CN219349384U - 控制系统和充放电控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及电源控制技术领域，公开了一种控制系统及充放电控制系统，该控制系统包括：控制电路和中位机；所述控制电路包括压力传感器、压电阀、控制器；所述压力传感器用于采集压力信息；所述控制器用于接收压力传感器采集的压力信息，并将所述压力信息发送给中位机；所述中位机用于将所述压力信息发送给上位机，并接收上位机根据所述压力信息生成的压力设定值，将所述压力设定值发送给控制器；所述控制器还用于根据所述压力设定值对所述压电阀进行控制。通过上述方式，本实用新型实施例提高了充放电的安全性。

Description

控制系统和充放电控制系统

技术领域

本实用新型实施例涉及电源控制技术领域，具体涉及一种控制系统和充放电控制系统。

背景技术

节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。

目前，随着锂离子电池的进一步广泛应用，电池的充电变得越来越重要，如何快速和安全的完成电池的充电，成为推广电动汽车的关键。本申请发明人发现，现有的电池充放电系统效率比较低，负载比较大，很难有效的对电池的充放电进行控制。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请实施例提供一种控制系统和充放电控制系统，用于解决现有技术中存在的上述问题。

一方面本实用新型实施例提供的一种控制系统，该控制系统包括：控制电路和中位机；控制电路包括压力传感器、压电阀、控制器；压力传感器用于采集压力信息；控制器用于接收压力传感器采集的压力信息，并将压力信息发送给中位机；中位机用于将压力信息发送给上位机，并接收上位机根据所述压力信息生成的压力设定值，将压力设定值发送给控制器；控制器还用于根据压力设定值对压电阀进行控制。

通过本申请实施例提出的控制系统，一方面减轻了上位机的负荷，大大提高了数据交换的效率。另一方面，由于控制电路集成了压力传感器、压电阀和控制器，取消了PLC端的AI/AO输出模块，降低了元件的空间占用，降低了系统成本。而且，通过中位机进行系统保护，提高了系统的采样及响应速度，避免了上位机离线造成的影响，大大提高了系统的安全性。

一些实施例中，中位机还用于接收上位机发送的压力保护范围；在压力信息超出压力保护范围时，向控制电路发送控制指令，使控制电路关闭所述压电阀。

通过这种方式，中位机可以直接根据压力信息和压力保护范围对压电阀进行控制，将控制电路的安全保护由上位机转移到中位机中进行，一方面可以提高安全保护的效率，避免了通过中位机进行控制造成的延时，另一方面也大大降低上位机的负载。

一些实施例中，控制电路进一步包括转换单元；转换单元用于接收压力信息，并将压力信息转化为数字信号。

通过转换单元与控制电路集成在一起，提高了控制电路的集成度，也提高了压力采集的效率。

一些实施例中，控制电路进一步包括压力显示表；压力显示表与控制器电连接，用于显示压力信息。

通过压力显示表可以更直观的将压力信息进行显示，提高对压电阀进行压力控制的准确性和便利性。

一些实施例中，该控制系统进一步包括上位机；上位机与中位机电连接，用于接收上位机上报的控制电路状态信息；上位机根据控制电路状态信息向中位机发送控制指令。

通过中位机周期性向上位机上报压电阀的状态信息，使上位机在掌握压电阀状态的同时，降低了获取压电阀状态的负担。

一些实施例中，该控制系统包括多个控制电路；多个控制电路分别与中位机电连接。通过提高控制电路的集成化程度，实现了控制电路与中位机的直接通信，中位机可以直接对压电阀进行控制，提高了系统对电池充放电的控制能力。

一些实施例中，该控制系统包括多个中位机；多个中位机分别与上位机电连接。通过这种方式减轻了上位机的负荷，大大提高了数据交换的效率。

另一方面，本申请实施例还提出一种充放电控制系统，包括电源和上述实施例提出的控制系统，该控制系统用于对电源的充放电进行控制。

通过本申请实施例提出的控制系统和充放电控制系统，一方面减轻了上位机的负荷，大大提高了数据交换的效率。另一方面，由于控制电路集成了压力传感器、压电阀和控制器，取消了PLC端的AI/AO输出模块，降低了元件的空间占用，降低了系统成本。而且，通过中位机进行系统保护，提高了系统的采样及响应速度，避免了上位机离线造成的影响，大大提高了系统的安全性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本申请实施例提出的控制系统结构示意图；

图2示出了本申请实施例提出的控制系统电路图；

图3示出了本申请实施例提出的充放电控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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实施例和简化描述，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实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”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；也可以是机械连接，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。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申请实施例中的具体含义。

目前，从市场形势的发展来看，电池的应用越加广泛。电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。

随着电池技术的发展，市场对电池的充电的需求也日益增长，目前电池在进行充放电时，往往存在安全隐患，特别是进行大功率的充放电时，很容易造成电池过热，如果温度过高，很容易造成电池着火甚至发生爆炸，因此，在电池充电过程中，对充电过程进行实时监控，并根据电池的状态实时对充电过程进行控制，变得非常重要。

在电池充放电控制系统中，通常包括上位机、中位机、电源系统和与待充电电池连接的控制电路。上位机与中位机连接，用于接收中位机发送的信息，并根据中位机发送的信息向中位机发送控制指令；中位机与控制系统及电源系统连接，用于对电池的充放电过程进行监测和控制；电源系统用于向电池提供电源；控制系统用于对电池充放电过程进行监控，并将监控信息发送给中位机或上位机，中位机或上位机根据监控信息向控制系统发送控制指令，对电池的充放电过程进行控制。

其中，上位机通常指可以直接发出操控命令的计算机，主要用于对电池充放电系统的总体情况进行监控和调度，上位机通过在屏幕上显示各种信号变化(液压，水位，温度等)，对系统运行的整体情况进行展示。

中位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是微处理器等，具有相应速度快的特点，能够及时获取设备的状态，并对设备状态进行分析后，向设备发出控制指令。通常情况下，上位机发出的命令首先给中位机，中位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。上位机会通过中位机周期性获取设备的状态，中位机则需要适时获取设备的状态信息，并将设备的状态信息发送给上位机。在某些情况下，中位机也可以不通过上位机而直接对设备进行控制。

在概念上，上位机和中位机是相对的概念，一般控制者和提供服务者是上位机，被控制者和被服务者是下位机，也可以理解为主机和从机的关系，但上位机和下位机是可以转换的。

电源系统用于向待充电电池提供能量，电源系统可以为市电系统，也可以储能系统，只要是能够向外提供电源即可，在这里不做限定。

控制电路与上位机、中位机和电源系统连接，用于控制电源系统向待充电电池提供电源，在控制电源充放电过程中，控制电路对电池的状态进行监控，包括电池的温度、压力以及耐受电流的变化等等，以便将上述变化反馈给上位机和中位机，由上位机和中位机对充电过程进行控制。

压电阀是一种新型的压电控制装置，在普通压力阀、流量阀和方向阀上，用比例电磁铁替代原有的控制部分，按输入的电气信号连续地、按比例地对气体的压力、流量或方向进行远距离控制。压电阀一般都具有压力补偿性能，输出压力和流量可以不受负载变化的影响。在本申请实施例提出的控制系统中，控制电路采用压电阀对电池的充放电过程进行控制。

本申请发明人发现，在现有的对电池进行充放电的过程中，通过专门的PLC(可编程控制器)对电池充放电过程进行控制，上位机需要通过实时获取PLC的报文来获取电池的压力信息，根据压力信息对压电阀进行控制，进而对充放电过程进行压力保护，导致上位机的负载特别大，而且，由于上位机之间通常通过TCP/IP协议进行通信，通信延时比较严重，上位机网线一旦松动，就会导致充放电过程的压力保护失效。同时，由于PLC获取电池的压力值时，需要通过配置专门的AI/AO模块，配置比较复杂，不能对电池的充放电过程进行有效的控制。

本申请实施例提出一种控制系统，通过将压力传感器140、压电阀131和控制器120集成设置成一体的控制电路100，并与中位机200之间建立通信连接，将原来发送给上位机的压力信息发送给中位机200，释放了上位机的负荷。而且，取消了PLC的AI/AO模块，大大降低了硬件成本。由于通过中位机200直接对压电阀131进行控制，本申请实施例能够及时的进行安全控制，消除了安全隐患。

本申请实施例提供的控制系统如图1所示，包括：控制电路100和中位机200，控制电路100包括压力传感器140、压电阀131、控制器120；压力传感器140用于采集压力信息；控制器120用于接收压力传感器140采集的压力信息，并将压力信息发送给中位机200；中位机200用于将压力信息发送给上位机，并接收上位机根据压力信息生成的压力设定值，将压力设定值发送给控制器；控制器120还用于根据压力设定值对压电阀131进行控制。

在对电池进行充放电的过程中，压力传感器140负责对电池的压力进行采集，获取电池的压力信息，并将压力信息发给控制器120。控制器120接收到压力传感器140发送的压力信息后，将压力信息转换为数字信号发送给中位机200。

中位机200与控制电路100之间通过RS485总线或CAN总线连接，控制电路100直接将压力信息写入RS485报文或CAN报文中发送给中位机200，不需要增加额外的信息开支。而且，中位机200通过RS485总线或CAN总线接收控制电路100发送的压力信息，能够保证信息获取的及时性，解决了信息延时的问题。

在系统启动时，中位机获取上位机发送的控制指令，该控制指令包括：压力设定值和压力保护范围等等。中位机将压力设定值发送给控制电路，以便控制电路根据压力设定值对压电阀进行控制；同时，中位机还根据压力保护范围对控制电路进行保护，以便在系统压力超过或者低于设定的门限值时，及时关停压电阀，对系统进行保护。

在控制系统运行过程中，中位机200接收到压力信息后，对压力信息进行判断，确定是否需要对压电阀131进行控制，当压力值超出压力保护范围时，则中位机通过控制器直接将压电阀进行关停。当压力信息在压力保护范围内时，则不需要进行任何处理，将压力信息发送给上位机，供上位机进行处理。

压电阀131用于在控制器120的控制下对电池内部的压力进行控制，对电池内部的压力进行调节，当压力传感器获取的压力信息超过压力设定值时，控制器向压电阀131发送控制信息，通过控制压电阀的阀门开度，对电池内部的压力进行调节。压电阀131可以包括多个，控制器120分别与多个压电阀131进行连接，分别对不同电池或者电池不同位置的压力进行控制。

图2示出了本申请实施例提出的控制系统电路图，控制器120可以采用STM32F103微处理器，也可以采用其他型号的微处理器，该微处理器包括主处理器单元、SPI通信接口单元、配置存储器、测量存储器以及通用输入输出接口单元。测量存储器用于获取压力传感器140获取的压力信息，并将压力信息通过SPI通信接口发送给主处理器，主处理器将压力信息通过RS485接口发送给中位机200。配置存储器用于通过数字控制回路对压电阀131控制开关进行控制，进而控制压电阀131的通断，对电池的压力进行调节。

本申请实施例在对压电阀131的控制过程中，通过中位机200与控制电路100通信，控制电路可以通过控制器根据压力值对压电阀直接进行调节，不需要通过PLC进行控制，上位机也不需要实时获取压电阀131的压力的信息，中位机200只需要周期性向上位机反馈压电阀131的状态信息即可，通过这种方式，一方面减轻了上位机的负荷，使上位机的软件负载减轻了40％左右，现有技术中，一台上位机可以带3000个电源通道，优化后的控制系统，上位机可以带4500个电源通道，大大提高了数据交换的效率。同时，由于控制电路100集成了压力传感器140、压电阀131和控制器120，取消了PLC端的AI/AO输出模块，降低了元件的空间占用，降低了系统成本。而且，通过中位机200进行系统的压力保护，提高了系统的采样及响应速度，避免了上位机离线造成的影响，大大提高了系统的安全性。

一些实施例中，中位机还用于接收上位机发送的压力保护范围，在压力信息超出压力保护范围时，向控制电路发送控制指令，使控制电路关闭压电阀。

在系统启动时，上位机向中位机发送的控制信息中，包括压力保护范围，压力保护范围是指系统中允许的压力范围，包括可允许的压力最大值和压力最小值。当内部压力超过压力最大值时，则说明压力过大，容易产生安全隐患；当内部压力小于压力最小值时，则说明有可能发生线路堵塞；在这两种情况下，无论哪种情况的出现，都会导致出现安全问题，此时，中位机直接向控制系统发送控制指令，将压电阀进行关闭，以防出现问题。

通过这种方式，中位机可以直接根据压力信息和压力保护范围对压电阀进行控制，将控制电路的安全保护由上位机转移到中位机中进行，一方面可以提高安全保护的效率，避免了通过中位机进行控制造成的延时，另一方面也大大降低上位机的负载。

一些实施例中，如图2所示，控制电路100包括转换单元，转换单元用于接收压力信息，并将压力信息转化为数字信号发送给控制器120。通常压力传感器140获得压力信息为模拟信号，通过转换单元可以将压力传感器140获取的模拟信号转换为数字信号，以便控制器120进行处理，该转换单元可以采用型号为AD7656的转换芯片，也可以采用其他型号的芯片，在这里不做限定。通过转换单元与控制电路100集成在一起，提高了控制电路100的集成度，也提高了压力采集的效率。

一些实施例中，控制电路100进一步包括压力显示表110，该压力显示表110与控制器120电连接，用于显示压力信息。压力显示表110可以更直观的将压力信息进行显示，提高对压电阀131进行压力控制的准确性和便利性。

一些实施例中，该控制系统进一步包括上位机300，该上位机300与中位机200电连接，向上位机300上报控制电路状态信息；上位机300根据控制电路状态信息向中位机200发送控制指令。

中位机200周期性向上位机300上报压电阀131的状态信息，使上位机300在掌握压电阀131状态的同时，降低了获取压电阀131状态的负担，通过将对压电阀131的控制转移到中位机200上，大大降低了上位机300的负担，提高了上位机300控制电源通道的能力。

一些实施例中，如图3所示，该控制系统包括多个控制电路100，多个控制电路100分别与中位机200电连接，每个控制电路100可以控制一个或多个电池的充放电。控制电路100与中位机200之间通过RS485总线或CAN总线进行连接，可以大大提高通信的效率和实时性。

本申请实施例通过提高控制电路100的集成化程度，实现了控制电路100与中位机200的直接通信，中位机200可以直接对压电阀131进行控制，提高了系统对电池充放电的控制能力。

一些实施例中，如图3所示，控制系统包括多个中位机200，多个中位机200分别与上位机300电连接。通过这种方式，一方面减轻了上位机300的负荷，使上位机300的软件负载减轻了40％左右，现有技术中，一台上位机300可以带3000个电源通道，优化后的控制系统，上位机300可以带4500个电源通道，大大提高了数据交换的效率。

本申请还提出了一种充放电控制系统，包括电源和上述实施例中提出的控制系统，控制系统用于对电源的充放电进行控制。控制系统对电源的充放电的控制逻辑与上述实施例中相同。

通过本申请实施例提出的控制系统和充放电控制系统，一方面减轻了上位机的负荷，大大提高了数据交换的效率。另一方面，由于控制电路集成了压力传感器、压电阀和控制器，取消了PLC端的AI/AO输出模块，降低了元件的空间占用，降低了系统成本。而且，通过中位机进行系统保护，提高了系统的采样及响应速度，避免了上位机离线造成的影响，大大提高了系统的安全性。

最后应说明的是：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，但这些修改或者替换，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。

Claims (7)

1.一种控制系统，其特征在于，包括：控制电路、中位机和上位机；所述控制电路与所述中位机之间通过RS485总线或CAN总线进行连接；

所述控制电路包括压力传感器、压电阀和控制器；所述压力传感器、压电阀与控制器集成设置成一体的所述控制电路，所述控制器分别与所述压力传感器以及压电阀连接；所述压力传感器用于采集压力信息；所述控制器用于接收所述压力传感器采集的压力信息，并将所述压力信息发送给所述中位机；

所述中位机用于将所述压力信息发送给上位机，并接收所述上位机根据所述压力信息生成的压力设定值，将所述压力设定值发送给所述控制器；

所述控制器还用于根据所述压力设定值对所述压电阀进行控制；

所述上位机与所述中位机电连接，用于接收所述中位机上报的控制电路状态信息；所述上位机根据所述控制电路状态信息向所述中位机发送控制指令。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述中位机还用于接收所述上位机发送的压力保护范围；

在所述压力信息超出所述压力保护范围时，向所述控制电路发送控制指令，使所述控制电路关闭所述压电阀。

3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制电路进一步包括转换单元；

所述转换单元用于接收所述压力信息，并将所述压力信息转化为数字信号。

4.如权利要求1-3任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制电路进一步包括压力显示表；

所述压力显示表与所述控制器电连接，用于显示压力信息。

5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述系统包括多个所述控制电路；

多个所述控制电路分别与所述中位机电连接。

6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述系统包括多个所述中位机；

多个所述中位机分别与所述上位机电连接。

7.一种充放电控制系统，其特征在于，包括电源和如权利要求1-6任一项所述的控制系统；

所述控制系统用于对所述电源的充放电进行控制。

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