CN118041090A - 一种储能热管理设备控制器用电源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储能热管理技术领域，公开了一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，包括液冷电源管理模块、充电保护模块和热管理控制模块，液冷电源管理模块包括电源第一集成模块和电源第二集成模块，电源第一集成模块用于将输入的三相交流电转换成高电压直流输出和低电压直流输出，电源第二集成模块用于远程监测电源第一集成模块的工作状态，并远程调节电源第一集成模块的输出电压；充电保护模块与电源第一集成模块的输出端连接。本发明能够实现大范围的电压输出，降低电源转换硬件成本，提升电源转换效率，缩小设备体积，并能够远程采集电源第一集成模块的工作状态及进行输出电压调节；还能够进行多种外场设备的数据采集、处理、监测，并具有OTA远程升级功能。

Description

一种储能热管理设备控制器用电源管理系统

技术领域

本发明涉及储能热管理技术领域，尤其涉及一种储能热管理设备控制器用电源管理系统。

背景技术

随着储能装备的发展，储能热管理（包括对储能装备的冷却和加热功能）的需求越来越多，由于传统商用冷却机组方案的成本较高和扩展性较差，采用车用平台产品可以显著降低成本并且可以更方便使用车用行业发展成熟的新技术。传统商用冷却机组一般直接使用交流作为高压器件电源，使用24V直流电源作为低压器件电源，而车用平台热管理机组使用高压直流作为高压器件电源，使用12V直流电源作为低压器件电源。随着储能热管理技术的发展，新增了ACDC（高压直流电压范围300V~1000V）和ACDC（低压直流12V）两个电源转换器件。

现有技术中的储能热管理设备有以下特点：

（1）电源方案对应的电流很高，相关产业规模不大，导致价格成本很高，且现有ACDC产品的输出高压电压范围很窄，难以根据实际需求在大范围内（300V~1000V）调整输出电压水平。

（2）电源方案通常采用多个ACDC或者ACDC+DCDC的组合方案，大幅提高了控制模块的整体体积。不同模块之间高电流连通导致线束成本大幅增加，且安装复杂度提高，同时也提高了后期检修的成本。

（3）电源方案普遍采用风冷或者自然冷却，一方面会导致外部空气进入流通，造成积灰问题和腐蚀问题，特别是储能应用场景广泛，经常部署在条件恶劣的地区，比如灰尘较多的沙地附近或者腐蚀严重的海边地区；另一方面为了加强冷却，电源转换模块外部会增加很多肋片，增加了尺寸、重量和外壳的成本。

（4）储能热管理方案普遍不具备远程联网和OTA远程升级的功能，导致出现储能热管理模块出现问题无法及时发现，排查问题和解决问题的成本也很高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，能够实现大范围的电压输出，降低电源转换硬件成本，提升电源转换效率，缩小设备体积，并能够远程采集电源第一集成模块的工作状态，远程进行输出电压调节；降低大电流对外部大电压执行器件的冲击，保护电子元器件，还能够进行多种外场设备的数据采集、处理、监测，并具有OTA远程升级功能。

本发明采用如下技术方案实现：一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，包括液冷电源管理模块、充电保护模块和热管理控制模块，所述的液冷电源管理模块包括电源第一集成模块和电源第二集成模块，所述的电源第一集成模块用于将输入的三相交流电转换成高电压直流输出和低电压直流输出，所述的电源第二集成模块用于远程监测电源第一集成模块的工作状态，并远程调节电源第一集成模块的输出电压；所述的充电保护模块与电源第一集成模块的输出端连接，其接收电源第一集成模块的高电压直流输出，再输出直流高压给外部执行器件，用于调节输出的高电压大电流，减小外部执行器件上电时的冲击电流，保护外部执行器件；所述的热管理控制模块也与外部采集器件及外部执行器件连接，用于采集外部采集器件的信息，并输出信号控制外部执行器件，热管理控制模块能够进行远程通信。

进一步地，所述电源第一集成模块包括电源第一处理器、电源第二处理器、高压输出模块和低压输出模块，所述的电源第一处理器为三相电源处理器，其接入端接入三相交流电，对三相交流电中设定频率以外的交流电进行处理，电源第一处理器的输出端与电源第二处理器的输入端连接，通过电源第二处理器改善三相交流电的负载，所述电源第二处理器的输出端分别与高压输出模块、低压输出模块的输入端连接，用于给高压外部执行器件供电，用于给低压外部执行器件供电。

进一步地，所述的电源第二集成模块包括三个电源控制器和一个辅助供电模块，其中的第一个电源控制器通过一个驱动电路对其控制信号进行放大，用于驱动控制电源第二处理器，第二个电源控制器通过一个驱动电路对其控制信号进行放大，用于驱动控制高压输出模块，第一个电源控制器与第二个电源控制器之间能够保持双向串行通信，第三个电源控制器通过一个驱动电路对其控制信号进行放大，用于驱动控制低压输出模块，所述的电源第二处理器、高压输出模块、低压输出模块与三个电源控制器之间还分别连接有采样电路，分别用于采集电源第二处理器、高压输出模块、低压输出模块的工作状态；三个电源控制器上还分别连接有保护电路和辅助供电模块，第二个电源控制器上还连接有CAN通讯模块，用于远程通讯。

进一步地，所述的充电保护模块包括主继电器JK2、预充继电器JK1、限流电阻、预充电容、预充高压输入接口、预充高压输出接口和预充低压控制接口，所述高压输出模块的直流输出端与预充高压输入接口连接，所述预充高压输入接口与预充高压输出接口之间通过正极线、负极线连接，所述的预充继电器JK1、限流电阻设置在充电保护模块的正极线上，所述的预充电容设置在充电保护模块的正极线与负极线之间，所述的主继电器JK2与预充继电器JK1、限流电阻并联设置，所述的预充继电器JK1、主继电器JK2分别通过导线与预充低压控制接口连接，第二个电源控制器通过驱动电路输出的高边驱动信号与预充低压控制接口连接；充电保护模块的预充高压输入接口接入高压输出模块输出的高压直流电压，通过预充低压控制接口控制与限流电阻串联的预充继电器JK1闭合，给预充电容充电，等待一段时间，再闭合主继电器JK2并断开预充继电器JK1，由于限流电阻的存在，使得电路中电流的大小被限制，避免了大电流对外部大电压执行器件的冲击，用于保护外部大电压执行器件。

进一步地，所述的热管理控制模块包括LDO电源模块、A/D滤波模块、IGN点火信号检测模块、PWM信号检测模块、Wifi模块、物联网模块、基准电源模块、LIN通讯模块、CAN通讯模块、RS通讯模块、HSD高边驱动模块、PWM驱动模块、LSD低边驱动模块、直流电机驱动模块、步进电机驱动模块和MCU主控单元，

所述LDO电源模块的输入端与低压输出模块的输出端连接，LDO电源模块用于将低压输出模块输出的低压直流电压进行滤波，然后输出大电流、较低精度的V电源为元器件供电；所述A/D滤波模块的输入端与外部的信号采集传感器连接，用于将外部信号采集传感器电压信号转换为数字信号，供MCU主控单元处理及使用；所述IGN点火信号检测模块的输入端与外部的点火器连接，用于检测输入的点火信号电压，该信号为MCU主控单元的唤醒信号，当检测到有电压信号时，MCU主控单元开始运行，当未检测到电压信号时，MCU主控单元进入休眠状态；所述PWM信号检测模块的输入端与外部器件连接，采集其PWM信号；所述的Wifi模块、物联网模块分别与MCU主控单元双向连接，用于实现MCU主控单元的远程联网，能够实现MCU主控单元的OTA远程升级及MCU主控单元的实时状态反馈至云端，利用大数据平台远程管理搭载多合一控制器的热管理机组；所述基准电源模块的输入端也与低压输出模块的输出端连接，用于将低压输出模块输出的低压直流电压转换成小电流、高精度的V电源，为电压精度要求高的元器件供电；所述的LIN通讯模块、CAN通讯模块、RS通讯模块、HSD高边驱动模块、PWM驱动模块、LSD低边驱动模块、直流电机驱动模块、步进电机驱动模块分别通过导线与MCU主控单元双向连接，其中LIN通讯模块用于MCU主控单元和外部LIN通讯器件之间的通讯，CAN通讯模块用于MCU主控单元和外部CAN通讯器件之间的通讯，RS通讯模块用于MCU主控单元和外部RS通讯器件之间的通讯；HSD高边驱动模块用于驱动较大电流的开关器件，LSD低边驱动模块用于驱动较小电流的开关器件；PWM驱动模块用于MCU主控单元和外部PWM通讯器件之间的通讯，直流电机驱动模块用于驱动直流电机，实现直流电机的连续可控运行，并能实现电机正反转，步进电机驱动模块用于驱动带步进电机的外部器件；MCU主控单元能够实现电源管理、网络管理、信号采集、部件驱动、联网服务及诊断服务，其还可内置热管理控制策略，并支持远程升降。

进一步地，本发明控制器壳体、电源模块降温结构、充电保护模块壳体和热管理控制模块壳体，所述的充电保护模块壳体、热管理控制模块壳体设置在控制器壳体的内部下侧，电源模块降温结构设置在控制器壳体的内部上侧，充电保护模块设置在充电保护模块壳体的内部，热管理控制模块设置在热管理控制模块壳体的内部；所述的电源模块降温结构包括下板、水冷板和上板，所述的下板设置在水冷板的底端，所述的下板内设置有高压输出模块，所述的上板设置在水冷板的顶端，其内设置有电源第二处理器和低压输出模块，所述的水冷板上设置有液冷进水口和液冷出水口。

进一步地，所述的电源第二处理器包括三相三线制拓扑，每一相包括一个电感、一个整流桥、一个开关管、两个二极管和两个滤波电容，所述电感的一端与电源第一处理器连接，另一端与整流桥的交流输入端连接，两个滤波电容串联后设置在整流桥的两个直流输出端之间，两个二极管分别与整流桥的直流输出端连接，开关管并联设置在整流桥的两个直流输出端之间。

进一步地，所述的高压输出模块包括高压原边整流部分、高频变压器T139和两个高压副边整流部分，高压原边整流部分与两个高压副边整流部分之间各通过一个高频变压器T139连接，所述的高压原边整流部分包括两个输入分压电容、一个输入滤波电容、两个续流二极管、四个主功率开关管、两个飞跨电容、两个飞跨二极管和一个谐振电感L13，每个所述的高压副边整流部分包括一个输出整流桥、输出滤波电容和一个继电器，输出整流桥由四个输出整流二极管两两连接，两个高压副边整流部分之间通过继电器SW1连接。

进一步地，所述的低压输出模块包括低压原边整流部分、高频变压器T143和低压副边整流部分，所述的低压原边整流部分与低压副边整流部分之间通过两个高频变压器T143连接，所述的低压原边整流部分包括两个输入分压电容、四个主功率开关管、四个飞跨二极管、两个飞跨电容和两个谐振电感L14，所述的低压副边整流部分包括两个整流场效应晶体管和一个滤波电容。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明的一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，电源第一集成模块中的高压输出模块能够输出直流电压范围不小于350~1000V的稳定直流高压，用于给高压外部执行器件供电，低压输出模块能够输出直流电压范围不小于10~14V的低压，用于给低压外部执行器件供电，从而实现大范围电压的输出水平。其中的电源第二集成模块能够远程分别采集电源第二处理器、高压输出模块、低压输出模块的工作状态，远程进行输出电压调节。

2.本发明的一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，通过设置充电保护模块，将预充高压输入接口接入高压输出模块输出的高压直流电压，需要高压上电，通过预充低压控制接口控制与限流电阻串联的预充继电器JK1闭合，给预充电容充电，由于限流电阻的存在，使得电路中电流的大小被限制，避免了大电流对外部大电压执行器件的冲击，能够保护电机控制器、电源输出设备和主继电器等电子元器件。

3.本发明的一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，其中的热管理控制模块利用LDO电源模块给MCU主控单元提供运行电源，基准电源模块给MCU主控单元提供基准参考电源，MCU主控单元接收A/D滤波模块、IGN点火信号检测模块和PWM信号检测模块提供的信号并解析，通过LIN通讯、CAN通讯、RS485通讯和PWM通讯建立主控芯片与外部器件的通讯，实现MCU主控单元对外部器件的控制以及接收外部器件的反馈信息；MCU主控单元还通过HSD高边驱动、LSD低边驱动、直流电机驱动、步进电机驱动实现对外部器件的直接驱动，能够进行多种外场设备的数据采集、处理、监测，并具有OTA远程升级功能。

4.本发明的一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，电源第二处理器的硬件拓扑在相同电平数下，与传统变换器相比，开关器件数量大幅度下降，因而开关损耗小，成本低，效率高；电路中的三电平电路谐波含量低，减小了处理器体积；开关管承受电压为母线电压一半，可使用600V等级硅管，降低了成本；无桥臂直通问题及无需设置死区时间，确保了可靠性。高压输出模块的硬件电路设计通过控制继电器SW1-SW3，能够分输出350~500VDC、500~1000VDC电压，电路效率高，成本低。低压输出模块硬件拓扑中的原边开关管可在全负载范围实现ZVS；副边整流二极管应力仅为输出电压；输出端不需要差模电感滤波，体积可以更小。

附图说明

图1是本发明的储能热管理设备多合一控制器组件中液冷电源管理模块的电路连接框图；

图2是本发明中充电保护模块的电路连接图；

图3是本发明中热管理控制模块的连接框图；

图4是本发明中电源模块降温结构的结构示意图；

图5是本发明中电源第一集成模块的硬件电路拓扑图；

图6是本发明中电源第二处理器的硬件电路拓扑图；

图7是本发明中高压输出模块的硬件电路拓扑图；

图8是本发明中低压输出模块的硬件电路拓扑图；

图9是本发明的储能热管理设备多合一控制器组件的结构示意图。

图中：液冷电源管理模块1、充电保护模块2、热管理控制模块3、电源模块降温结构4、电源第一集成模块10、电源第二集成模块20、电源第一处理器11、电源第二处理器12、高压输出模块13、低压输出模块14、驱动电路15、采样电路16、保护电路17、辅助供电模块18、CAN通讯模块19、电源控制器110、限流电阻23、预充电容24、预充高压输入接口25、预充高压输出接口26、预充低压控制接口27、LDO电源模块31、A/D滤波模块32、IGN点火信号检测模块33、PWM信号检测模块34、Wifi模块35、物联网模块36、基准电源模块37、LIN通讯模块38、CAN通讯模块39、RS485通讯模块310、HSD高边驱动模块311、PWM驱动模块312、LSD低边驱动模块313、直流电机驱动模块314、步进电机驱动315模块、MCU主控单元316、控制器壳体40、下板41、水冷板42、上板43、液冷进水口44、液冷出水口45、充电保护模块壳体47、热管理控制模块壳体48、电感121、整流桥122、开关管123、二极管124、滤波电容125、高压原边整流部分131、高频变压器T139、高压副边整流部分132、分压电容133、输入滤波电容134、续流二极管135、主功率开关管136、飞跨电容137、飞跨二极管138、谐振电感L13、输出整流桥1310、输出滤波电容1311、低压原边整流部分141、高频变压器T143、低压副边整流部分142、输入分压电容144、主功率开关管145、飞跨二极管146、飞跨电容147和两个谐振电感L14、整流场效应晶体管148、滤波电容149。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种储能热管理设备控制器用电源管理系统。

实施例

本实施例提供一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，包括液冷电源管理模块1、充电保护模块2和热管理控制模块3，

参照图1所示，其中的液冷电源管理模块1包括电源第一集成模块10和电源第二集成模块20，电源第一集成模块10用于将输入的三相交流电转换成高电压直流输出和低电压直流输出，电源第二集成模块20用于远程监测电源第一集成模块10的工作状态，并远程调节电源第一集成模块10的输出电压。

充电保护模块2与电源第一集成模块10的输出端连接，其接收电源第一集成模块10的高电压直流输出，再输出直流高压给外部执行器件，用于调节输出的高电压大电流，减小外部执行器件上电时的冲击电流，保护外部执行器件。

热管理控制模块3也与外部采集器件及外部执行器件连接，用于采集外部采集器件的信息，并输出信号控制外部执行器件，热管理控制模块3能够进行远程通信。

参照图1所示，电源第一集成模块10还具体包括电源第一处理器11、电源第二处理器12、高压输出模块13和低压输出模块14，电源第一处理器11为三相电源电磁干扰处理器，其接入端接入三相交流电，对三相交流电中设定频率以外的交流电进行处理，电源第一处理器11的输出端与电源第二处理器12的输入端连接，通过电源第二处理器12改善三相交流电的负载，电源第二处理器12的输出端分别与高压输出模块13、低压输出模块14的输入端连接，高压输出模块13输出的直流电压范围不小于350~1000V，用于给高压外部执行器件供电，低压输出模块14输出的直流电压范围不小于10~14V，用于给低压外部执行器件供电。

参照图1所示，电源第二集成模块20包括三个电源控制器110和一个辅助供电模块18，其中的第一个电源控制器110通过一个驱动电路15对其控制信号进行放大，用于驱动控制电源第二处理器12，第二个电源控制器110通过一个驱动电路15对其控制信号进行放大，用于驱动控制高压输出模块13，第一个电源控制器110与第二个电源控制器110之间能够保持双向串行通信，第三个电源控制器110通过一个驱动电路15对其控制信号进行放大，用于驱动控制低压输出模块14，具体地，本实施例中的三个电源控制器110均使用现有技术中TI公司F2800系列芯片，电源第二处理器12、高压输出模块13、低压输出模块14与三个电源控制器110之间还分别连接有采样电路16，分别用于采集电源第二处理器12、高压输出模块13、低压输出模块14的工作状态；三个电源控制器110上还分别连接有保护电路17和辅助供电模块18，保护电路17用于对输入过欠压、缺相保护、浪涌防护、整机过温保护，输出过压、过流、短路保护，保障整流模块的可靠性，辅助供电模块18至少能够提供12V、5V、3.3V直流电，第二个电源控制器110上还连接有CAN通讯模块19，用于远程通讯，其抗干扰强，可以远程监测模块的工作状态，并可以通过通讯进行输出电压调节。

参照图2所示，其中的充电保护模块2包括主继电器JK2、预充继电器JK1、限流电阻23、预充电容24、预充高压输入接口25、预充高压输出接口26和预充低压控制接口27，高压输出模块13的直流输出端与预充高压输入接口25连接，预充高压输入接口25与预充高压输出接口26之间通过正极线、负极线连接，预充继电器JK1、限流电阻23设置在充电保护模块2的正极线上，预充电容24设置在充电保护模块2的正极线与负极线之间，主继电器JK2与预充继电器JK1、限流电阻23并联设置，预充继电器JK1、主继电器JK2分别通过导线与预充低压控制接口27连接，第二个电源控制器110通过驱动电路15输出的高边驱动信号与预充低压控制接口27连接。

在储能设备中的压缩机、PTC等外场设备中带有电机，电机系统中通常带有容量较大的电容，电容一般为500uF~2000uF，如果电机上电之前电容处于零值状态，即电容内没有能量，那么在电机系统的电路闭合瞬间，相当于直接短路，电流非常之大，大电流如不加以限制将对电源输出设备、继电器等电子元器件造成巨大冲击而损伤。通过设置充电保护模块2，将充电保护模块2的预充高压输入接口25接入高压输出模块13输出的高压直流电压，需要高压上电时，通过预充低压控制接口27控制与限流电阻23串联的预充继电器JK1闭合，给预充电容24充电，由于限流电阻23的存在，使得电路中电流的大小被限制，避免了大电流对外部大电压执行器件的冲击，用于保护外部大电压执行器件。等待一段时间，可以为5s~10s，再闭合主继电器JK2并断开预充继电器JK1，使得压缩机、PTC等外场设备的供电更加平稳，从而减小上电时的冲击电流，保护电机控制器、电源输出设备和主继电器等电子元器件。

参照图3所示，其中的热管理控制模块3包括LDO电源模块31、A/D滤波模块32、IGN点火信号检测模块33、PWM信号检测模块34、Wifi模块35、物联网模块36、基准电源模块37、LIN通讯模块38、CAN通讯模块39、RS485通讯模块310、HSD高边驱动模块311、PWM驱动模块312、LSD低边驱动模块313、直流电机驱动模块314、步进电机驱动315模块和MCU主控单元316，

LDO电源模块31的输入端与低压输出模块14的输出端连接，LDO电源模块31用于将低压输出模块14输出的12v电源进行滤波，然后输出大电流、较低精度的5V电源为MCU主控单元316等元器件供电；

A/D滤波模块32的输入端与外部的信号采集传感器连接，用于将外部信号采集传感器电压信号转换为数字信号，供MCU主控单元316处理及使用；

IGN点火信号检测模块33的输入端与外部的点火器连接，用于检测输入的点火信号电压，该信号为MCU主控单元316的唤醒信号，其通常为9~15v电压，当检测到有电压信号时，MCU主控单元316开始运行，当未检测到电压信号时，MCU主控单元316进入休眠状态；

PWM信号检测模块34的输入端与外部器件连接，采集其PWM信号的占空比或者频率，常见的PWM信号输出外部器件包括风扇水泵和湿度传感器等。

Wifi模块35、物联网模块36分别与MCU主控单元316双向连接，用于实现MCU主控单元316的远程联网，能够实现MCU主控单元316的OTA远程升级及MCU主控单元316的实时状态反馈至云端，利用大数据平台远程管理搭载多合一控制器的热管理机组。针对热管理控制模块3，结合储能热管理机组应用场景，如果机组属于固定式大型储能电站，热管理控制模块通过Wifi功能模块实现联网，进行数据监测和OTA远程升级；如果机组属于便携性储能设备，难以获取稳定的Wifi连接，热管理控制模块通过物联网卡实现联网；如果机组难以获取稳定的Wifi连接，同时机组数量又比较多，全部物联网卡方案比较昂贵，可以选择其中一台机组使用物联网卡进行联网，并发送Wifi给其它机组联网。

基准电源模块37的输入端也与低压输出模块14的输出端连接，用于将低压输出模块14输出的12V电压转换成小电流、高精度的5V电源，为电压精度要求高的元器件供电，用以主控芯片和A/D采样等对电压精度要求高的场景；

LIN通讯模块38、CAN通讯模块39、RS485通讯模块310、HSD高边驱动模块311、PWM驱动模块312、LSD低边驱动模块313、直流电机驱动模块314、步进电机驱动315模块分别通过导线与MCU主控单元316双向连接，

其中LIN通讯模块38用于MCU主控单元316和外部LIN通讯器件之间的通讯，主要的LIN通讯器件包括风门电机、电磁阀、水泵、风扇等；

CAN通讯模块39用于MCU主控单元316和外部CAN通讯器件之间的通讯，主要的CAN通讯器件包括压缩机、PTC等；

RS485通讯模块310用于MCU主控单元316和外部RS485通讯器件之间的通讯，主要的RS485通讯器件包括BMS控制器、PLC控制器等；

HSD高边驱动模块311用于驱动较大电流的12v开关器件，如继电器、大功率开关阀件等，LSD低边驱动模块313用于驱动较小电流的12v开关器件，如电磁阀、三通阀等；

PWM驱动模块312用于MCU主控单元316和外部PWM通讯器件之间的通讯，

直流电机驱动模块314用于驱动直流电机，实现直流电机的连续可控运行，并能实现电机正反转，常用的直流电机器件有空调箱风门电机和可调多通阀件等，

步进电机驱动315模块用于驱动带步进电机的外部器件，如电子膨胀阀和可调开度多通阀等。

MCU主控单元316能够实现电源管理、网络管理、信号采集、部件驱动、联网服务及诊断服务，其还可内置热管理控制策略，并支持远程升降；本实施例中的MCU主控单元316选用恩智浦半导体的S32K3系列主控芯片，其拥有很高的运算性能，充足的内存，丰富的接口和更完善的OTA功能。MCU主控单元316由LDO电源模块31和基准电源模块37提供5V电源，其中LDO电源模块31给MCU主控单元316提供运行电源，基准电源模块37给MCU主控单元316提供基准参考电源，接收A/D滤波模块32、IGN点火信号检测模块33和PWM信号检测模块34提供的信号并解析，通过LIN通讯、CAN通讯、RS485通讯和PWM通讯建立主控芯片与外部器件的通讯，实现MCU主控单元316对外部器件的控制以及接收外部器件的反馈信息；MCU主控单元316通过HSD高边驱动、LSD低边驱动、直流电机驱动、步进电机驱动实现对外部器件的直接驱动。

参照图4、图9所示，本实例提供的一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，其还包括控制器壳体40、电源模块降温结构4、充电保护模块壳体47和热管理控制模块壳体48，充电保护模块壳体47、热管理控制模块壳体48设置在控制器壳体40的内部下侧，电源模块降温结构4设置在控制器壳体40的内部上侧，充电保护模块2设置在充电保护模块壳体47的内部，热管理控制模块3设置在热管理控制模块壳体48的内部；控制器壳体40的表面还设置有1个AC交流输入接口、2个热管理控制接口、1个高压直流输出接口和1个低压直流输出接口，电源模块降温结构4包括下板41、水冷板42和上板43，下板41设置在水冷板42的底端，下板41内设置有高压输出模块13，上板43设置在水冷板42的顶端，其内设置有电源第二处理器12和低压输出模块14，水冷板42上设置有液冷进水口44和液冷出水口45，冷却水通过液冷进水口44进入，从液冷出水口45流出，对电源第二处理器12、高压输出模块13、低压输出模块14进行液冷。

参照图5、电源第一集成模块10的具体硬件电路分两级实现，前级由电源第二处理器12改善三相交流电的负载，后级分两路输出，其中一路由高压输出模块13输出直流电压范围不小于350~1000V电源，用于给高压外部执行器件供电，另一路由低压输出模块14输出直流电压范围不小于10~14V电源，用于给低压外部执行器件供电。

参照图6所示，电源第二处理器12的硬件电路采用三相三线制拓扑，每一相包括一个电感121、一个整流桥122、一个开关管123、两个二极管124和两个滤波电容125，电感121的一端与电源第一处理器11连接，另一端与整流桥122的交流输入端连接，两个滤波电容125串联后设置在整流桥122的两个直流输出端之间，两个二极管124分别与整流桥122的直流输出端连接，开关管123并联设置在整流桥122的两个直流输出端之间。

每个滤波电容125承受的电压均为输出电压的一半，整流桥122将三相交流电整流为直流电，开关管123导通时，各相电压向电感121提供能量，电感121电流上升；开关管123关断时，对应桥臂上的二极管导通，电感与各相电压串联同时给负载供能，各相电感121电流线性减小；通过控制三相开关管123实现控制电流的目的。

本实施例中电源第二处理器12的硬件拓扑的优点有：

1）在相同电平数下，开关器件由12个减小为3个，因而开关损耗小，效率高；

2）三电平电路谐波含量低，减小了处理器体积；

3）开关管承受电压为母线电压一半，可使用600V等级硅管，降低了成本；

4）无桥臂直通问题及无需设置死区时间，确保了可靠性。

参照图7所示，高压输出模块13的硬件电路具体包括高压原边整流部分131、高频变压器T139和两个高压副边整流部分132，

高压原边整流部分131与两个高压副边整流部分132之间各通过一个高频变压器T139连接，

高压原边整流部分131包括两个输入分压电容133、一个输入滤波电容134、两个续流二极管135、四个主功率开关管136、两个飞跨电容137、两个飞跨二极管138和一个谐振电感L13，

高压副边整流部分132采用全桥整流，每个高压副边整流部分132包括一个输出整流桥1310、输出滤波电容1311和一个继电器，输出整流桥1310由四个输出整流二极管两两连接，

两个高压副边整流部分132之间通过继电器SW1连接。

通过控制继电器SW1断开，SW2、SW3闭合，将输出两路并联输出，此时输出电压在350~500VDC；通过控制继电器SW1闭合，SW2、SW3断开，此时输出电压在500~1000VDC，高压副边整流部分132通过三个继电器SW1-SW3的切换，可以实现输出电压的串并联，能够输出350~1000VDC的宽范围输出电压，以此来兼顾系统效率及成本。

参照图8所示，低压输出模块14的硬件电路具体包括低压原边整流部分141、高频变压器T143和低压副边整流部分142，

低压原边整流部分141与低压副边整流部分142之间通过两个高频变压器T143连接，

低压原边整流部分141包括两个输入分压电容144、四个主功率开关管145、四个飞跨二极管146、两个飞跨电容147和两个谐振电感L14，

低压副边整流部分142包括两个整流场效应晶体管148和一个滤波电容149。

低压副边整流部分142采用全波整流，采用mos管设计，采用同步整流方式，能够降低整流管导通损耗，提高效率，最大可输出电流250A。

低压输出模块14的硬件拓扑设计，具有以下优点：

1）适合高电压输入场合；

2）原边开关管可在全负载范围实现ZVS；

3）副边整流二极管应力仅为输出电压；

4）输出端不需要差模电感滤波，体积可以更小。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种储能热管理设备控制器用电源管理系统，其特征在于：包括液冷电源管理模块（1）、充电保护模块（2）和热管理控制模块（3），所述的液冷电源管理模块（1）包括电源第一集成模块（10）和电源第二集成模块（20），所述的电源第一集成模块（10）用于将输入的三相交流电转换成高电压直流输出和低电压直流输出，所述的电源第二集成模块（20）用于远程监测电源第一集成模块（10）的工作状态，并远程调节电源第一集成模块（10）的输出电压；所述的充电保护模块（2）与电源第一集成模块（10）的输出端连接，其接收电源第一集成模块（10）的高电压直流输出，再输出直流高压给外部执行器件，用于调节输出的高电压大电流，减小外部执行器件上电时的冲击电流，保护外部执行器件；所述的热管理控制模块（3）也与外部采集器件及外部执行器件连接，用于采集外部采集器件的信息，并输出信号控制外部执行器件，热管理控制模块（3）能够进行远程通信。

2.根据权利要求1所述的储能热管理设备多合一控制器组件，其特征在于：所述电源第一集成模块（10）包括电源第一处理器（11）、电源第二处理器（12）、高压输出模块（13）和低压输出模块（14），

所述的电源第一处理器（11）为三相电源处理器，其接入端接入三相交流电，对三相交流电中设定频率以外的交流电进行处理，

电源第一处理器（11）的输出端与电源第二处理器（12）的输入端连接，通过电源第二处理器（12）改善三相交流电的负载，

所述电源第二处理器（12）的输出端分别与高压输出模块（13）、低压输出模块（14）的输入端连接，所述高压输出模块（13）输出的直流电压范围不小于350~1000V，用于给高压外部执行器件供电，低压输出模块（14）输出的直流电压范围不小于10~14V，用于给低压外部执行器件供电。

3.根据权利要求2所述的储能热管理设备多合一控制器组件，其特征在于：所述的电源第二集成模块（20）包括三个电源控制器（110）和一个辅助供电模块（18），其中的第一个电源控制器（110）通过一个驱动电路（15）对其控制信号进行放大，用于驱动控制电源第二处理器（12），第二个电源控制器（110）通过一个驱动电路（15）对其控制信号进行放大，用于驱动控制高压输出模块（13），第一个电源控制器（110）与第二个电源控制器（110）之间能够保持双向串行通信，

第三个电源控制器（110）通过一个驱动电路（15）对其控制信号进行放大，用于驱动控制低压输出模块（14）；

所述的电源第二处理器（12）、高压输出模块（13）、低压输出模块（14）与三个电源控制器（110）之间还分别连接有采样电路（16），分别用于采集电源第二处理器（12）、高压输出模块（13）、低压输出模块（14）的工作状态；

三个电源控制器（110）上还分别连接有保护电路（17）和辅助供电模块（18），所述的辅助供电模块（18）至少能够提供12V、5V、3.3V直流电，

第二个电源控制器（110）上还连接有CAN通讯模块（19），用于远程通讯。

4.根据权利要求2或3所述的储能热管理设备多合一控制器组件，其特征在于：所述的充电保护模块（2）包括主继电器JK2、预充继电器JK1、限流电阻（23）、预充电容（24）、预充高压输入接口（25）、预充高压输出接口（26）和预充低压控制接口（27），

所述高压输出模块（13）的直流输出端与预充高压输入接口（25）连接，

所述预充高压输入接口（25）与预充高压输出接口（26）之间通过正极线、负极线连接，

所述的预充继电器JK1、限流电阻（23）设置在充电保护模块（2）的正极线上，所述的预充电容（24）设置在充电保护模块（2）的正极线与负极线之间，

所述的主继电器JK2与预充继电器JK1、限流电阻（23）并联设置，

所述的预充继电器JK1、主继电器JK2分别通过导线与预充低压控制接口（27）连接，第二个电源控制器（110）通过驱动电路（15）输出的高边驱动信号与预充低压控制接口（27）连接；

充电保护模块（2）的预充高压输入接口（25）接入高压输出模块（13）输出的高压直流电压，通过预充低压控制接口（27）控制与限流电阻（23）串联的预充继电器JK1闭合，给预充电容（24）充电，等待一段时间，再闭合主继电器JK2并断开预充继电器JK1，由于限流电阻（23）的存在，使得电路中电流的大小被限制，避免了大电流对外部大电压执行器件的冲击，用于保护外部大电压执行器件。

5.根据权利要求2或3所述的储能热管理设备多合一控制器组件，其特征在于：所述的热管理控制模块（3）包括LDO电源模块（31）、A/D滤波模块（32）、IGN点火信号检测模块（33）、PWM信号检测模块（34）、Wifi模块（35）、物联网模块（36）、基准电源模块（37）、LIN通讯模块（38）、CAN通讯模块（39）、RS485通讯模块（310）、HSD高边驱动模块（311）、PWM驱动模块（312）、LSD低边驱动模块（313）、直流电机驱动模块（314）、步进电机驱动（315）模块和MCU主控单元（316），

所述LDO电源模块（31）的输入端与低压输出模块（14）的输出端连接，LDO电源模块（31）用于将低压输出模块（14）输出的低压直流电压进行滤波，然后输出大电流、较低精度的5V电源为元器件供电；

所述A/D滤波模块（32）的输入端与外部的信号采集传感器连接，用于将外部信号采集传感器电压信号转换为数字信号，供MCU主控单元（316）处理及使用；

所述IGN点火信号检测模块（33）的输入端与外部的点火器连接，用于检测输入的点火信号电压，该信号为MCU主控单元（316）的唤醒信号，当检测到有电压信号时，MCU主控单元（316）开始运行，当未检测到电压信号时，MCU主控单元（316）进入休眠状态；

所述PWM信号检测模块（34）的输入端与外部器件连接，采集其PWM信号；

所述的Wifi模块（35）、物联网模块（36）分别与MCU主控单元（316）双向连接，用于实现MCU主控单元（316）的远程联网，能够实现MCU主控单元（316）的OTA远程升级及MCU主控单元（316）的实时状态反馈至云端，利用大数据平台远程管理搭载多合一控制器的热管理机组；

所述基准电源模块（37）的输入端也与低压输出模块（14）的输出端连接，用于将低压输出模块（14）输出的低压直流电压转换成小电流、高精度的5V电源，为电压精度要求高的元器件供电；

所述的LIN通讯模块（38）、CAN通讯模块（39）、RS485通讯模块（310）、HSD高边驱动模块（311）、PWM驱动模块（312）、LSD低边驱动模块（313）、直流电机驱动模块（314）、步进电机驱动（315）模块分别通过导线与MCU主控单元（316）双向连接，

其中LIN通讯模块（38）用于MCU主控单元（316）和外部LIN通讯器件之间的通讯，

CAN通讯模块（39）用于MCU主控单元（316）和外部CAN通讯器件之间的通讯，

RS485通讯模块（310）用于MCU主控单元（316）和外部RS485通讯器件之间的通讯；

HSD高边驱动模块（311）用于驱动较大电流的开关器件，LSD低边驱动模块（313）用于驱动较小电流的开关器件；

PWM驱动模块（312）用于MCU主控单元（316）和外部PWM通讯器件之间的通讯，

直流电机驱动模块（314）用于驱动直流电机，实现直流电机的连续可控运行，并能实现电机正反转，

步进电机驱动（315）模块用于驱动带步进电机的外部器件；

MCU主控单元（316）能够实现电源管理、网络管理、信号采集、部件驱动、联网服务及诊断服务，其还可内置热管理控制策略，并支持远程升降。

6.根据权利要求2或3所述的储能热管理设备多合一控制器组件，其特征在于：其还包括控制器壳体（40）、电源模块降温结构（4）、充电保护模块壳体（47）和热管理控制模块壳体（48），所述的充电保护模块壳体（47）、热管理控制模块壳体（48）设置在控制器壳体（40）的内部下侧，电源模块降温结构（4）设置在控制器壳体（40）的内部上侧，充电保护模块（2）设置在充电保护模块壳体（47）的内部，热管理控制模块（3）设置在热管理控制模块壳体（48）的内部；

所述的电源模块降温结构（4）包括下板（41）、水冷板（42）和上板（43），

所述的下板（41）设置在水冷板（42）的底端，所述的下板（41）内设置有高压输出模块（13），

所述的上板（43）设置在水冷板（42）的顶端，其内设置有电源第二处理器（12）和低压输出模块（14），

所述的水冷板（42）上设置有液冷进水口（44）和液冷出水口（45）。

7.根据权利要求1所述的储能热管理设备多合一控制器组件，其特征在于：所述的电源第二处理器（12）包括三相三线制拓扑，每一相包括一个电感（121）、一个整流桥（122）、一个开关管（123）、两个二极管（124）和两个滤波电容（125），所述电感（121）的一端与电源第一处理器（11）连接，另一端与整流桥（122）的交流输入端连接，两个滤波电容（125）串联后设置在整流桥（122）的两个直流输出端之间，两个二极管（124）分别与整流桥（122）的直流输出端连接，开关管（123）并联设置在整流桥（122）的两个直流输出端之间。

8.根据权利要求7所述的储能热管理设备多合一控制器组件，其特征在于：所述的高压输出模块（13）包括高压原边整流部分（131）、高频变压器T（139）和两个高压副边整流部分（132），

高压原边整流部分（131）与两个高压副边整流部分（132）之间各通过一个高频变压器T（139）连接，

所述的高压原边整流部分（131）包括两个输入分压电容（133）、一个输入滤波电容（134）、两个续流二极管（135）、四个主功率开关管（136）、两个飞跨电容（137）、两个飞跨二极管（138）和一个谐振电感L13，

每个所述的高压副边整流部分（132）包括一个输出整流桥（1310）、输出滤波电容（1311）和一个继电器，输出整流桥（1310）由四个输出整流二极管两两连接，

两个高压副边整流部分（132）之间通过继电器SW1连接。

9.根据权利要求8所述的储能热管理设备多合一控制器组件，其特征在于：所述的低压输出模块（14）包括低压原边整流部分（141）、高频变压器T143和低压副边整流部分（142），

所述的低压原边整流部分（141）与低压副边整流部分（142）之间通过两个高频变压器T143连接，

所述的低压原边整流部分（141）包括两个输入分压电容（144）、四个主功率开关管（145）、四个飞跨二极管（146）、两个飞跨电容（147）和两个谐振电感L14，

所述的低压副边整流部分（142）包括两个整流场效应晶体管（148）和一个滤波电容（149）。