CN219164260U - 一种具有模块化内置电池的光储充电电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有模块化内置电池的光储充电电源，所述具有模块化内置电池的光储充电电源包括MPPT光伏控制器、EMI滤波器、防反接电路、充电电路、模块化电池组、BMS管理模块、智能加热模块、数字控制电路、状态显示模块、第一直流转直流输出电源、第二直流转直流输出电源和第三直流转直流输出电源，MPPT光伏控制器一端与光伏面板电连接，另一端与EMI滤波器电连接，防反接电路的一端与EMI滤波器电连接，另一端与充电器电路电连接，BMS管理模块用于控制模块化电池组，模块化电池组同时与充电电路、智能加热模块、第一直流转直流输出模块、第二直流转直流输出模块和第三直流转直流输出模块电连接，具有降低功耗，便携的优点。

Description

一种具有模块化内置电池的光储充电电源

技术领域

本实用新型涉及光储充电电源技术领域，尤其涉及一种具有模块化内置电池的光储充电电源。

背景技术

电源是将其它形式的能转换成电能并向电路(电子设备)提供电能的装置。电源自“磁生电”原理，由水力、风力、海潮、水坝水压差、太阳能等可再生能源，及烧煤炭、油渣等产生电力来源。常见的电源是干电池(直流电)与家用的110V-220V交流电源。

现有的光储充电电源一般用于大型充电设备，充电的光伏板大，并且存储电源用的蓄电池也较大，同时现有的光储充电电源防反接电路一般采用二极管电源防反接方案，这种方案存在压降和功耗过大的问题。

所以提供一种具有模块化内置电池的光储充电电源，能够解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，现有的光储充电电源一般用于大型充电设备，充电的光伏板大，并且存储电源用的蓄电池也较大，同时现有的光储充电电源防反接电路一般采用二极管电源防反接方案，这种方案压降和功耗过大，所以提供一种具有模块化内置电池的光储充电电源，所述具有模块化内置电池的光储充电电源包括：

包括MPPT光伏控制器、EMI滤波器、防反接电路、充电电路、模块化电池组、BMS管理模块、智能加热模块、数字控制电路、状态显示模块、第一直流转直流输出电源、第二直流转直流输出电源和第三直流转直流输出电源，所述MPPT光伏控制器一端与光伏面板电连接，另一端与所述EMI滤波器电连接，所述防反接电路的一端与所述EMI滤波器电连接，另一端与所述充电电路电连接，所述BMS管理模块用于控制所述模块化电池组，所述模块化电池组同时与所述充电电路、智能加热模块、第一直流转直流输出模块、第二直流转直流输出模块和第三直流转直流输出模块电连接，所述智能加热模块与所述数字控制电路电连接，所述数字控制电路与所述状态显示模块电连接。

进一步地，所述EMI滤波器用于减小电磁干扰。

进一步地，所述防反接电路包括保险丝、第一电容、第二电容、第三电容、功率MOS管、第一二极管、第二二极管、第三二极管和防反接控制器，所述保险丝的一端与输入端电连接，所述保险丝的另一端同时与所述第三电容、第一二极管和功率MOS管电连接，所述功率MOS管同时与所述防反接控制器的IN引脚、所述防反接控制器的GATE引脚、所述防反接控制器的OUT引脚、第一电容、第二二极管和第二电容电连接，所述第一二极管同时与第三二极管、所述防反接控制器的OFF引脚、所述防反接控制器的GND引脚电连接，所述第三电容、第三二极管、第一电容、第二二极管和第二电容同时与输入端电连接。

进一步地，所述MPPT光伏控制器包括BUCK-BOOST变换器、PWM驱动和DSP微控制器，所述BUCK-BOOST变换器的一端与所述光伏面板电连接，所述BUCK-BOOST变换器的另一端与所述充电电路电连接，所述光伏面板和所述充电电路还同时与所述DSP微控制器电连接，所述DSP微控制器、所述PWM驱动和所述DSP微控制器依次电连接。

进一步地，所述模块化电池组包括48个单体18650锂电池，每个所述单体18650锂电池均设置有充放电均衡电路，所述智能加热模块设置在所述模块化电池组一侧，所述智能加热模块用于加热所述模块化电池组。

进一步地，所述数字控制电路用于控制电源的输出、电池加热功能输出、输出过压保护、输出过流保护点的设定和输出电压的设定。

进一步地，所述光伏面板为级联组合式光伏板。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

1.本实用新型次用了级联组合式光伏板，具有体积较小的有点，其防反接电路采用了功率MOS管，功率MOS管内阻小，能够达到降低功耗的效果，本实用新型采用了智能加热模块对模块化电池组进行加热，能够扩大模块化电池组的使用范围。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型EMI滤波器的电路图；

图3是本实用新型防反接电路的电路图；

图4是本实用新型MPPT光伏控制器组成框图；

图5是本实用新型充电电路的电路图；

图6是本实用新型数字控制电路的电路图；

图7是第一直流转直流输出电源的电路图；

图8是第二直流转直流输出电源的电路图；

图9是第二直流转直流输出电源的电源接口示意图；

图10是BMS管理模块原理图；

图11是充电过程示意图。

具体实施方式

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，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例

请参阅说明书附图，本实施例中所要解决的技术问题在于，现有的光储充电电源一般用于大型充电设备，充电的光伏板大，并且存储电源用的蓄电池也较大，同时现有的光储充电电源防反接电路一般采用二极管电源防反接方案，这种方案压降和功耗过大，所以提供一种具有模块化内置电池的光储充电电源，所述具有模块化内置电池的光储充电电源包括：

MPPT光伏控制器、EMI滤波器、防反接电路、充电电路、模块化电池组、BMS管理模块、智能加热模块、数字控制电路、状态显示模块、第一直流转直流输出电源、第二直流转直流输出电源和第三直流转直流输出电源，MPPT光伏控制器一端与光伏面板电连接，另一端与EMI滤波器电连接，防反接电路的一端与EMI滤波器电连接，另一端与充电电路电连接，BMS管理模块用于控制模块化电池组，模块化电池组同时与充电电路、智能加热模块、第一直流转直流输出模块、第二直流转直流输出模块和第三直流转直流输出模块电连接，智能加热模块与数字控制电路电连接，数字控制电路与状态显示模块电连接。

EMI滤波器用于减小电磁干扰，EMI滤波电路采用两级共模滤波方案，由电感和电容无源器件组成，其目的减小电磁干扰，滤波电路参考说明书附图2。

参考说明书附图3，防反接电路包括保险丝F1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、功率MOS管Q1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和防反接控制器U1，保险丝F的一端与输入端电连接，保险丝F的另一端同时与第三电容、第一二极管和功率MOS管电连接，功率MOS管同时与防反接控制器的IN引脚、防反接控制器的GATE引脚、防反接控制器的OUT引脚、第一电容、第二二极管和第二电容电连接，第一二极管同时与第三二极管、防反接控制器的OFF引脚、防反接控制器的GND引脚电连接，第三电容、第三二极管、第一电容、第二二极管和第二电容同时与输入端电连接，本实施例中该电路用了MOS管的开关特性以及内部的体二极管规划防反接电路，由于功率MOS管的内阻很小，Rds(on)现已可以做到毫欧级，处理了现有选用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题；当输入反接时，MOS管Q1不导通，通过体二极管实现防反接保护而不损坏任何器件；当输入正接时，MOS管Q1导通，大大减小了导通时的损耗。

参考说明书附图4，MPPT光伏控制器包括BUCK-BOOST变换器、PWM驱动和DSP微控制器，BUCK-BOOST变换器的一端与光伏面板电连接，BUCK-BOOST变换器的另一端与充电电路电连接，光伏面板和充电电路还同时与DSP微控制器电连接，DSP微控制器、PWM驱动和DSP微控制器依次电连接；MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”(Maximum Power PointTracking)光伏控制器，是传统光伏板充放电控制器的升级换代产品。MPPT控制器能够实时侦测光伏能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。应用于太阳能光伏系统中，协调光伏电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。光伏电池的输出功率与MPPT控制器的工作电压有关，只有工作在最合适的电压下，它的输出功率才会有个唯一的最大值。

MPPT控制器主要功能：检测主回路直流电压及输出电流，计算出光伏板阵列的输出功率，并实现对最大功率点的追踪。对电池电压、电流进行检测，所检测的信号经运放电路处理后送控制器进行AD转换完成电池电压检测。控制器根据充电控制要求结合所取样的充电电流与电压的大小，改变PWM的占空比D。当D上升时，充电电流上升，反之下降，以实现对电池充电电流的控制；同时可以实现根据光伏阵列的输出电压随输出电流的变化的发电特性。而且，电路中PWM占空比调节可以使光伏阵列的输出达到最佳状态。在输出电压基本稳定的条件下，通过改变MOSFET的占空比，来改变通过电阻的平均电流，因此产生了电流的扰动。同时，光伏电池的输出电流电压亦将随之变化，通过测量扰动前后光伏电池输出功率和电压的变化，以决定下一周期的扰动方向，当扰动方向正确时太阳能光能板输出功率增加，下周期继续朝同一方向扰动，反之，朝反方向扰动，如此，反复进行着扰动与观察来使太阳能光电板输出达最大功率点。

模块化电池组包括48个单体18650锂电池，每个单体18650锂电池均设置有充放电均衡电路，智能加热模块设置在模块化电池组一侧，智能加热模块用于加热模块化电池组。

数字控制电路用于控制电源的输出、电池加热功能输出、输出过压保护、输出过流保护点的设定和输出电压的设定，参考说明书附图6，主控芯片采用带有10位A/D的40引脚高性能增强型闪存单片机。

XS7为充电器输出电压电流采样，通过单片机内部的A/D采样电路，实时监测充电器输出电压电流；XS5为控制器输入信号，输入电源使能输出启动信号，控制电源模块的开和关、输出电压调节。XS3输出状态驱动信号，外接LED指示当前充电状态，实时显示充电进程。

电池侧的上位机的串口发送和接收数据TDX1、TDX2、RDX1、RDX2通过接插件XS1通过232电平转换芯片U3和单片机通讯，监测电池的电压、电流、容量以及电池内部温度。当检测到电池内部温度过低，不适于给电池充电，则驱动继电器启动加温电源，当温度符合时，再启动充电器输出，给电池充电。

充电电路的负载为9.6～16.8V的42Ah的锂电池。充电电源采用一款输出电压可调的电源模块，通过采样输出电流建立电流负反馈电路调节电源模块的TRIM脚来实现恒流充电功能。原理图参考说明书附图5。

A1电源模块的最高输出电压通过U6、U4调节至16.8V。PWM_U信号通过U6整形成幅度为3V的PWM波，通过双积分电路转换成模拟电压，通过U4B的隔离控制电源TRIM脚电压调节。CH/EN信号可以控制电源模块A1的开启和关闭；同时充电模块1的输出接MOS管Q1，防止充电器未开启但接入电池的情况下对充电器的反灌。

U2为电流采样芯片，通过采样R1电阻上的压降，放大50倍。即当电阻上流过的电流为10A时，R1上的压降为10A×4mΩ＝0.04V，经过50倍放大后，

Isen＝Io×R1×50＝2V

采样到的Isen通过U4运放组成PID调节器，从而控制对电源TRIM脚电压调节，最终实现恒流。恒流控制为MCU过来的PWM_I信号，通过U6整形，R26、C3、R27、C16的双积分电路，变成恒流控制基准电压，可改变恒流电流的大小。理论上可以实现恒流0～15A之间的任意调节。

当充电电池端电压大于16V后，由于受线损的影响，充电电源1输出端接近16.8V，开始从恒流模式转换为恒压模式，随着电池端充电电压的上升，充电电流逐渐减小。充电线缆的线损随着充电电流的减小其压降也逐渐减小，并最终将把电池充满至16.8V的设定电压值。

光伏面板为级联组合式光伏板。

第一直流转直流输出电源分两路输出，其内部采用Buck拓扑，将输入降压成需要的输出电压。每路输出电压为5V，输出额定电流为3.6A，采用USB输出接口，两路可同时工作，其电路图参考说明书附图7。

第二直流转直流输出电源为单路可控输出，其内部采用Buck-Boost拓扑，将输入电压转换成需要的输出电压，参考说明书附图8.

输出接口采用航插，引脚为3个，分别充电+、充电-和电池识别引脚，参考说明书附图9。

不同类型的电池，内部识别电阻R的阻值大小均不同，等同于电池型号标识。被充电电池通过航插接入光储充电电源箱对应插座后，首先通过测量电池内部R的阻值识别电池型号，经电源箱智能判别后，输出自动设置成对应型号电池充电所需的电压电流。

充电输出电压为DC3.6V、7.2V、14.4V、25.2V等，对应于单节、双串、四串、七串等电池组的充电。

BMS管理模块内部采用专用充放电管理芯片，集成了高效充电管理模块、放电管理模块、电量检测及LED指示模块，按键检测模块，及电芯保护模块。采用高效的开关充电方式，最大充电电流达3A；放电模块采用同步降压方式，效率高达95％，具有高达3A的放电能力；保护功能强大使电池充放电非常安全、多种参数可调以满足不同应用、使用非常活灵，其电路图参考说明书附图10。

芯片对电池充电分为三个阶段：涓流(trickle)、恒流(CC/Constant Current)、恒压(CV/Constant Voltage)过程，恒流充电电流通过外部电阻决定。当芯片温度超过120℃时，充电电流减小，其附图参考说明书附图11。

降压模块采用同步Buck结构，5V输出，最大可输出电流3A。放电部分具有自动检测负载进入放电和轻载时进入待机模式，放电时具有电池电量过低保护功能。

芯片集成强大的保护功能：芯片过温，输入过流，输出限流，输入过压，输入欠压，电池过放，超时充电，放电输出过压，电池温度检测，防倒灌,充电放电启动防浪涌，电池过压。并能在出现错误情况报警。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种具有模块化内置电池的光储充电电源，其特征在于，包括MPPT光伏控制器、EMI滤波器、防反接电路、充电电路、模块化电池组、BMS管理模块、智能加热模块、数字控制电路、状态显示模块、第一直流转直流输出电源、第二直流转直流输出电源和第三直流转直流输出电源，所述MPPT光伏控制器一端与光伏面板电连接，另一端与所述EMI滤波器电连接，所述防反接电路的一端与所述EMI滤波器电连接，另一端与所述充电电路电连接，所述BMS管理模块用于控制所述模块化电池组，所述模块化电池组同时与所述充电电路、智能加热模块、第一直流转直流输出模块、第二直流转直流输出模块和第三直流转直流输出模块电连接，所述智能加热模块与所述数字控制电路电连接，所述数字控制电路与所述状态显示模块电连接。

2.根据权利要求1所述的具有模块化内置电池的光储充电电源，其特征在于，所述EMI滤波器用于减小电磁干扰。

3.根据权利要求2所述的具有模块化内置电池的光储充电电源，其特征在于，所述防反接电路包括保险丝、第一电容、第二电容、第三电容、功率MOS管、第一二极管、第二二极管、第三二极管和防反接控制器，所述保险丝的一端与输入端电连接，所述保险丝的另一端同时与所述第三电容、第一二极管和功率MOS管电连接，所述功率MOS管同时与所述防反接控制器的IN引脚、所述防反接控制器的GATE引脚、所述防反接控制器的OUT引脚、第一电容、第二二极管和第二电容电连接，所述第一二极管同时与第三二极管、所述防反接控制器的OFF引脚、所述防反接控制器的GND引脚电连接，所述第三电容、第三二极管、第一电容、第二二极管和第二电容同时与输入端电连接。

4.根据权利要求3所述的具有模块化内置电池的光储充电电源，其特征在于，所述MPPT光伏控制器包括BUCK-BOOST变换器、PWM驱动和DSP微控制器，所述BUCK-BOOST变换器的一端与所述光伏面板电连接，所述BUCK-BOOST变换器的另一端与所述充电电路电连接，所述光伏面板和所述充电电路还同时与所述DSP微控制器电连接，所述DSP微控制器、所述PWM驱动和所述DSP微控制器依次电连接。

5.根据权利要求4所述的具有模块化内置电池的光储充电电源，其特征在于，所述模块化电池组包括48个单体18650锂电池，每个所述单体18650锂电池均设置有充放电均衡电路，所述智能加热模块设置在所述模块化电池组一侧，所述智能加热模块用于加热所述模块化电池组。

6.根据权利要求5所述的具有模块化内置电池的光储充电电源，其特征在于，所述数字控制电路用于控制电源的输出、电池加热功能输出、输出过压保护、输出过流保护点的设定和输出电压的设定。

7.根据权利要求6所述的具有模块化内置电池的光储充电电源，其特征在于，所述光伏面板为级联组合式光伏板。

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