控制单元通过电池保护芯片发出信号，使第三MOS管T3截止和第一MOS管T1导通。这样，截止的第三MOS管T3阻止了电池向负载的电流流动，从而防止电池过度放电受到损害。同时，导通的第一MOS管T1允许负载从电池吸收电流。

同样地，微控制单元还通过驱动芯片控制第四MOS管T4截止并控制第二MOS管T2的栅极电压。这两个操作的作用是防止负载从电池反向吸收电能，确保了放电过程的安全性。

微控制单元检测到充电器连接后，通过电池保护芯片控制第一MOS管T1截止，从而断开电池组与电路的连接。这样可以防止电池组继续放电，而是将电路的供电来源切换到充电器。同时，微控制单元通过电池保护芯片控制第三MOS管T3导通，将充电器的电源连接到电路中，以供电路正常工作。第三MOS管T3的导通状态sence允许充电器的电能流入电路。

当检测到第一接口与第二接口与负载连接时，微控制单元通过电池保护芯片控制第三MOS管T3截止，切断负载与电路的连接。这样可以防止负载对电路造成干扰或电流回流。同时，微控制单元通过电池保护芯片控制第一MOS管T1导通，将电池组的电源连接到电路中，以供电路正常工作。第一MOS管T1的导通状态允许电池组的电能流入电路。

在充电器连接状态下，微控制单元通过驱动芯片控制第二MOS管T2截止。这样可以防止电池组的电能流向充电器，保持充电器与电池组之间的隔离。同时，微控制单元通过驱动芯片控制第四MOS管T4的栅极电压。栅极电压的控制可以调节第四MOS管T4的导通状态，从而控制充电器的电能流入电路的程度。

在本申请实施例中，通过固定接口实现多个储能电源的扩容，在检测到对并联的多个储能电源进行充电或放电时，通过控制MOS管的导通与截止，利用MOS管的开关特性，避免储能电源之间出现互充现象，从而避免储能电源损坏。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必需的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其他的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践真理的公开后，将容易想到本公开的其他实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种储能电源扩容的控制系统，其特征在于，所述储能电源扩容的控制系统包括微控制单元、电池保护芯片、驱动芯片、电池组、第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3、第四MOS管T4、第一接口、第二接口以及电流检测电阻；所述第一MOS管T1、所述第二MOS管T2、所述第三MOS管T3以及所述第四MOS管T4均为N沟道MOS管；其中，

所述微控制单元分别与所述电池组、所述电池保护芯片以及所述驱动芯片连接；

所述电池组分别与所述第一MOS管T1、所述第三MOS管T3、所述电池保护芯片以及所述第一接口连接；

所述电池保护芯片分别与所述第一MOS管T1以及所述第三MOS管T3连接；

所述驱动芯片分别与所述第二MOS管T2以及所述第四MOS管T4连接；

所述第二MOS管T2分别与所述第一MOS管T1以及所述第二接口连接，所述第四MOS管T4分别与所述第三MOS管T3以及所述第二接口连接；

所述电流检测电阻分别与所述电池组以及所述微控制单元连接；

所述第一MOS管T1的栅极与所述电池保护芯片连接，所述第一MOS管T1的漏极与所述电池组连接，所述第一MOS管T1的源极与所述第二MOS管T2的源极连接；

所述第二MOS管T2的栅极与所述驱动芯片连接，所述第二MOS管T2的漏极与所述第二接口连接；

所述第三MOS管T3的栅极与所述电池保护芯片连接，所述第三MOS管T3的源极与所述电池组连接，所述第三MOS管T3的漏极与所述第四MOS管T4的漏极连接；

所述第四MOS管T4的栅极与所述驱动芯片连接，所述第四MOS管T4的源极与所述第二接口连接。

2.根据权利要求1所述的储能电源扩容的控制系统，其特征在于，所述储能电源扩容的控制系统还包括充电保险丝以及放电保险丝；其中，

所述充电保险丝分别与所述第四MOS管T4以及所述第二接口连接；

所述放电保险丝分别与所述第二MOS管T2以及所述第二接口连接。

3.根据权利要求1所述的储能电源扩容的控制系统，其特征在于，所述储能电源扩容的控制系统还包括逆变器；其中，

所述逆变器分别与所述第二接口以及电池组连接。

4.根据权利要求2所述的储能电源扩容的控制系统，其特征在于，所述电池保护芯片的型号为KA49517。

5.根据权利要求1所述的储能电源扩容的控制系统，其特征在于，所述驱动芯片的型号为JW7260。

6.一种储能电源扩容的控制方法，应用于权利要求1-5中任一所述的储能电源扩容的控制系统，其特征在于，所述方法包括：

当检测到所述第一接口与所述第二接口与充电器连接时，所述微控制单元通过所述电池保护芯片分别控制所述第一MOS管T1截止以及所述第三MOS管T3导通，所述微控制单元通过所述驱动芯片控制所述第二MOS管T2截止并控制所述第四MOS管T4的栅极电压；

当检测到所述第一接口与所述第二接口与负载连接时，所述微控制单元通过所述电池保护芯片分别控制所述第三MOS管T3截止以及所述第一MOS管T1导通，所述微控制单元通过所述驱动芯片控制所述第四MOS管T4截止并控制所述第二MOS管T2的栅极电压。