CN213151709U - 一种太阳能供电管理电路及太阳能供电装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能供电管理电路及太阳能供电装置，其通过充电管理电路的输出端与多个第一分压防反组件的第一端连接，多个第一分压防反组件的第二端与多个电池组件的输入端一一对应连接，多个电池组件的输出端与多个第二分压防反组件的第一端一一对应连接，多个第二分压防反组件的第二端与负载连接，第一分压防反组件将充电管理电路输出的充电信号单向导通至电池组件，第二分压防反组件将电池组件输出的原始放电信号单向导通至负载；通过采用纯硬件电路搭建多路充放电隔离通道，无需软件控制，便能防止并联的电池之间互充，且在电池过放无电时也能控制以防止电池之间互充，实现电池可以热插拔的效果，提高了太阳能供电管理电路安全可靠性和实用性。

Description

一种太阳能供电管理电路及太阳能供电装置

技术领域

本申请属于新能源应用技术领域，尤其涉及一种太阳能供电管理电路及太阳能供电装置。

背景技术

目前，在多电池并联应用中，为避免较大压差的电池互充等异常情况发生，会对接入电池的电压有要求，判断电压正常之后再接入，避免电池组内部形成环流。

为避免较大压差的电池之间发生互充，传统的多电池并联技术方案中都是通过软件来控制，但是它有个前提条件是软件必须为正常持续运行状态，才能控制新电池接入，成本高且电路结构复杂；并且若在电池供电产品中，旧电池过放无电，控制器是无法启动的，这时候接入新电池，将无法对相应开关进行相关的控制，由此容易引起电池之间的互充，导致危险。

因此，传统的太阳能电池控制技术方案中存在通过软件控制防止并联的电池之间互充时，旧电池过放无电，使得软件不能进行相关控制导致电池之间互充引起用电安全隐患的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种太阳能供电管理电路及太阳能供电装置，旨在解决传统的太阳能电池控制技术方案中存在通过软件控制防止并联的电池之间互充时，旧电池过放无电，使得软件不能进行相关控制导致电池之间互充引起用电安全隐患的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种太阳能供电管理电路，其特征在于，所述太阳能供电管理电路包括：充电管理电路、多个第一分压防反组件、多个电池组件以及多个第二分压防反组件；其中，所述充电管理电路的输出端与多个所述第一分压防反组件的第一端连接，多个所述第一分压防反组件的第二端与多个所述电池组件的输入端一一对应连接，多个所述电池组件的输出端与多个所述第二分压防反组件的第一端一一对应连接，多个所述第二分压防反组件的第二端与负载连接；

所述第一分压防反组件用于将所述充电管理电路输出的充电信号单向导通至所述电池组件，所述第二分压防反组件用于将所述电池组件输出的原始放电信号单向导通至所述负载。

在其中一个实施例中，所述充电管理电路与太阳能电池板连接，根据所述太阳能电池板输出的电压信号生成原始充电信号。

在其中一个实施例中，所述电池组件还包括：

电池仓，用于放置电池；

充电电路，与所述第一分压防反组件的第二端和所述电池连接，配置为根据所述第一分压防反组件单向导通的充电信号生成目标充电信号以对所述电池充电；

放电电路，与所述电池和所述第二分压防反组件的第一端连接，配置为根据所述电池提供的电池电压生成所述原始放电信号。

在其中一个实施例中，所述第一分压防反组件包括第一二极管；其中，所述第一二极管的阳极与所述充电管理电路的输出端连接，所述第一二极管的阴极与对应的所述电池组件的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述第二分压防反组件包括第二二极管；其中，所述第二二极管的阳极与所述电池组件的输出端连接，所述第二二极管的阴极与所述负载连接。

在其中一个实施例中，所述第二分压防反组件包括：第一场效应管；其中，所述第一场效应管的栅极与所述电池组件的正输出端和所述负载的第一端连接，所述第一场效应管的漏极和第一场效应管的寄生二极管的阴极与所述电池组件的负输出端连接，所述第一场效应管的源极和所述第一场效应管的寄生二极管的阳极与所述负载的第二端连接。

在其中一个实施例中，所述第一分压防反组件包括：二极管控制器、第一电容以及第二场效应管；其中，所述二极管控制器的阳极端与所述第一电容的第一端以及所述第二场效应管的源极共接于所述充电管理电路，所述二极管控制器的电荷泵输出端与所述第一电容的第二端连接，所述二极管控制器的接地端与电源地连接，所述二极管控制器的栅极驱动输出端与所述第二场效应管的栅极连接，所述二极管控制器的阴极端和所述第二场效应管的漏极与对应的所述电池组件连接。

本申请实施例的第二方面提供了一太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括如上述任一项所述的太阳能供电管理电路。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的一种太阳能供电管理电路及太阳能供电装置，其通过第一分压防反组件将充电管理电路输出的充电信号单向导通至电池组件，第二分压防反组件将电池组件输出的原始放电信号单向导通至负载；实现通过采用纯硬件电路搭建多路充放电隔离通道，无需软件控制，便能防止并联的电池之间互充，且在电池过放无电时也能控制以防止电池之间互充，实现电池可以热插拔的效果，提高了太阳能供电管理电路安全可靠性和实用性。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的太阳能供电管理电路的一种结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的太阳能供电管理电路的另一种结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的太阳能供电管理电路中第一分压防反组件和第二分压防反组件的示例电路原理图；

图4为本申请一实施例提供的太阳能供电管理电路中第二分压防反组件的另一种示例电路原理图；

图5为本申请一实施例提供的太阳能供电管理电路中第一分压防反组件的另一种示例电路原理图；

图6为本申请一实施例提供的太阳能供电管理电路中插接第一电池时的充放电示意图；

图7为本申请一实施例提供的太阳能供电管理电路中插接第二电池时的充放电示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

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的数量。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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1示出了本申请第一实施例提供的太阳能供电管理电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种太阳能供电管理电路，包括：充电管理电路11、多个第一分压防反组件(第一分压防反组件1、第一分压防反组件2、.......、第一分压防反组件N，其中N为大于等于1的正整数)、多个电池组件(电池组件1、电池组件2、.......、电池组件N)以及多个第二分压防反组件(第二分压防反组件1、第二分压防反组件2、.......、第二分压防反组件N)；其中，充电管理电路11的输出端与多个第一分压防反组件的第一端连接，多个第一分压防反组件的第二端与多个电池组件的输入端一一对应连接，多个电池组件的输出端与多个第二分压防反组件的第一端一一对应连接，多个第二分压防反组件的第二端与负载100连接；第一分压防反组件用于将充电管理电路11输出的充电信号单向导通至电池组件，第二分压防反组件用于将电池组件输出的原始放电信号单向导通至负载100。

具体实施中，太阳能供电管理电路可应用于太阳能供电系统中。可选的，充电管理电路11与太阳能电池板连接，根据太阳能电池板输出的电压信号生成原始充电信号。第一分压防反组件和第二分压防反组件具有单向导电性，并具有一定的导通压降，例如0.3V；当第一分压防反组件的第一端的电压与第一分压防反组件的第二端的电压只差大于或等于其导通电压时，第一分压防反组件才会导通；第二分压防反组件的导通原理同第一分压防反组件。因此，利用第一分压防反组件和第二分压防反组件可使充电管理电路11调节其输出的充电信号，并利用第一分压防反组件能够导通充电信号确定充电回路，以及利用第二分压防反组件能够导通原始放电信号至负载100确定放电回路，实现充电时会从电压最低的电池组件开始，放电会从电压最高的电池组件开始，各个电池组件之间最终能够达成电压一致，且充放电通道互相隔离。可选的，充电信号为充电电流。电池组件包括电池，该电池为可充电电池。

本申请实施例通过采用纯硬件电路搭建多路充放电隔离通道，无需软件控制，便能有效防止并联的电池之间互充，且在电池过放无电时也能加以控制以防止电池之间出现互充导致的安全隐患问题，实现电池可以热插拔的效果，提高了太阳能供电管理电路安全可靠性和实用性。

请参阅图2，在其中一个实施例中，电池组件还包括：电池仓03、充电电路01以及放电电路02。

电池仓03，用于放置电池；充电电路01，与第一分压防反组件的第二端和电池连接，配置为根据第一分压防反组件单向导通的充电信号生成目标充电信号以对电池充电；放电电路02，与电池和第二分压防反组件的第一端连接，配置为根据电池提供的电池电压生成原始放电信号。

具体实施中，充电电路01和放电电路02可以设置于电池仓03内，也可以不设置于电池仓03中，具体可根据实际需要进行设置。放置于电池仓03内的电池可灵活插拔，以便于更换电池。

在更换电池的过程中，充电管理电路11根据多个电池组件提供的最小输出电压(即原始放电信号)和第一导通电压调节输出的充电信号，即充电信号为电池组件提供的最小输出电压与第一导通电压之和。充电信号经第一分压防反组件进行单向导通后输出至电池组件对电池进行充电；其中，第一导通电压为与提供最小输出电压的电池组件对应连接的第一分压防反组件的导通电压，利用第一分压防反组件调节充电通道并对充电管理电路11进行防倒灌与防反接保护。第二分压防反组件将对应连接的电池组件输出的原始放电信号单向导通至负载100；其中，输出至负载100的电压为电池组件输出的原始放电信号与第二导通电压之差，第二导通电压值为第二分压防反组件的导通电压值；利用第二分压防反组件调节放电通道并对电池组件进行防倒灌与防反接保护。可选的，原始放电信号为原始放电电压，也即电池组件的输出电压。

本申请实施例能够使得每个电池组件的充电回路与放电回路相互独立，有效避免插拔电池时电池间的互充问题，支持电池热插拔，降低了电池插拔时不同电池间互充导致的安全隐患，无需软件控制，硬件隔离响应迅速，提高了太阳能供电管理电路的实用性。

请参阅图3，在其中一个实施例中，第一分压防反组件1包括：第一二极管D01；其中，第一二极管D01的阳极与充电管理电路11的输出端连接，第一二极管D01的阴极与对应的电池组件1的输入端连接。

具体实施中，第一二极管D01的阳极为第一分压防反组件1的充电信号输入端，利用二极管的单向导通反向截止特性，第一二极管D01单向导通充电信号至电池组件1的充电电路01。通过充电电路01根据第一二极管D01单向导通的充电信号生成目标充电信号对电池01充电，第一二极管D01的导通压降为第一导通电压，第一导通电压值为0.3～0.7V。可选的，第一导通电压值为0.3V。其它第一分压防反组件(例如第一分压防反组件2、第一分压防反组件3、........、第一分压防反组件N)的结构组成和功能作用，可参考上述第一分压防反组件1的相关说明。

请参阅图3，在其中一个实施例中，第二分压防反组件1包括：第二二极管D11；其中，第二二极管D11的阳极与电池组件1的输出端连接，第二二极管D11的阴极与负载100连接。

具体实施中，电池组件中的电池提供的电池电压经放电电路02进行处理后输出原始放电信号至第二二极管D11的阳极，第二二极管D11单向导通原始放电信号至负载100，第二二极管D11的导通压降为第二导通电压，第二导通电压值为0.3～0.7V。可选的，第二导通电压值为0.3V。其它第二分压防反组件(例如第二分压防反组件2、第二分压防反组件3、........、第二分压防反组件N)的结构组成和功能作用，可参考上述第二分压防反组件1的相关说明。

请参阅图4，在其中一个实施例中，第二分压防反组件1包括：第一场效应管Q11；其中，第一场效应管Q11的栅极与电池组件1的正输出端和负载100的第一端连接，第一场效应管Q11的漏极和第一场效应管Q11的寄生二极管Z11的阴极与电池组件1的负输出端连接，第一场效应管Q11的源极和第一场效应管Q11的寄生二极管Z11的阳极与负载100的第二端连接。

可选的，第一场效应管Q11为增强型NMOS管。

具体实施中，刚上电时，第一场效应管Q11的寄生二极管Z11导通，所以第一场效应管Q11的源极的电位大概就是0.6V，而第一场效应管Q11的栅极的电位为电池组件1输出的原始放电信号Vo1，Vo1-0.6V大于第一场效应管Q11的阈值开启电压U_GS，第一场效应管Q11的漏极和源极就会导通，由于导通内阻很小，所以就把第一场效应管Q11的寄生二极管Z11短路了，压降几乎为0；当电池组件1反接或者电池组件1的原始放电信号Vo1(例如Vo1值小于负载100侧的电压)时，UGS＝0，第一场效应管Q11不会导通，电池组件1和负载100的放电回路就是断的，从而保证电路安全性，实现防反接和反灌的目的。

请参阅图5，在其中一个实施例中，第一分压防反组件1包括：二极管控制器U01、第一电容C01以及第二场效应管Q01；其中，二极管控制器U01的阳极端ANDOE与第一电容C01的第一端以及第二场效应管Q01的源极共接于充电管理电路11，二极管控制器U01的电荷泵输出端VCAP与第一电容C01的第二端连接，二极管控制器U01的接地端GND与电源地连接，二极管控制器U01的栅极驱动输出端GATE与第二场效应管Q01的栅极连接，二极管控制器U01的阴极端CATHODE和第二场效应管Q01的漏极与对应的电池组件1连接。

具体实施中，二极管控制器U01的阴极端CATHODE和第二场效应管Q01的漏极共接于电池组件1的输入端，与充电电路01连接。结合第二场效应管Q01的寄生二极管Z01，当二极管控制器U01的阳极端ANODE与其阴极端CATHODE的电位差大于0时，第二场效应管Q01导通；当二极管控制器U01的阳极端ANODE与其阴极端CATHODE的电位差小于0时，第二场效应管Q01截止，从而起到防倒灌，且低插损的效果。可选的，第二场效应管Q01为N沟道增强型MOS管。

以下将结合图3、图6及图7，对太阳能供电管理电路的工作原理做简要说明：

太阳能供电系统中，充电管理电路11的正常开路电压为12.4V，当插入第一电池时，第一电池对应的电池组件1的输出电压为11.5V时，其中，电池组件的输出电压大小与对应插接的电池提供的电池电压大小成正相关，请参阅图6，充电管理电路11输出的充电信号对应的电压值会被拉到11.5V接近，具体为：电池组件1的输出电压11.5V与第一二极管D01的导通电压0.3V之和，即11.8V；输出至负载100的电压为电池组件1的输出电压11.5V与第二二极管D11的导通电压0.3V之差，即11.2V。当插入输出电压为11.5V的电池组件1之后，又插入第二电池，第二电池对应的电池组件2的输出电压为10V时，请参阅图7，充电管理电路11输出的充电信号对应的电压值的电压会被拉至10V电压值附近，具体为：电池组件2的输出电压10V与二极管D02的导通电压0.3V之和，即10.3V，此时由于第一二极管D01的阳极电压(为10.3V)小于其阴极电压(为11.5V)，使得第一二极管D01截止，关断对电池组件1中的电池的充电通道，且由于二极管D12的阳极电压(为10V)小于阴极电压(为11.2V)，二极管D12通过电池组件1输出电压11.5V通过第二二极管D11对负载100供电，关断电池组件2的放电通道。依此类推，当每插入一个电池时，利用二极管的正向导通反向截止且正向导通具有一定压降的特性，比较插入的电池提供的电池电压大小，充电管理电路11根据最小输出电压调整充电信号，其中最小输出电压对应提供最小电池电压的电池，实现充电时会从电压最低的那个电池开始充电，放电会从电压最高的那个电池开始放电，使得各个电池之间最终能够达成电压一致，并且每个电池组件(对应每个电池组件)之间的充电回路与放电回路相互独立，充放电通道相互隔离，支持电池热插拔，降低了电池插拔时不同电池间互充导致的安全隐患，无需软件控制，硬件隔离响应迅速，提高了太阳能供电管理电路的实用性。

本申请的第二方面提供了一种太阳能供电装置，太阳能供电装置包括如上述所述的太阳能供电管理电路。

具体实施中，太阳能供电装置中的电池可插拔，在电池过期或损坏时，可更换，并利用太阳能供电管理电路实现并联的多电池之间充放电相互独立且相互隔离，电池插拔过程中不会发生电池互充导致的安全隐患问题。

本申请实施例的太阳能供电装置中对电池进行充放电的通道相互隔离，使得电池支持热插拔，降低了电池插拔时不同电池间互充导致的安全隐患，无需软件控制，硬件隔离响应迅速，提高了太阳能供电管理电路的实用性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块、电路的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块、电路完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块或电路，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块、电路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。另外，各功能单元、模块、电路的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

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或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能供电管理电路，其特征在于，所述太阳能供电管理电路包括：充电管理电路、多个第一分压防反组件、多个电池组件以及多个第二分压防反组件；其中，所述充电管理电路的输出端与多个所述第一分压防反组件的第一端连接，多个所述第一分压防反组件的第二端与多个所述电池组件的输入端一一对应连接，多个所述电池组件的输出端与多个所述第二分压防反组件的第一端一一对应连接，多个所述第二分压防反组件的第二端与负载连接；

所述第一分压防反组件用于将所述充电管理电路输出的充电信号单向导通至所述电池组件，所述第二分压防反组件用于将所述电池组件输出的原始放电信号单向导通至所述负载。

2.如权利要求1所述的太阳能供电管理电路，其特征在于，所述充电管理电路与太阳能电池板连接，根据所述太阳能电池板输出的电压信号生成原始充电信号。

3.如权利要求1所述的太阳能供电管理电路，其特征在于，所述电池组件还包括：

电池仓，用于放置电池；

充电电路，与所述第一分压防反组件的第二端和所述电池连接，配置为根据所述第一分压防反组件单向导通的充电信号生成目标充电信号以对所述电池充电；

放电电路，与所述电池和所述第二分压防反组件的第一端连接，配置为根据所述电池提供的电池电压生成所述原始放电信号。

4.如权利要求1所述的太阳能供电管理电路，其特征在于，所述第一分压防反组件包括第一二极管；其中，所述第一二极管的阳极与所述充电管理电路的输出端连接，所述第一二极管的阴极与对应的所述电池组件的输入端连接。

5.如权利要求1所述的太阳能供电管理电路，其特征在于，所述第二分压防反组件包括第二二极管；其中，所述第二二极管的阳极与所述电池组件的输出端连接，所述第二二极管的阴极与所述负载连接。

6.如权利要求1所述的太阳能供电管理电路，其特征在于，所述第二分压防反组件包括：第一场效应管；其中，所述第一场效应管的栅极与所述电池组件的正输出端和所述负载的第一端连接，所述第一场效应管的漏极和第一场效应管的寄生二极管的阴极与所述电池组件的负输出端连接，所述第一场效应管的源极和所述第一场效应管的寄生二极管的阳极与所述负载的第二端连接。

7.如权利要求1所述的太阳能供电管理电路，其特征在于，所述第一分压防反组件包括：二极管控制器、第一电容以及第二场效应管；其中，所述二极管控制器的阳极端与所述第一电容的第一端以及所述第二场效应管的源极共接于所述充电管理电路，所述二极管控制器的电荷泵输出端与所述第一电容的第二端连接，所述二极管控制器的接地端与电源地连接，所述二极管控制器的栅极驱动输出端与所述第二场效应管的栅极连接，所述二极管控制器的阴极端和所述第二场效应管的漏极与对应的所述电池组件连接。

8.一种太阳能供电装置，其特征在于，所述太阳能供电装置包括如权利要求1至7任一项所述的太阳能供电管理电路。

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