CN217427741U - 一种光控高隔离低功耗自取电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光控高隔离低功耗自取电电路，其中，稳压二极管、分压电阻、稳压电容互相并联后与光敏电阻串联后与储能器件并联，且上述稳压二极管、分压电阻、稳压电容并联的公共端通过限流电阻连接到电力电子开关器件的门极，电力电子开关器件的另外两级与稳压电源串联后与储能器件并联，稳压电源给控制器供电，控制器控制驱动电路，控制继电器的开断。

Description

一种光控高隔离低功耗自取电电路

技术领域

本实用新型涉及电池储能系统技术领域，特别是涉及一种适合电池储能系统的光控高隔离低功耗自取电电路。

背景技术

近年来，电池储能技术获得了快速的发展和应用。其中模块化电池储能系统避免了功率开关器件和储能电池的直接大规模串联，可扩展性强，输出电能质量好，模块化易于维护，是实现大容量电池储能的最有前景的形式之一。

级联H桥(Cascaded H Bridge-CHB)电池储能系统和模块化多电平(ModulaMulti-Level Converter-MMC)电池储能系统是模块化电池储能系统的两种典型形式。CHB储能系统和MMC储能系统的最小单元均为储能子模块，而储能子模块由储能子模块控制板控制。储能子模块控制板供电通常采用菊花链式供电，也即，直流电源给第一储能子模块控制板供电，第一储能子模块控制板通过隔离电源产生直流电压给第二储能子模块控制板供电，第二储能子模块控制板通过隔离电源产生直流电压给第三储能子模块控制板供电……倒数第二储能子模块控制板通过隔离电源产生直流电压给倒数第一储能子模块控制板供电。

但是随着电池储能系统的电压等级的提高，对子模块控制板隔离电源的隔离电压产生较大的要求，传统的子模块控制板供电方式无法难以在高压电池储能系统中。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种光控高隔离低功耗自取电电路，以解决传统的电池储能子模块控制板供电方式难以应用在高压电池储能系统中的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供一种光控高隔离低功耗自取电电路，包括储能器件、光敏电阻、稳压二极管、分压电阻、稳压电容、限流电阻、电力电子开关器件、稳压电源、控制器、驱动电路和继电器，其中：

所述储能器件的正极连接所述光敏电阻的第一端和所述电力电子开关器件的阳极，所述储能器件的负极连接所述稳压二极管的阳极、所述分压电阻的第二端、所述稳压电容的第二端和所述稳压电源的电压输入负极，所述光敏电阻的第二端连接所述稳压二极管的阴极、所述分压电阻的一端、所述稳压电容的第一端和所述限流电阻的第二端，所述电力电子开关器件的门极连接所述限流电阻的第一端，所述电力电子开关器件的阴极连接所述继电器的电压输出正极，所述继电器的电压输出负极连接所述稳压电源的电压输入正极，所述稳压电源的电压输出正极连接所述控制器的电压输入正极，所述稳压电源的电压输出负极连接所述控制器的电压输入负极，所述控制器的控制信号输出端连接所述驱动电路的第三端，所述驱动电路的第一端连接所述继电器的电压输入正极，所述驱动电路的第二端连接所述继电器的电压输入负极。

可选地，所述储能器件为蓄电池。

可选地，所述电力电子开关器件为晶体闸流管。

可选地，所述稳压电源的输入电压为直流且输出电压为直流，所述稳压电源的电压输入正极为直流电压输入正极，所述稳压电源的电压输入负极为直流电压输入负极，所述稳压电源的电压输出正极为直流电压输出正极，所述稳压电源的电压输出负极为直流电压输出负极。

可选地，所述控制器为直流供电器件，所述控制器的电压输入正极为直流电压输入正极，所述控制器的电压输入负极为直流电压输入负极。

可选地，所述继电器为常闭型继电器，当所述继电器的电压输入正极和所述继电器的电压输入负极的电压相等时，所述继电器的电压输出正极和所述继电器的电压输出负极的电压相等。

本实用新型上述自取电电路，当电路处于静置状态时，使光敏电阻处于暗处，光敏电阻的阻值远大于分压电阻，此时流过限流电阻的电流很小，电力电子开关器件(晶体闸流管)处于闭合状态；要使控制器启动，只要使光敏电阻处于亮处，此时光敏电阻阻值大幅下降，此时分压电阻分到的电压会增大，流过限流电阻的电流会超过晶体闸流管的开启电流，晶体闸流管导通，使稳压电源工作，此时控制器开启，只要使晶体闸流管电流保持在维持电流之上，则晶体闸流管可以一直保持开通状态，因此在晶体闸流管导通后光敏电阻无需一直处于亮处；要使控制器关闭，只要使控制器对驱动器发出关闭信号，使继电器断开，晶体闸流管无电流流过，因此关闭。稳压二极管的作用是使稳压值低于晶体闸流管的门极最大耐压，起到保护晶体闸流管的作用。稳压电容可以防止误触发。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型可以解决传统的电池储能子模块控制板供电方式难以应用在高压电池储能系统中的不足，传统的电池储能子模块控制板供电方式需要与外部的电源和控制系统进行电气上的连接，绝缘强度有限，不适用于高压应用的场合。本实用新型的电路拓扑供电是由储能模块的电源提供，通过光路进行隔离控制，因此解决了传统的电池储能子模块控制板供电隔离强度较低的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一实施例中自取电电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

请参阅图1，本实施例中提供一种光控高隔离低功耗自取电电路，包括储能器件Bat、光敏电阻R1、稳压二极管Z1、分压电阻R2、稳压电容C1、限流电阻R3、电力电子开关器件SCR1、稳压电源U1、控制器U2、驱动电路U3和继电器CJ1，储能器件Bat的第一端连接光敏电阻R1的第一端和电力电子开关器件SCR1的第一端，储能器件Bat的第二端连接稳压二极管Z1的第二端、分压电阻R2的第二端、稳压电容C1的第二端和稳压电源U1的第二端，光敏电阻R1的第二端连接稳压二极管Z1的第一端、分压电阻R2的第一端、稳压电容C1的第一端和限流电阻R3的第二端，电力电子开关器件SCR1的第二端连接限流电阻R3的第一端，电力电子开关器件SCR1的第三端连接继电器CJ1的第一端，继电器CJ1的第二端连接稳压电源U1的第一端，稳压电源U1的第三端连接控制器U2的第一端，稳压电源U1的第四端连接控制器U2的第二端，控制器U2的第三端连接驱动电路U3的第三端，驱动电路U3的第一端连接继电器CJ1的第三端，驱动电路U3的第二端连接继电器CJ1的第四端。

可以理解，储能器件Bat的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，储能器件Bat为蓄电池，储能器件Bat的第一端为蓄电池正极，储能器件Bat的第二端为蓄电池负极。进一步地，可采用钛酸锂电池作为储能器件U。在一个较为详细的实施例中，所采用高的钛酸锂电池的额定电压48V，标称容量55Ah。

具体地，本实施例的方案中，稳压二极管Z1的第一端为稳压二极管阴极，稳压二极管Z1的第二端为稳压二极管阳极。

具体地，本实施例的方案中，电力电子开关器件SCR1为晶体闸流管，电力电子开关器件SCR1的第一端为晶体闸流管阳极，电力电子开关器件SCR1的第二端为晶体闸流管门极，电力电子开关器件SCR1的第三端为晶体闸流管阴极。

具体地，晶体闸流管(Thyristor)又称做可控硅整流器，曾被简称为可控硅。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。在一个较为详细的实施例中，采用型号为BT168GWF115的晶闸管，其能承受的最大关断电压为600V，其可允许通过的连续导通电流为18A，其触发电流为450uA，其门极触发电压为0.8V。

应当指出的是，稳压二极管Z1的稳压值应低于电力电子开关器件SCR1的触发极的最大耐压，才能起到保护电力电子开关器件SCR1的作用。在一个较为详细的实施例中，采用型号为ZMM3V3的稳压二极管，其稳压值为3.3V。

具体地，稳压电容C1用于防止误触发，在一个具体的实施例中，选取稳压电容为0.1uF。

具体地，本实施例的方案中，稳压电源U1的输入电压为直流且输出电压为直流，稳压电源U1的第一端为稳压电源U1的直流电压输入正极，稳压电源U1的第二端为稳压电源U1的直流电压输入负极，稳压电源U1的第三端为稳压电源的U1直流电压输出正极，稳压电源U1的第四端为稳压电源U1的直流电压输出负极。在一个具体的实施例中，稳压电源U1输入电压为48V，输出电压为24V。

具体地，本实施例的方案中，控制器U2为直流供电器件，控制器U2的第一端为控制器U2的直流电压输入正极，控制器U2的第二端为控制器U2的直流电压输入负极，控制器U2的第三端为控制器U2的控制信号输出端。在一个具体的实施例中，控制器U2的功率为10W，输入电压为24V。

具体地，本实施例的方案中，驱动电路U3第一端为驱动电路U3的输出电压正极，驱动电路U3第二端为驱动电路U3的输出电压负极，驱动电路U3第三端为驱动电路U3的控制信号输入端。在一个具体的实施例中，驱动电路U3为BL8023H。

具体地，本实施例的方案中，继电器CJ1第一端为继电器CJ1的电压输出正极，继电器CJ1第二端为继电器CJ1的电压输出负极，继电器CJ1第三端为继电器CJ1的电压输入正极，继电器CJ1第四端为继电器的CJ1电压输入负极。

更进一步地，本实施例的方案中，继电器CJ1为常闭型继电器，也即，当继电器CJ1第三端和继电器CJ1第四端电压相等时，继电器CJ1第一端和继电器CJ1第二端电压相等。

具体地，光敏电阻R1，分压电阻R2，限流电阻R3阻值需要互相配合，以保证光敏电阻R1在暗处时电子开关器件SCR1不被触发，而光敏电阻R1在亮处时电子开关器件SCR1触发导通。在一个具体的实施例中，选取光敏电阻R1为GL5539，其在暗处电阻为10MΩ，在亮处电阻为50kΩ-100kΩ，分压电阻R2为10kΩ，限流电阻R3为1kΩ。

本实用新型上述实施例中，稳压二极管Z1、分压电阻R2、稳压电容C1互相并联后，与光敏电阻R1串联后与储能器件Bat并联，且上述稳压二极管Z1、分压电阻R2、稳压电容C1并联的公共端通过限流电阻R3连接到电力电子开关器件SCR1的门极，电力电子开关器件SCR1的另外两级与稳压电源U1串联后与储能器件Bat并联，稳压电源U1给控制器U2供电，控制器U2控制驱动电路U3，控制继电器CJ1的开断。具体地，当电路处于静置状态时，使光敏电阻R1处于暗处，光敏电阻R1的阻值远大于分压电阻R2，此时流过限流电阻R3的电流很小，晶体闸流管SCR1处于闭合状态；要使控制器U2启动，只要使光敏电阻R1处于亮处，此时光敏电阻R1阻值大幅下降，此时分压电阻R2分到的电压会增大，流过限流电阻R3的电流会超过晶体闸流管SCR1的开启电流，晶体闸流管SCR1导通，使稳压电源U1工作，此时控制器U2开启，只要使晶体闸流管SCR1电流保持在维持电流之上，则晶体闸流管SCR1可以一直保持开通状态，因此在晶体闸流管导通后光敏电阻R1无需一直处于亮处；要使控制器U2关闭，只要使控制器U2对驱动器U3发出关闭信号，使继电器CJ1断开，晶体闸流管无电流流过，因此关闭。

在一具体优选实施例中，上述各器件可以按以下参数和选型：

控制器功率10W，输入电压为24V的控制器U2供电；

高的钛酸锂电池的额定电压48V，标称容量55Ah；

电力电子开关器SCR1采用型号为BT168GWF115的晶闸管，其能承受的最大关断电压为600V，其可允许通过的连续导通电流为18A，其触发电流为450uA，其门极触发电压为0.8V；

稳压二极管Z1采用型号为ZMM3V3的稳压二极管，其稳压值为3.3V，以防止门极电压过高，稳压电容C1选取稳压电容为0.1uF，用于防止误触发；

光敏电阻R1，分压电阻R2，限流电阻R3阻值需要互相配合，以保证光敏电阻R1在暗处时电子开关器件SCR1不被触发，而光敏电阻R1在亮处时电子开关器件SCR1触发导通；

本光敏电阻R1为GL5539，其在暗处电阻为10MΩ，在亮处电阻为50kΩ-100kΩ，分压电阻R2为10kΩ，限流电阻R3为1kΩ；

稳压电源U1为输入电压为48V直流电压，输出电压为24V直流电压；

驱动电路U3选取BL8023H；

继电器CJ1选取常闭型继电器。

当然，以上仅仅是一个优选实施例，在其他实施例中，各器件也可以选择其他型号和其他参数，具体根据实际应用的需要确定。

传统的电池储能子模块控制板供电方式需要与外部的电源和控制系统进行电气上的连接，存在隔离的隐患。本实用新型上述的电路拓扑，供电是由储能模块的电源提供，控制方式是光敏电阻处的亮暗变化，因此解决了传统的电池储能子模块控制板供电方式的问题。

本实用新型上述实施例具有高隔离、低功耗的有点，具体的，高隔离体现在该取电电路的供电来自储能单元的电源，自取电的状态仅需要靠光敏电阻处的亮暗环境来控制，与控制信号处无直接的电气连接；低功耗体现在该自取电电路在静置状态时光敏电阻阻值很大，电路整体的功率消耗很小。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (6)

1.一种光控高隔离低功耗自取电电路，其特征在于，包括储能器件、光敏电阻、稳压二极管、分压电阻、稳压电容、限流电阻、电力电子开关器件、稳压电源、控制器、驱动电路和继电器，其中：

所述储能器件的正极连接所述光敏电阻的第一端和所述电力电子开关器件的阳极，所述储能器件的负极连接所述稳压二极管的阳极、所述分压电阻的第二端、所述稳压电容的第二端和所述稳压电源的电压输入负极，所述光敏电阻的第二端连接所述稳压二极管的阴极、所述分压电阻的一端、所述稳压电容的第一端和所述限流电阻的第二端，所述电力电子开关器件的门极连接所述限流电阻的第一端，所述电力电子开关器件的阴极连接所述继电器的电压输出正极，所述继电器的电压输出负极连接所述稳压电源的电压输入正极，所述稳压电源的电压输出正极连接所述控制器的电压输入正极，所述稳压电源的电压输出负极连接所述控制器的电压输入负极，所述控制器的控制信号输出端连接所述驱动电路的第三端，所述驱动电路的第一端连接所述继电器的电压输入正极，所述驱动电路的第二端连接所述继电器的电压输入负极。

2.根据权利要求1所述的光控高隔离低功耗自取电电路，其特征在于，所述储能器件为蓄电池。

3.根据权利要求1所述的光控高隔离低功耗自取电电路，其特征在于，所述电力电子开关器件为晶体闸流管。

4.根据权利要求1所述的光控高隔离低功耗自取电电路，其特征在于，所述稳压电源的输入电压为直流且输出电压为直流，所述稳压电源的电压输入正极为直流电压输入正极，所述稳压电源的电压输入负极为直流电压输入负极，所述稳压电源的电压输出正极为直流电压输出正极，所述稳压电源的电压输出负极为直流电压输出负极。

5.根据权利要求1所述的光控高隔离低功耗自取电电路，其特征在于，所述控制器为直流供电器件，所述控制器的电压输入正极为直流电压输入正极，所述控制器的电压输入负极为直流电压输入负极。

6.根据权利要求1所述的光控高隔离低功耗自取电电路，其特征在于，所述继电器为常闭型继电器，当所述继电器的电压输入正极和所述继电器的电压输入负极的电压相等时，所述继电器的电压输出正极和所述继电器的电压输出负极的电压相等。

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