CN210517826U - 一种可输出不同电压的组合式电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可输出不同电压的组合式电源系统，包括：电源开关电路，包括开关（1‑11），开关（1‑11）用于控制各个基础电源模块的正极、负极之通断；对外输出电源接口分别分为组合式电源系统的电源正极和电源负极，电源正极分别与开关（4、6、8、10）其中一个串联后与各个基础电源模块的正极导电连接；电源负极分别与开关（5、7、9、11）其中一个串联后与各个基础电源模块的正极导电连接；每两个相邻基础电源模块的正负极之间、上一基础电源模块的负极与开关（1、2、3）其中一个串联后接入下一基础电源模块的正极；主控处理器；基础电源模块；主控处理器开关控制口，用于将开关（1‑11）的控制端与主控处理器的信号端通讯连接。

Description

一种可输出不同电压的组合式电源系统

技术领域

本实用新型涉及调节中小电池组输出电压技术，特别是涉及一种可输出不同电压的组合式电源系统。

背景技术

常用的中小容量电池组只能固定输出一个电压值。而不同的直流供电设备对供电电压的要求可能存在区别，在传统应用中，需若干个完全独立的电池组。例如电动车的电池和充电宝的电池，在传统设计中是相互独立的，互不能替换。本设计提出了一种新的构思——根据设备实际的供电电压通过软件指令配置电池组的供电输出。例如原本电动车电池组的输出电压是直流48V，我们可以通过下发软件指令，将输出电压下降至直流5V，用于给手机等直流5V供电的设备使用。在必要时，再通过软件设置指令恢复直流48V输出。

在公开号为CN106786926A的中国发明专利申请中公开了一种电池单元总电压可调的充放电系统，其能够实现电池组不同电压的输出，但是经过申请实测，其缺点在于：最小供电电压不能小于电池组最小供电单元的电压；最大供电电压不能大于所有小电池组的串联电压；在使用场效应管作为开关元件时，最高输出电压受限于场效应管的极间电压。

参见图1，其为公开号为CN106786926A的中国发明专利申请的原理图，其中BAT代表电池单元，S代表开关。其BAT1、BAT2的串联和BAT3、BAT4的串联进行并联无法实现正确的电压输出。BAT1和BAT2串联，打开S1、S11，关闭S6 即可。BAT3和BAT4串联，打开S3、S13，关闭S8即可。但是若想实现BAT1、 BAT2的串联和BAT3、BAT4的串联进行并联，则无法实施。因为若想实现并联， S2肯定为关闭状态，那么S12无论是否关闭，由于S13已经打开，导致BAT1和BAT2的串联负极无法正常回到总负极，所以并联不可能实现，整个电池模组，在不使用的情况下，资源就会被限制浪费，与其闲置，不如分散成多个子电源为其他小功率电子设备使用，尤其是在军事项目中，单兵装备的电源和特装车辆中的切换使用。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可输出不同电压的组合式电源系统，其能够输出基础电源模块的最小电压至所有基础电源模块电压之和的电压值。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种可输出不同电压的组合式电源系统，包括：

电源开关电路，包括开关1、开关2、开关3、开关4、开关5、开关6、开关7、开关8、开关9、开关10、开关11，开关1、开关2、开关3、开关4、开关5、开关6、开关7、开关8、开关9、开关10、开关11用于控制各个基础电源模块的正极、负极之通断；对外输出电源接口分别分为组合式电源系统的电源正极和电源负极，电源正极分别与开关4、开关6、开关8、开关10其中一个串联后与各个基础电源模块的正极导电连接；电源负极分别与开关5、开关7、开关9、开关11其中一个串联后与各个基础电源模块的正极导电连接；每两个相邻基础电源模块的正负极之间、上一基础电源模块的负极与开关1、开关2、开关3其中一个串联后接入下一基础电源模块的正极；

主控处理器，用于控制各个开关的开闭，且对各个基础电源模块进行电压监控；主控处理器内置有MCU，通过MCU实现控制指令的收发、解析，及参数计算；

基础电源模块，为独立的电池或直流电源；

主控处理器开关控制口，用于将开关1、开关2、开关3、开关4、开关5、开关6、开关7、开关8、开关9、开关10、开关11的控制端与主控处理器的信号端通讯连接，从而使得主控处理器可控制各个开关的开闭。

优选地，基础电源模块为输出电压为5V的电池，简称为5V基础模块。

优选地，还包括总线芯片，其用于控制主控处理器与外部设备的通讯；主控处理器通过总线与外部设备通讯，而总线芯片可将外部设备的指令转送给主控处理器。

优选地，基础电源模块与总线芯片之间通过隔离电源供电。

优选地，各5V基础模块上还安装有多个发光二极管，发光二极管通过指示灯电路控制其是否发光，指示灯电路的控制端与主控处理器的信号端通讯连接；通过发光二极管点亮个数显示各自的剩余电量，电量的发光二极管越多，代表电量越充足。

优选地，每个基础电源模块有4个发光二极管，电量越充足，发光二极管点亮的个数越多，最多点亮4个，此时表明电量最为充足。

优选地，当电量显示不足时，可可取出各个基础电源模块进行单独充电，或将总线电压先经指令设置为基础电源模块的充电电压后，进行统一进行充电。

优选地，各基础电源模块充电由各自单独进行控制，各自独立实现电池的充电自保护。

优选地，在各基础电源模块内内置充放电电路、过充保护电路，通过充放电路实现充放电，通过过充保护电路实现过充自动断电以防止过充。

优选地，主控处理器采用低功耗的模式，由总线的数据或内部时钟对其唤醒，定时采样各基础电源模块的电量，当电量不足以满足当前输出要求时，可通过声或者光的形式提示电量不足。声音提示的方式可以在各基础电源模块内内置喇叭或嗡鸣器，电量不足时，通过MCU启动喇叭或嗡鸣器发声进行提示。光提示的方式为通过发光二极管电量数量或闪烁进行提示，其控制可由MUC向指示灯电路下发控制指令，指示灯电路控制各发光二极管的点亮与否实现。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型解决了中小容量电池组输出电压灵活性不足的问题。理想情况下，能够根据应用场景配置电压输出，具有高度的灵活性。各基础电源模块的随机组合，不仅可以用于高电压大容量的场合，也可以用于低电压小容量的场合。在中小容量电池设备不经常使用时或存在特殊需要时，5V的基础电源模块可单独拆下作为普通充电宝使用，大大提升了电池的利用率。当基础电源模块由于使用次数过多导致能量密度不足，可作为最普通的小容量充电宝使用。合理配置和利用资源。

2、如果某个基础电源模块发生故障，可对其进行单独的拆卸更换。每个基础电源模块具备单独的充电管理电路(过充保护电路、充放电电路)，实现互相完全独立的充电管理，5V基础电池模块内部的充电管理就是防止过充或者过放的，增加电池的使用寿命。

3、每个基础电源模块具备单独的充电指示灯，可单独指示每个基础电源模块的充电状态。通过CAN总线发送通讯指令方式实现电压输出的调节，可在短时间内完成电源输出电压的切换，无需进行其它任何操作。

4、通过改变电池串并联的方式，实现电压输出的调节。基础电源模块的电压输出调节组合，不仅可以用于高电压大容量的场合，也可以用于低电压小容量的场合。当基础电源模块容量不能满足应用场景时，可单独作为小容量充电宝使用，大大提高资源利用率，尤其是在军事项目中，单兵装备的电源和特装车辆中的切换使用，具备较好的通用性，反应灵敏且可泛用。

附图说明

图1是现有技术的电路图。

图2是本发明的电路原理框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参见图2，一种可输出不同电压的组合式电源系统，包括：

主控处理器，用于控制各个开关的开闭，且对各个基础电源模块进行电压监控；主控处理器内置有MCU，通过MCU实现控制指令的收发、解析，及参数计算。本实施例中，选用现有的电源管理芯片作为主控处理器，如HIP6301、IS6537、 RT9237等；主控处理器由其中一个基础电源模块供电；

基础电源模块，为独立的电池，本实施例选择输出电压为5V的电池作为基础电源模块，本实施例中基础电源模块为5V基础模块1-4；

主控处理器开关控制口，用于将各开关(1至11)的控制端与主控处理器的信号端通讯连接，从而使得主控处理器可以控制各个开关的开闭；

总线芯片，用于控制主控处理器与外部设备的通讯，本实施例中，主控处理器通过CAN总线与外部设备(电脑、手机、外部单片机等)通讯，而总线芯片可以将外部设备的指令转送给主控处理器；基础电源模块与总线芯片之间通过隔离电源供电；由于MCU用的是内部5V基础模块的电，加上总线芯片与主控处理器隔离的原因，可增加主控处理器的抗干扰能力。

电源开关电路，用于控制各个基础电源模块的正极、负极之通断，对外输出电源接口分别分为组合式电源系统的电源正极和电源负极，电源正极分别与开关4、开关6、开关10其中一个串联后与各个基础电源模块的正极导电连接；电源负极分别与开关5、开关7、开关9、一开关11其中一个串联后与各个基础电源模块的正极导电连接；每两个相邻基础电源模块的正负极之间，上一基础电源模块的负极与开关1、开关2、开关3其中一个串联后接入下一基础电源模块的正极。

在默认情况下，对外输出接口电压为5V，此时主控处理器控制开关1、开关2、开关3其关闭，控制开关4、开关5、开关6、开关7、开关8、开关9、开关10、一开关11打开，从而实现四路5V基础模块的并联输出。

当需要进行电源切换时，使用电脑或设备通过总线芯片发送指令给主控处理器，主控处理器需关闭所有的开关。

当接收指令设置为电源5V时，各节点开关和默认情况下一致。控制开关1、开关2、开关3关闭，控制开关4、开关5、开关6、开关7、开关8、开关9、开关10、一开关11开关打开，实现最大4路5V基础模块的并联输出。

当接收指令为设置为电源10V时，控制开关2、开关5、开关6、开关9、开关10关闭，打开开关1、开关3、开关4、开关7、开关8、一开关11。实现 5V基础模块1和5V基础模块2的串联，5V基础模块3和5V基础模块4的串联；

5V基础模块1和5V基础模块2组成的模块和5V基础模块3和5V基础模块 4组成的模块实现2路并联。

当接收指令设置为电源15V时，控制开关1、开关2、开关4、开关9打开，控制开关3、开关5、开关6、开关7、开关8、开关10、一开关11关闭，实现 5V基础模块1、5V基础模块2、5V基础模块3的串联即可。根据上述原理，可根据各5V基础模块电量实现基础电源模块1、基础电源模块2、基础电源模块3 与基础电源模块2、基础电源模块3、基础电源模块4的切换，保证各分组模块电量相对均匀。

当接收指令设置为电源20V时，控制开关1、开关2、开关3、开关4、开关11打开，开关5、开关6、开关7、开关8、开关9、开关10关闭。实现5V 基础模块1、5V基础模块2、5V基础模块3、5V基础模块4的串联，达到最高电压20V的输出。

各5V基础模块，通过发光二极管点亮个数显示各自的剩余电量。每个基础电源模块有4个发光二极管，电量越充足，发光二极管点亮的个数越多。最多点亮4个，此时表明电量最为充足。当电量显示不足时，可一并取出单独对各模块进行充电，也可将总线电压先经指令设置为5V后，使用大功率5V电源进行统一进行充电。各基础电源模块充电由各自单独进行控制，各自独立实现电池的充电自保护，可以在各基础电源模块内置充放电电路、过充保护电路，通过充放电路实现充放电，通过过充保护电路实现过充自动断电以防止过充。

主控处理器采用低功耗的模式，由总线的数据或内部时钟对其唤醒，可定时采样各基础电源模块的电量，当电量不足以满足当前输出要求时，可通过声或者光的形式提示电量不足。一般情况下主控处理器功耗极低，故可采用5V基础模块中的某一路进行供电。

整个电池模组，在不使用的情况下，资源就会被限制浪费，不如分散成多个子电源为其他小功率电子设备使用，尤其是在军事项目中，单兵装备的电源和特装车辆中的切换使用，具备较好的通用性，反应灵敏且可泛用。

本实用新型未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可输出不同电压的组合式电源系统，其特征在于，包括：

电源开关电路，包括开关1、开关2、开关3、开关4、开关5、开关6、开关7、开关8、开关9、开关10、开关11，开关1、开关2、开关3、开关4、开关5、开关6、开关7、开关8、开关9、开关10、开关11用于控制各个基础电源模块的正极、负极之通断；对外输出电源接口分别分为组合式电源系统的电源正极和电源负极，电源正极分别与开关4、开关6、开关8、开关10其中一个串联后与各个基础电源模块的正极导电连接；电源负极分别与开关5、开关7、开关9、开关11其中一个串联后与各个基础电源模块的正极导电连接；每两个相邻基础电源模块的正负极之间、上一基础电源模块的负极与开关1、开关2、开关3其中一个串联后接入下一基础电源模块的正极；

主控处理器，用于控制各个开关的开闭，且对各个基础电源模块进行电压监控；主控处理器内置有MCU，通过MCU实现控制指令的收发、解析，及参数计算；

基础电源模块，为独立的电池或直流电源；

主控处理器开关控制口，用于将开关1、开关2、开关3、开关4、开关5、开关6、开关7、开关8、开关9、开关10、开关11的控制端与主控处理器的信号端通讯连接，从而使得主控处理器可控制各个开关的开闭。

2.如权利要求1所述的组合式电源系统，其特征在于，基础电源模块为输出电压为5V的电池。

3.如权利要求2所述的组合式电源系统，其特征在于，还包括总线芯片，其用于控制主控处理器与外部设备的通讯；主控处理器通过总线与外部设备通讯，而总线芯片可将外部设备的指令转送给主控处理器。

4.如权利要求3所述的组合式电源系统，其特征在于，基础电源模块与总线芯片之间通过隔离电源供电。

5.如权利要求3所述的组合式电源系统，其特征在于，各基础电源模块上还安装有多个发光二极管，发光二极管通过指示灯电路控制其是否发光，指示灯电路的控制端与主控处理器的信号端通讯连接；通过发光二极管点亮个数显示各自的剩余电量，电量的发光二极管越多，代表电量越充足。

6.如权利要求5所述的组合式电源系统，其特征在于，每个基础电源模块有4个发光二极管，电量越充足，发光二极管点亮的个数越多；最多点亮4个，此时表明电量最为充足。

7.如权利要求5所述的组合式电源系统，其特征在于，当电量显示不足时，可可取出各个基础电源模块进行单独充电，或将总线电压先经指令设置为基础电源模块的充电电压后，进行统一进行充电。

8.如权利要求5所述的组合式电源系统，其特征在于，各基础电源模块充电由各自单独进行控制，各自独立实现电池的充电自保护。

9.如权利要求8所述的组合式电源系统，其特征在于，在各基础电源模块内内置充放电电路、过充保护电路，通过充放电路实现充放电，通过过充保护电路实现过充自动断电以防止过充。

10.如权利要求4所述的组合式电源系统，其特征在于，主控处理器采用低功耗的模式，由总线的数据或内部时钟对其唤醒，定时采样各基础电源模块的电量，当电量不足以满足当前输出要求时，可通过声或者光的形式提示电量不足。

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