CN215934526U - 一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电源技术领域，提出了一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，包括双向DC/AC电路、第一开关、第二开关、第三开关和电源切换控制电路，第一开关的一端用于与电网电压连接，第一开关的另一端用于与用电设备连接；第二开关的一端用于与电网电压连接，第二开关的另一端用于与双向DC/AC电路的交流输入端连接，双向DC/AC电路的交流输出端与第三开关的第一端连接，第三开关的第二端用于与用电设备连接，双向DC/AC电路的直流端用于与新能源汽车连接；第一开关的控制端、第二开关的控制端和第三开关的控制端均与电源切换控制电路连接。通过上述技术方案，解决了现有技术中家用应急电源装置成本高的问题。

Description

一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体的，涉及一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置。

背景技术

随着国家关于《国家新型城镇化规划》和《2020年新型城镇化建设和城乡融合发展重点任务》的通知，国家城镇化建设快速发展，随之住宅数量迅速增加，对电力的需求也是迅速增加。

电网计划检修、配电设施故障、自然灾害、人为破坏等原因，均有可能导致住宅停电，如果长时间停电，会给人民日常生活带来不便。

目前，现有方案采用如图1所示，采用光伏发电+储能的方式，可为住宅提供短时间临时应急电源，但是光伏/储能的安装需要投入设备和安装成本；另外，家庭储能电池的容量不是很大，在长时间停电时，并不能保证住宅长时使用。

实用新型内容

本实用新型提出一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，解决了相关技术中家用应急电源装置成本高的问题。

本实用新型的技术方案如下：包括双向DC/AC电路、第一开关、第二开关、第三开关和电源切换控制电路，

所述第一开关的一端用于与电网电压连接，所述第一开关的另一端用于与用电设备连接；

所述第二开关的一端用于与电网电压连接，所述第二开关的另一端用于与双向DC/AC电路的交流输入端连接，所述双向DC/AC电路的交流输出端与所述第三开关的第一端连接，所述第三开关的第二端用于与用电设备连接，所述双向DC/AC电路的直流端用于与新能源汽车连接；

所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端和所述第三开关的控制端均与所述电源切换控制电路连接。

进一步，还包括储能单元，所述储能单元与所述新能源汽车并联。

进一步，所述电源切换控制电路包括依次连接的整流电路、分压电路、第一比较电路和输出控制电路，

所述整流电路的输入端用于与电网电压连接，所述输出控制电路包括第一开关管和继电器K1，所述第一开关管的控制端与所述第一比较电路的输出端连接，所述第一开关管的输出端与继电器K1线圈的一端连接，所述继电器K1线圈的另一端与电源VCC连接，继电器K1的第一常闭触点作为第一开关，所述继电器K1的第二常闭触点作为第二开关，所述继电器K1的常开触点作为第三开关。

进一步，所述分压电路包括串联的电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的一端与所述整流电路的输出端连接，所述电阻R2的一端接地，所述电阻R1和所述电阻R2的串联点作为分压电路的输出。

进一步，还包括浪涌保护电路，所述浪涌保护电路包括电阻R7、电阻R8、电容C2和MOS管Q2，所述电阻R7的一端与电网电压L线连接，所述电阻R8的一端与电网电压N线连接，所述电阻R7和所述电阻R8的串联点接入所述MOS管Q2的栅极，所述MOS管Q2的源极与电网电压N线连接，所述MOS管Q2的漏极与用电设备N线连接。

进一步，还包括短路保护电路，所述短路保护电路包括MOS管Q3和短路检测电路，所述MOS管Q3的漏极与所述电阻R8的一端连接，所述MOS管Q3的源极与所述电阻R8的另一端连接，所述MOS管Q3的栅极与短路检测电路的输出端连接。

进一步，所述短路检测电路包括采样电阻R6、以及依次连接的减法运算电路和第二比较电路，所述采样电阻R6串联在电网电压N线上，

所述减法运算电路包括运放U2A，所述采样电阻R6的一端接入运放U2A的同相输入端，所述采样电阻R6的另一端接入所述运放U2A的反相输入端，所述运放U2A的输出端接入所述第二比较电路，所述第二比较电路的输出端作为所述短路检测电路的输出端。

进一步，所述短路检测电路的输出端通过施密特触发器U4接入所述MOS管Q3的栅极，所述施密特触发器U4的触发端与所述短路检测电路的输出端连接，所述施密特触发器U4的输出端接入所述MOS管Q3的栅极。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型在电网正常时，电源切换控制电路控制第一开关和第二开关闭合、第三开关断开，电网电压为用电设备提供电源，同时电网电压通过双向DC/AC为新能源汽车充电；电网故障时，电源切换控制电路控制第一开关和第二开关断开、第三开关闭合，此时可由新能源汽车的电池经DC/AC为用电设备提供备用电源，保证住宅正常用电。

本实用新型利用新能源汽车本身BMS系统的管理优势以及动力电池的储能优势，为住宅提供应急电力保障，而且充分发挥新能源汽车的作用，无需投入其他设备和安装成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为现有技术中住宅用应急电源原理框图；

图2为本实用新型中电源切换控制电路原理图；

图3为本实用新型中浪涌保护电路和短路保护电路原理图。

图4为本实用新型中双向DC/AC电路原理图；

图中：1电源切换控制电路，2浪涌保护电路，3短路保护电路，31短路检测电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，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，本领域普通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，都涉及本实用新型保护的范围。

如图2所示，本实施例家用应急电源电路包括双向DC/AC电路、第一开关、第二开关、第三开关和电源切换控制电路，

第一开关的一端用于与电网电压连接，第一开关的另一端用于与用电设备连接；

第二开关的一端用于与电网电压连接，第二开关的另一端用于与双向DC/AC电路的交流输入端连接，双向DC/AC电路的交流输出端与第三开关的第一端连接，第三开关的第二端用于与用电设备连接，双向DC/AC电路的直流端用于与新能源汽车连接；

第一开关的控制端、第二开关的控制端和第三开关的控制端均与电源切换控制电路连接。

本实施例在电网正常时，电源切换控制电路控制第一开关和第二开关闭合、第三开关断开，电网电压为用电设备提供电源，同时电网电压通过双向DC/AC为新能源汽车充电；电网故障时，电源切换控制电路控制第一开关和第二开关断开、第三开关闭合，此时可由新能源汽车的电池经DC/AC为用电设备提供备用电源，保证住宅正常用电。

本实施例利用新能源汽车本身BMS系统的管理优势以及动力电池的储能优势，为住宅提供应急电力保障，而且充分发挥新能源汽车的作用，无需投入其他设备和安装成本。

本实施例中双向AC/DC电路采用本领域技术人员熟知的电路拓扑结构，其中的一种如图4所示。

进一步，如图2所示，还包括储能单元，储能单元与新能源汽车并联。

本实施例中，也可以设置储能单元，当电网断电时，由储能单元经DC/AC为用电设备提供备用电源，当储能单元SOC到达下限时再接入新能源汽车，经双向DC/AC为用电设备提供应急电源。

进一步，如图2所示，电源切换控制电路包括依次连接的整流电路、分压电路、第一比较电路和输出控制电路，

整流电路的输入端用于与电网电压连接，输出控制电路包括第一开关管和继电器K1，第一开关管的控制端与第一比较电路的输出端连接，第一开关管的输出端与继电器K1线圈的一端连接，继电器K1线圈的另一端与电源VCC连接，继电器K1的第一常闭触点作为第一开关，继电器K1的第二常闭触点作为第二开关，继电器K1的常开触点作为第三开关。

本实施例中，电源切换控制电路实时检测电网电压，当检测到电网断电时，及时切换第一开关、第二开关和第三开关的状态，由新能源汽车的电池经双向DC/AC为用电设备提供应急电源。

其中，整流电路包括二极管D1~D4组成的整流桥、以及滤波电容C1，整流电路将电网交流电压转换为直流电压；整流电路输出的直流电压值比较大，该直流电压值经分压电路分压后，将整流电路的输出电压按比例减小，分压电路的输出电压接入第一比较电路；当电网断电时，分压电路的输出电压低于设定值，第一比较电路输出高电平，第一开关管导通，继电器K1线圈通电，继电器K1的常开触点闭合、常闭触点断开，即第一开关和第二开关断开，第三开关闭合，由新能源汽车的电池经双向DC/AC为用电设备提供应急电源。

本实施例中，第一开关管为三极管Q1，三极管Q1的基极与第一比较电路的输出端连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与继电器K1线圈的一端连接，继电器K1线圈的另一端与电源VCC连接。

进一步，如图2所示，分压电路包括串联的电阻R1和电阻R2，电阻R1的一端与整流电路的输出端连接，电阻R2的一端接地，电阻R1和电阻R2的串联点作为分压电路的输出。

电阻R1和电阻R2组成串联分压电路，电阻R2的端电压作为分压电路的输出，接入第一比较电路。第一比较电路包括运放U1A，电阻R1和电阻R2的串联点接入运放U1A的反相输入端，运放U1A的同相输入端接入基准电压VREF1，当电网断开时，电阻R2的端电压小于基准电压VREF1，运放U1A的输出端为高电平，继电器K1线圈通电，继电器K1的常开触点闭合、常闭触点断开。

进一步，还包括浪涌保护电路，如图3所示，浪涌保护电路包括电阻R7、电阻R8、电容C2和MOS管Q2，电阻R7的一端与电网电压L线连接，电阻R8的一端与电网电压N线连接，电阻R7和电阻R8的串联点接入MOS管Q2的栅极，MOS管Q2的源极与电网电压N线连接，MOS管Q2的漏极与用电设备N线连接。

为避免上电瞬间对用电设备造成冲击，本实施例设置有浪涌保护电路，其工作原理为：刚上电时，由于电容C1两端电压不能突变，MOS管Q2的栅极电压被钳位在0V，MOS管Q2关断，随着电容C1的充电，电容C1两端的电压升高，MOS管Q2的栅极电压逐渐升高，MOS管Q2从截止状态过渡到放大状态，MOS管Q2逐渐导通，电路电流逐渐增加，有效抑制了浪涌电流。当电容C1两端的电压达到MOS管Q2的饱和导通电压时，MOS管Q2饱和导通，电路进入正常工作状态。

进一步，还包括短路保护电路，如图3所示，短路保护电路包括MOS管Q3和短路检测电路，MOS管Q3的漏极与电阻R8的一端连接，MOS管Q3的源极与电阻R8的另一端连接，MOS管Q3的栅极与短路检测电路的输出端连接。

本实施例中，通过设置短路检测电路，并由短路检测电路的输出端控制MOS管Q3的栅极，当发生短路时，MOS管Q3导通，将MOS管Q2的栅极电压强制拉为低电平，MOS管Q2关断，及时将电网与用电设备断开。

进一步，如图3所示，短路检测电路包括采样电阻R6、以及依次连接的减法运算电路和第二比较电路，采样电阻R6串联在电网电压N线上，

减法运算电路包括运放U2A，采样电阻R6的一端接入运放U2A的同相输入端，采样电阻R6的另一端接入运放U2A的反相输入端，运放U2A的输出端接入第二比较电路，第二比较电路的输出端作为短路检测电路的输出端。

本实施例中，短路检测电路的工作原理为：采样电阻R6串联在电网电压N线上，采样电阻R6的两端分别接入运放U2A的同相输入端和反相输入端，经运放U2A构成的减法运算电路运算后，运放U2A输出端的电压为采样电阻R6的分压。

当电路发生短路故障时，采样电阻R6的分压迅速增加，当采样电阻R6 的分压大于设定值时，第二比较电路的输出端电平发生跳变，控制MOS管Q3导通。

进一步，如图3所示，短路检测电路的输出端通过施密特触发器U4接入MOS管Q3的栅极，施密特触发器U4的触发端与短路检测电路的输出端连接，施密特触发器U4的输出端接入MOS管Q3的栅极。

第二比较电路包括运放U1B，运放U2A 的输出端接入运放U1B的反相输入端，基准电压VREF2接入运放U1B的同相输入端，运放U2A 的输出端电压大于基准电压VREF2时，运放U2A输出低电平；运放U2A输出的低电平信号输入施密特触发器U4，施密特触发器U4连接为单稳态触发电路，在运放U2A输出的低电平信号的触发下，施密特触发器U4的输出端OUT输出具有一定宽度的高电平脉冲信号，保证MOS管Q3可靠导通，从而将MOS管Q2可靠关断。之后，如果短路故障消除，则Q1重新导通，电路重新启动，使电路具备自恢复能力。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，其特征在于，包括双向DC/AC电路、第一开关、第二开关、第三开关和电源切换控制电路，

所述第一开关的一端用于与电网电压连接，所述第一开关的另一端用于与用电设备连接；

所述第二开关的一端用于与电网电压连接，所述第二开关的另一端用于与双向DC/AC电路的交流输入端连接，所述双向DC/AC电路的交流输出端与所述第三开关的第一端连接，所述第三开关的第二端用于与用电设备连接，所述双向DC/AC电路的直流端用于与新能源汽车连接；

所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端和所述第三开关的控制端均与所述电源切换控制电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，其特征在于，还包括储能单元，所述储能单元与所述新能源汽车并联。

3.根据权利要求1所述的一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，其特征在于，所述电源切换控制电路包括依次连接的整流电路、分压电路、第一比较电路和输出控制电路，

所述整流电路的输入端用于与电网电压连接，所述输出控制电路包括第一开关管和继电器K1，所述第一开关管的控制端与所述第一比较电路的输出端连接，所述第一开关管的输出端与继电器K1线圈的一端连接，所述继电器K1线圈的另一端与电源VCC连接，继电器K1的第一常闭触点作为第一开关，所述继电器K1的第二常闭触点作为第二开关，所述继电器K1的常开触点作为第三开关。

4.根据权利要求3所述的一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，其特征在于，所述分压电路包括串联的电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的一端与所述整流电路的输出端连接，所述电阻R2的一端接地，所述电阻R1和所述电阻R2的串联点作为分压电路的输出。

5.根据权利要求1所述的一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，其特征在于，还包括浪涌保护电路，所述浪涌保护电路包括电阻R7、电阻R8、电容C2和MOS管Q2，所述电阻R7的一端与电网电压L线连接，所述电阻R8的一端与电网电压N线连接，所述电阻R7和所述电阻R8的串联点接入所述MOS管Q2的栅极，所述MOS管Q2的源极与电网电压N线连接，所述MOS管Q2的漏极与用电设备N线连接。

6.根据权利要求5所述的一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，其特征在于，还包括短路保护电路，所述短路保护电路包括MOS管Q3和短路检测电路，所述MOS管Q3的漏极与所述电阻R8的一端连接，所述MOS管Q3的源极与所述电阻R8的另一端连接，所述MOS管Q3的栅极与短路检测电路的输出端连接。

7.根据权利要求6所述的一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，其特征在于，所述短路检测电路包括采样电阻R6、以及依次连接的减法运算电路和第二比较电路，所述采样电阻R6串联在电网电压N线上，

所述减法运算电路包括运放U2A，所述采样电阻R6的一端接入运放U2A的同相输入端，所述采样电阻R6的另一端接入所述运放U2A的反相输入端，所述运放U2A的输出端接入所述第二比较电路，所述第二比较电路的输出端作为所述短路检测电路的输出端。

8.根据权利要求6所述的一种带有新能源汽车充放电功能的家用应急电源装置，其特征在于，所述短路检测电路的输出端通过施密特触发器U4接入所述MOS管Q3的栅极，所述施密特触发器U4的触发端与所述短路检测电路的输出端连接，所述施密特触发器U4的输出端接入所述MOS管Q3的栅极。

Images