CN216649285U - 双蓄电池新能源充放电切换控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开双蓄电池新能源充放电切换控制电路，涉及电池充放电领域，包括切换模块、控制芯片、电量检测模块和电路保护模块，所述电量检测模块和电路保护模块与双蓄电池连接，且电量检测模块和电路保护模块都与控制芯片连接，所述控制芯片与切换模块连接，所述切换模块连接充电回路和放电回路，将在双蓄电池的基础上，结合单蓄电池B型控制器的工作模式，实现新能源模块直接给负载供电，同时将蓄电池的充放电功能分离，即充电电池和放电电池在一个电量循环周期内处于同一工作模式，即充电电池长期处于充电状态，放电电池长期处于放电状态,维持电池电流方向稳定，提高产品安全性，并通过切换电路和控制器，实现蓄电池的充放电自动控制。

Description

双蓄电池新能源充放电切换控制电路

技术领域

本实用新型涉及电池充放电领域，具体涉及双蓄电池新能源充放电切换控制电路。

背景技术

由于新能源发电模块的发电量与设备工作状况相关，具有不稳定性，所以新能源产品一般都会配备蓄电池以补偿负载端的功率稳定，控制器则在低能耗状态下进行能量的分配，维持负载端输出电压稳定。

现有的新能源离网充放电控制器主要有3种：

单蓄电池A型控制器：白天新能源模块工作，控制器控制蓄电池充电，充满自停；夜间新能源模块不再工作，控制器控制电池放电，供负载使用。该控制器适用于新能源路灯设备，无法同时给电池充电和负载供电，使用范围较小。

单蓄电池B型控制器：该类型控制器有三种工作模式。工作模式一是在新能源模块发电的功率大于负载工作耗电的功率情况下，蓄电池进入充电状态，以储存负载无法直接消耗的多余电能；工作模式二是在新能源模块发电的功率小于负载工作耗电的功率情况下，蓄电池进入放电状态，负载消耗的电能将来源于两部分，一部分为新能源模块发电产生的电能，另一部分来自电池放电产生的电能；工作模式三是在负载端无负载，同时电池满电的状态下，新能源模块将处于休眠模式，停止工作，等待负载端接入负载。当新能源模块因设备工作状况无法满足工作要求而停止工作，同时电池电量较低，达到低电量报警阈值时，控制器停止工作，等待新能源模块重新工作或接入市电给蓄电池充电。由于新能源模块输入功率受工作状况影响较大，导致该控制器频繁在工作模式一和工作模式二间切换，造成电池电流方向频繁变动，影响电池和负载的性能以及安全。

双蓄电池型控制器：该类型控制器充电和放电可以同时进行，当一块电池充电时，另一块电池进行放电，实现系统同时充放电。当充电状态下的电池先充满电后，将两块电池的工作模式进行切换，满电量电池开始放电，低电量电池开始充电；当放电电池电量先达到低电量报警阈值时，重复模式切换的工作；控制器通过检测电压判断电池容量，实现自行切换。该控制器必须将新能源模块的电能先储存进蓄电池，然后再从蓄电池放出，给负载供电，转化效率较低，电池损耗较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供双蓄电池新能源充放电切换控制电路，将在双蓄电池的基础上，结合单蓄电池B型控制器的工作模式，实现新能源模块直接给负载供电，同时将蓄电池的充放电功能分离，即充电电池和放电电池在一个电量循环周期内处于同一工作模式，即充电电池长期处于充电状态，放电电池长期处于放电状态,维持电池电流方向稳定，提高产品安全性，并通过切换电路和控制器，实现蓄电池的充放电自动控制。

双蓄电池新能源充放电切换控制电路，包括切换模块、控制芯片、电量检测模块和电路保护模块，所述电量检测模块和电路保护模块与双蓄电池连接，且电量检测模块和电路保护模块都与控制芯片连接，所述控制芯片与切换模块连接，所述切换模块连接充电回路和放电回路；

所述电路保护模块包括电流检测传感器，蓄电池的电流输入和输出分别连接电流检测传感器的IP+端口和OUTPUT端口，且电流检测传感器的ADC3端口连接控制芯片；

所述电量检测模块包含两个分压电阻组，每个分压电阻组连接一个蓄电池，每个分压电阻包含两个分压电阻，从两个分压电阻之间接线连接到控制芯片；

所述切换模块包含继电器，所述继电器的两组开关分别与控制芯片的D0和D1端口连接。

优选的，所述电路保护模块无电流时ADC3端口电压为0，当电流达到5A时，ADC3端口电压为5V。

优选的，所述切换模块的继电器开关在I/O端口为5V高电平时，电池接入放电回路，I/O端口电压为低电平时，电池接入充电回路。

优选的，所述控制芯片为ATmega328P芯片，所述电流检测传感器的型号为ACS712ELCTR-05B-T。

本实用新型的优点在于：结构简单，使用灵活，将在双蓄电池的基础上，结合单蓄电池B型控制器的工作模式，实现新能源模块直接给负载供电，同时将蓄电池的充放电功能分离，即充电电池和放电电池在一个电量循环周期内处于同一工作模式，即充电电池长期处于充电状态，放电电池长期处于放电状态,维持电池电流方向稳定，提高产品安全性，并通过切换电路和控制器，实现蓄电池的充放电自动控制。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2为本实用新型装置充放电切换控制电路结构示意图；

图3为本实用新型装置中电路保护模块的检测电路图；

图4为本实用新型装置中电量检测模块的电路图；

图5为本实用新型装置中切换模块的电路图；

图6为本实用新型装置中控制芯片的电路图；

图7为本实用新型实施例示意图；

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1至图7所示，双蓄电池新能源充放电切换控制电路，包括切换模块、控制芯片、电量检测模块和电路保护模块，所述电量检测模块和电路保护模块与双蓄电池连接，且电量检测模块和电路保护模块都与控制芯片连接，所述控制芯片与切换模块连接，所述切换模块连接充电回路和放电回路。

设备启动后，电路保护模块进行输出电流检测，检测电路如图3所示，该电路进行放电端口输出电流检测，IP+端口为电流输入端口，OUTPUT端口为电流输出端口。当无电流时，ADC3端口电压为0，当电流达到5A时，ADC3端口电压为5V。用单片机读取ADC3端口的电压，使用程序将电压值换算成电流值，可设置保护电流。当读取到电流值大于等于某个值时，将切断输出，报警提示用户负载电流过大，需要进行调整。

如图4所示，两个电池(BAT_A+和BAT_B+)分别接入两个分压电阻，将12.6V到0V的电压映射为5V到0V，要求同时电流不小于20mA，使用芯片自带的ADC模块进行采集，将采集到的模拟量转换为数字量存入单片机，供程序调用。

如图5所示，将电池(BAT_A+和BAT_B+)接入继电器，开关受I/O端口电压控制，当I/O端口为5V高电平时，电池接入放电回路(IP+)，当I/O端口电压为低电平时，电池接入放充回路。

如图6所示，芯片使用AT公司的ATmega328P芯片，自带ADC模块，以上是最小系统原理图，ADC4和ADC5分别读取电池电压映射的模拟量来判断电池剩余电量，ADC3来读取放电电流大小，通过程序来控制电池通断，保护电路。D0和D1引脚分别控制继电器吸合，让电池接入不同的回路。D2引脚用来读电池电压比较器的输出信号。

具体实施方式及原理：

控制器启动后，切换电路中的检测模块开始工作，对蓄电池的电量进行检测，根据检测结果，确定蓄电池的工作状态。蓄电池有三种工作状态，分别是充电、放电、静置。

2.控制器确认蓄电池对应的工作状态后，将充电工作状态的电池接入充电电路，放电工作状态的电池接入放电电路。

3.充放电控制器将充电或放电信号发送给切换控制电路，用于切换控制电路判断工作状态。

(1)充放电控制器进入充电工作状态时，切换控制器收到充电信号后，将充电回路接通，充电模块通过控制器对蓄电池进行充电。

(2)充放电控制器进入放电工作状态时，切换控制器收到放电信号后，将放电回路接通，放电模块通过控制器对蓄电池进行放电。

(3)充电状态的蓄电池充满电后，切换电路中的检测模块检测到蓄电池充满的信号，开始对放电电池的电量进行检测，放电电池的电量较低满足充电条件,将两个电池充放电模式进行切换。

(4)放电电池电量较低时，切换电路中的检测模块检测到放电蓄电池的低电量信号，开始对充电电池电量进行检测，充电蓄电池电量充满或较多时，将两个电池充放电模式进行切换。

(5)当两个蓄电池都达到满电状态，充电状态电池静置，等待放电电池放电达到一定程度后，再进行充放电模式切换；当两个蓄电池都处于低电量状态，放电状态电池静置，等待充电状态电池电量达到一定程度后，再进行充放电模式切换，同时指示灯提示操作人员进行及时充电。

4.在设备工作状况不满足发电条件时，但负载仍需要电力输出，放电电路保持接通，直到电池放电截止；对应的，负载不需要输出时，在设备工作状况满足发电条件时，充电电路保持接通，直到两个蓄电池充满电后充电截止。

下面以纯太阳能供电的户外冰箱为例，说明本发明的具体方案，如图7所示：

将太阳能控制器负载端接入户外冰箱控制器，充放电端口接入切换控制器。

系统工作后，太阳能组件给电池充电和冰箱供电，能量分配由太阳能控制器控制。放电电池通过太阳能控制器给冰箱供电；充电电池由太阳能组件进行充电，当放电电池电量进入低电量状态，检测充电电池电量是否达到可工作状态，如果达到，进行切换，如果未达到，则停止放电，放电电池进入休眠状态，提示用户尽快充电，同时等待充电电池达到可工作状态进行切换；同样的当充电电池达到满电状态，检测放电电池电量是否过低，如果达到，进行切换，若未达到，则放电电池进入休眠状态，等待放电电池电量降到一定程度，再进行切换。

基于上述，本实用新型在双蓄电池的基础上，结合单蓄电池B型控制器的工作模式，实现新能源模块直接给负载供电，同时将蓄电池的充放电功能分离，即充电电池和放电电池在一个电量循环周期内处于同一工作模式，即充电电池长期处于充电状态，放电电池长期处于放电状态,维持电池电流方向稳定，提高产品安全性，并通过切换电路和控制器，实现蓄电池的充放电自动控制。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (4)

1.双蓄电池新能源充放电切换控制电路，其特征在于，包括切换模块、控制芯片、电量检测模块和电路保护模块，所述电量检测模块和电路保护模块与双蓄电池连接，且电量检测模块和电路保护模块都与控制芯片连接，所述控制芯片与切换模块连接，所述切换模块连接充电回路和放电回路；

所述电路保护模块包括电流检测传感器，蓄电池的电流输入和输出分别连接电流检测传感器的IP+端口和OUTPUT端口，且电流检测传感器的ADC3端口连接控制芯片；

所述电量检测模块包含两个分压电阻组，每个分压电阻组连接一个蓄电池，每个分压电阻包含两个分压电阻，从两个分压电阻之间接线连接到控制芯片；

所述切换模块包含继电器，所述继电器的两组开关分别与控制芯片的D0和D1端口连接。

2.根据权利要求1所述的双蓄电池新能源充放电切换控制电路，其特征在于：所述电路保护模块无电流时ADC3端口电压为0，当电流达到5A时，ADC3端口电压为5V。

3.根据权利要求1所述的双蓄电池新能源充放电切换控制电路，其特征在于：所述切换模块的继电器开关在I/O端口为5V高电平时，电池接入放电回路，I/O端口电压为低电平时，电池接入充电回路。

4.根据权利要求1所述的双蓄电池新能源充放电切换控制电路，其特征在于：所述控制芯片为ATmega328P芯片，所述电流检测传感器的型号为ACS712ELCTR-05B-T。

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