CN210957854U - 电池储能系统的通讯保护电路及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电池储能系统的通讯保护电路及系统，包括电池模组、电池检测控制模组和隔离通讯模组。本实用新型通过在电池模组和电池检测控制模组之间设置隔离通讯模组，隔离通讯模组包括设置于第二控制芯片与第一控制芯片的通讯回路上的通讯开关模块，且第一控制芯片与通讯开关模块的使能端连接，从而控制通讯开关模块实现第一控制芯片和第二控制芯片之间的隔离通讯功能，而且通讯开关模块能保护电池包在放电/充电过程中，由于电压、电流、温度的原因需要关断通讯开关模块时，隔离由于地线回路的切断，造成第一控制芯片和第二控制芯片之间由于地回路的不一致导致在通讯回路上产生的高压，从而保护第一控制芯片和第二控制芯片。

Description

电池储能系统的通讯保护电路及系统

技术领域

本实用新型实施例涉及电池保护电路技术领域，尤其是一种电池储能系统的通讯保护电路及系统。

背景技术

传统的便携式储能系统通常采用3串-15串的锂电池包，通常锂电池的检测控制回路由针对电池的MCU芯片来控制，锂电池的MCU通常采用I2C的通讯方式，如图1所示，储能系统的电池充放电保护采用控制电池包正端的方式，主控制MCU与电池包的MCU通讯采用I2C非隔离的方式，但是由于是控制电池包正端的方式，充放电MOS管的驱动能力不足，限制了电池包的输出电流能力。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种稳定的、可靠的、低成本的电池储能系统的通讯保护电路及系统。

为解决上述技术问题，本实用新型创造的实施例采用的一个技术方案是：提供一种电池储能系统的通讯保护电路，包括：

电池模组，所述电池模组包括多个串联的电池包以及所述电池包的第一控制芯片，所述电池模组的正极端连接至所述第一控制芯片，所述电池模组的负极端连接至充放电控制模块，所述第一控制芯片与所述充放电控制模块通讯连接；

电池检测控制模组，所述电池检测控制模组包括检测模块以及所述检测模块的第二控制芯片，所述第二控制芯片与所述第一控制芯片通讯连接，所述检测模块与所述电池模组的正极端连接，所述电池模组的负极端还通过所述充放电控制模块连接至所述检测模块；

隔离通讯模组，所述隔离通讯模组包括设置于所述第二控制芯片与所述第一控制芯片的通讯回路上的通讯开关模块，所述第一控制芯片与所述通讯开关模块的使能端连接。

可选地，所述通讯开关模块包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管，所述第一场效应管和第二场效应管连接至所述第一控制芯片与所述第二控制芯片之间的时钟线路上，所述第三场效应管和第四场效应管连接至所述第一控制芯片与所述第二控制芯片之间的双向数据线路上。

可选地，所述第一控制芯片包括第一信号输出端和第二信号输出端，所述第一信号输出端连接至所述第一场效应管和第三场效应管的使能端，所述第二信号输出端连接至所述第二场效应管和第四场效应管的使能端。

可选地，所述充放电控制模块包括放电场效应管和充电场效应管，所述放电场效应管的源极通过第一电阻连接至所述电池模组的负极端，所述放电场效应管的漏极连接至所述充电场效应管的漏极，所述充电场效应管的源极连接至电池检测控制模组，所述放电场效应管和所述充电场效应管的栅极分别连接至所述第一信号输出端和所述第二信号输出端。

可选地，所述电池模组还包括第一线性稳压电源，所述第一线性稳压电源一端通过第二电阻连接至所述电池模组的正极端，所述第一线性稳压电源另一端连接至所述第一控制芯片。

可选地，所述电池检测控制模组还包括第二线性稳压电源，所述第二线性稳压电源一端连接至检测模块，所述第二线性稳压电源另一端连接至第二控制芯片。

可选地，检测模块包括第一充电检测模块和第二充电检测模块，所述第一充电检测模块和第二充电检测模块的正向端均连接至所述电池模组的正极端，所述第一充电检测模块和第二充电检测模块的负向端均连接至所述电池模组的负极端，所述第一充电检测模块和第二充电检测模块的使能端均连接至所述第二芯片的信号输出端。

可选地，所述第一充电检测模块为DC充电器模块。

可选地，所述第二充电检测模块包括DC/AC逆变器模块和DC-USB模块。

为解决上述技术问题，还提供一种电池储能系统的通讯保护系统，所述通讯保护系统包括如上述的电池储能系统的通讯保护电路。

本实用新型实施例的有益效果为：通过在电池模组和电池检测控制模组之间设置隔离通讯模组，隔离通讯模组包括设置于第二控制芯片与第一控制芯片的通讯回路上的通讯开关模块，且第一控制芯片与通讯开关模块的使能端连接，从而控制通讯开关模块实现第一控制芯片和第二控制芯片之间的隔离通讯功能，而且通讯开关模块能保护电池包在放电/充电过程中，由于电压、电流、温度的原因需要关断通讯开关模块时，隔离由于地线回路的切断，造成第一控制芯片和第二控制芯片之间由于地回路的不一致导致在通讯回路上产生的高压，从而保护第一控制芯片和第二控制芯片。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电池检测的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例电池储能系统的通讯保护系统的模块示意图；

图3为本实用新型一个实施例电池储能系统的通讯保护系统的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例电池储能系统的通讯保护系统的部分结构放大示意图。

其中，1、电池模组；2、电池检测控制模组；3、隔离通讯模组；R1、第一电阻；R2、第二电阻；第一控制芯片U1、第二控制芯片U2；V1+、第一连接点；V1-、第二连接点；V2+、第三连接点；V2-、第四连接点；Q1、第一场效应管；Q2、第二场效应管；Q3、第三场效应管；Q4、第四场效应管；Q5、放电场效应管；Q6、充电场效应管；SCL、时钟线路；SDA、双向数据线路；S1、第一路信号；S2、第二路信号；S3、第三路信号；S4、第四路信号；LDO1、第一线性稳压电源；LDO2、第二线性稳压电源。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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。

在本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

具体请参阅图2至图4，图2为本实施例电池储能系统的通讯保护系统的模块示意图。

如图2所示，一种电池储能系统的通讯保护系统，包括电池模组1、电池检测控制模组2和隔离通讯模组3；

所述电池模组1包括多个串联的电池包以及所述电池包的第一控制芯片U1，所述电池模组1的正极端连接至所述第一控制芯片U1，所述电池模组1的负极端连接至充放电控制模块，所述第一控制芯片U1与所述充放电控制模块通讯连接；

所述电池检测控制模组2包括检测模块以及所述检测模块的第二控制芯片U2，所述第二控制芯片U2与所述第一控制芯片U1通讯连接，所述检测模块与所述电池模组1的正极端连接，所述电池模组1的负极端还通过所述充放电控制模块连接至所述检测模块；

所述隔离通讯模组3包括设置于所述第二控制芯片U2与所述第一控制芯片U1的通讯回路上的通讯开关模块，所述第一控制芯片U1与所述通讯开关模块的使能端连接。

电池模组1由多个电池包串联组成，每个电池包均包括第一控制芯片U1，为便于理解，本实施例中只示出了一个第一控制芯片U1，在实施时，电池模组1的正极端连接至第一连接点V1+，电池模组1的正极端还连接至第一控制芯片U1，电池模组1的负极端通过充放电控制模块连接至第二连接点V1-，第一控制芯片U1与充放电控制模块通讯连接，从而可以控制充放电控制模块的工作状态。电池检测控制模组2包括检测模块，且检测模块设置有第二控制芯片U2，在实施时，第二控制芯片U2是电池检测控制模组的主控芯片，用于针对第一控制芯片U1来控制，第二控制芯片U2和第一控制芯片U1采用I2C的通讯方式，其中，检测模块包括第三连接点V2+和第四连接点V2-，其中，第一连接点V1+和第三连接点V2+对应连接，第二连接点V1-和第四连接点V2-对应连接，第二控制芯片U2均与第三连接点V2+和第四连接点V2-连接。通讯开关模块设置于第二控制芯片U2与第一控制芯片U1的通讯回路上，且第一控制芯片U1与通讯开关模块的使能端连接，第一控制芯片U1能输出控制信号至通讯开关模块以控制通讯开关模块的工作状态实现第一控制芯片U1和第二控制芯片U2的隔离通讯。

本实施例通过在电池模组1和电池检测控制模组2之间设置隔离通讯模组3，隔离通讯模组3包括设置于第二控制芯片U2与第一控制芯片U1的通讯回路上的通讯开关模块，且第一控制芯片U1与通讯开关模块的使能端连接，从而控制通讯开关模块实现第一控制芯片U1和第二控制芯片U2之间的隔离通讯功能，而且通讯开关模块能保护电池包在放电/充电过程中，由于电压、电流、温度的原因需要关断通讯开关模块时，隔离由于地线回路的切断，造成第一控制芯片U1和第二控制芯片U2之间由于地回路的不一致导致在通讯回路上产生的高压，从而保护第一控制芯片U1和第二控制芯片U2。

在一些可选实施例中，所述通讯开关模块包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3和第四场效应管Q4，所述第一场效应管Q1和第二场效应管Q2连接至所述第一控制芯片U1与所述第二控制芯片U2之间的时钟线路上，所述第三场效应管Q3和第四场效应管Q4连接至所述第一控制芯片U1与所述第二控制芯片U2之间的双向数据线路上。

在实施时，时钟线路SCL在I2C总线上传送数据，首先送最高位，由主机发出启动信号，双向数据线路SDA在SCL高电平期间由高电平跳变为低电平，然后由主机发送一个字节的数据。数据传送完毕，由主机发出停止信号，SDA在SCL高电平期间由低电平跳变为高电平。第一场效应管Q1的源极连接至第一控制芯片U1，第一场效应管Q1的漏极连接至第二场效应管Q2的漏极，第二场效应管Q2的源极连接至第二控制芯片U2，第三场效应管Q3的源极连接至第一控制芯片U1，第三场效应管Q3的漏极连接至第四场效应管Q4的漏极，第四场效应管Q4的源极连接至第二控制芯片U2。

在一些可选实施例中，所述第一控制芯片U1包括第一信号输出端和第二信号输出端，所述第一信号输出端连接至所述第一场效应管Q1和第三场效应管Q3的使能端，所述第二信号输出端连接至所述第二场效应管Q2和第四场效应管Q4的使能端。所述充放电控制模块包括放电场效应管Q5和充电场效应管Q6，所述放电场效应管Q5的源极通过第一电阻R1连接至所述电池模组1的负极端，所述放电场效应管Q5的漏极连接至所述充电场效应管Q6的漏极，所述充电场效应管Q6的源极连接至电池检测控制模组2，所述放电场效应管Q5和所述充电场效应管Q6的栅极分别连接至所述第一信号输出端和所述第二信号输出端。

在实施时，第一信号输出端输出两路信号，包括第一路信号S1和第二路信号S2，第二信号输出的输出两路信号，包括第三路信号S3和第四路信号S4，其中，第一路信号S1和第三路信号S3分别输出信号至放电场效应管Q5和充电场效应管Q6，用于控制放电场效应管Q5和充电场效应管Q6的导通和断开；第二路信号S2同时控制I2C通讯回路中第一场效应管Q1和第三场效应管Q3的导通与断开，第四路信号S4同时控制I2C通讯回路中第二场效应管Q2和第四场效应管Q4的导通与断开。

在电池包需要关断放电场效应管Q5时，第一控制芯片U1先停止第二路信号S2的信号，使I2C通讯回路上的第一场效应管Q1和第三场效应管Q3断开，然后延时100ms后停止输出第一路信号S1信号，使放电场效应管Q5断开，起到保护MCU(第一控制芯片U1和第二控制芯片U2)之间通讯的目的。

在电池包恢复输出放电场效应管Q5时，需要先开启第一路信号S1信号，然后再开启第二路信号S2信号。

在电池包需要关断充电场效应管Q6时，第一控制芯片U1先停止第四路信号S4信号，使I2C通讯回路上的第二场效应管Q2和第四场效应管Q4断开，然后延时100ms后停止输出第三路信号S3信号，使充电场效应管Q6断开，起到保护MCU之间通讯的目的。

在电池包需要恢复充电时，需要先开启第三路信号S3信号，然后再开启第二路信号S2信号。

在一些可选实施例中，所述电池模组1还包括第一线性稳压电源LDO1，所述第一线性稳压电源LDO1一端通过第二电阻R2连接至所述电池模组1的正极端，所述第一线性稳压电源LDO1另一端连接至所述第一控制芯片U1。所述电池检测控制模组2还包括第二线性稳压电源LDO2，所述一端连接至检测模块，所述第二线性稳压电源LDO2另一端连接至第二控制芯片U2。线性稳压电源是一种直流稳压电源，使输出电压保持稳定，能有效保证电路稳定性。

在一些可选实施例中，检测模块包括第一充电检测模块和第二充电检测模块，所述第一充电检测模块和第二充电检测模块的正向端均连接至所述电池模组1的正极端，所述第一充电检测模块和第二充电检测模块的负向端均连接至所述电池模组1的负极端，所述第一充电检测模块和第二充电检测模块的使能端均连接至所述第二芯片U2的信号输出端。

在实施时，第一充电检测模块和第二充电检测模块的正向端均连接至第三连接点V2+，第一充电检测模块和第二充电检测模块的负向端均连接至第四连接点V2-，第二线性稳压电源LDO2的一端连接至该第三连接点V2+，第二线性稳压电源LDO2的另一端通过第二控制芯片U2连接至该第四连接点V2-，在实施时，第一充电检测模块可以采用DC充电器模块，第二充电检测模块包括DC/AC逆变器模块和DC-USB模块，其中，DC充电器模块连接光伏等直流输入，DC/AC逆变器模块连接市电220Vac，DC-USB模块连接USB接口。在电池包的第一控制芯片U1与第二控制芯片U2的I2C通讯回路上加入两组MOS管，主要用来保护电池包在放电/充电过程中，由于电压、电流、温度的原因需要关断充电/放电MOS管时，隔离由于地线回路的切断，造成两个MCU之间由于地回路的不一致导致在I2C回路的产生的高压，进一步来保护两个通讯的MCU。

在一些实施例中，本实用新型还提供一种电池储能系统的通讯保护系统，其包括上述的电池储能系统的通讯保护系统，包括电池模组1、电池检测控制模组2和隔离通讯模组3，电池模组1由多个电池包串联组成，每个电池包均包括第一控制芯片U1，电池模组1的正极端连接至第一连接点V1+，电池模组1的正极端还连接至第一控制芯片U1，电池模组1的负极端通过充放电控制模块连接至第二连接点V1-，第一控制芯片U1与充放电控制模块通讯连接，从而可以控制充放电控制模块的工作状态。电池检测控制模组2包括检测模块，且检测模块设置有第二控制芯片U2，在实施时，第二控制芯片U2是电池检测控制模组的主控芯片，用于针对第一控制芯片U1来控制，第二控制芯片U2和第一控制芯片U1采用I2C的通讯方式，其中，检测模块包括第三连接点V2+和第四连接点V2-，其中，第一连接点V1+和第三连接点V2+对应连接，第二连接点V1-和第四连接点V2-对应连接，第二控制芯片U2均与第三连接点V2+和第四连接点V2-连接。通讯开关模块设置于第二控制芯片U2与第一控制芯片U1的通讯回路上，且第一控制芯片U1与通讯开关模块的使能端连接，第一控制芯片U1能输出控制信号至通讯开关模块以控制通讯开关模块的工作状态实现第一控制芯片U1和第二控制芯片U2的隔离通讯，而且通讯开关模块能保护电池包在放电/充电过程中，由于电压、电流、温度的原因需要关断通讯开关模块时，隔离由于地线回路的切断，造成第一控制芯片U1和第二控制芯片U2之间由于地回路的不一致导致在通讯回路上产生的高压，从而保护第一控制芯片U1和第二控制芯片U2。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池储能系统的通讯保护电路，其特征在于，包括：

电池模组，所述电池模组包括多个串联的电池包以及所述电池包的第一控制芯片，所述电池模组的正极端连接至所述第一控制芯片，所述电池模组的负极端连接至充放电控制模块，所述第一控制芯片与所述充放电控制模块通讯连接；

电池检测控制模组，所述电池检测控制模组包括检测模块以及所述检测模块的第二控制芯片，所述第二控制芯片与所述第一控制芯片通讯连接，所述检测模块与所述电池模组的正极端连接，所述电池模组的负极端还通过所述充放电控制模块连接至所述检测模块；

隔离通讯模组，所述隔离通讯模组包括设置于所述第二控制芯片与所述第一控制芯片的通讯回路上的通讯开关模块，所述第一控制芯片与所述通讯开关模块的使能端连接。

2.根据权利要求1所述的电池储能系统的通讯保护电路，其特征在于：所述通讯开关模块包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管，所述第一场效应管和第二场效应管连接至所述第一控制芯片与所述第二控制芯片之间的时钟线路上，所述第三场效应管和第四场效应管连接至所述第一控制芯片与所述第二控制芯片之间的双向数据线路上。

3.根据权利要求2所述的电池储能系统的通讯保护电路，其特征在于，所述第一控制芯片包括第一信号输出端和第二信号输出端，所述第一信号输出端连接至所述第一场效应管和第三场效应管的使能端，所述第二信号输出端连接至所述第二场效应管和第四场效应管的使能端。

4.根据权利要求3所述的电池储能系统的通讯保护电路，其特征在于，所述充放电控制模块包括放电场效应管和充电场效应管，所述放电场效应管的源极通过第一电阻连接至所述电池模组的负极端，所述放电场效应管的漏极连接至所述充电场效应管的漏极，所述充电场效应管的源极连接至电池检测控制模组，所述放电场效应管和所述充电场效应管的栅极分别连接至所述第一信号输出端和所述第二信号输出端。

5.根据权利要求4所述的电池储能系统的通讯保护电路，其特征在于，所述电池模组还包括第一线性稳压电源，所述第一线性稳压电源一端通过第二电阻连接至所述电池模组的正极端，所述第一线性稳压电源另一端连接至所述第一控制芯片。

6.根据权利要求5所述的电池储能系统的通讯保护电路，其特征在于，所述电池检测控制模组还包括第二线性稳压电源，所述第二线性稳压电源一端连接至检测模块，所述第二线性稳压电源另一端连接至第二控制芯片。

7.根据权利要求6所述的电池储能系统的通讯保护电路，其特征在于，检测模块包括第一充电检测模块和第二充电检测模块，所述第一充电检测模块和第二充电检测模块的正向端均连接至所述电池模组的正极端，所述第一充电检测模块和第二充电检测模块的负向端均连接至所述电池模组的负极端，所述第一充电检测模块和第二充电检测模块的使能端均连接至所述第二控制芯片的信号输出端。

8.根据权利要求7所述的电池储能系统的通讯保护电路，其特征在于，所述第一充电检测模块为DC充电器模块。

9.根据权利要求7所述的电池储能系统的通讯保护电路，其特征在于，所述第二充电检测模块包括DC/AC逆变器模块和DC-USB模块。

10.一种电池储能系统的通讯保护系统，其特征在于，所述通讯保护系统包括如权利要求1-9任一项所述的电池储能系统的通讯保护电路。

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