一种基于微控制器的功率选择模块及组合模块的制作方法

1.本实用新型属于电池功率控制领域，尤其涉及一种基于微控制器的功率选择模块及组合模块。


背景技术：

2.目前，公知的可控功率开关器件只能够实现单一线路的双向导通，甚至是单一线路的单向导通，并不能实现多线路选择导通，如此导致在功率应用中，无法通过单一模块实现多向、多线路的选择性导通。例如在电池储能应用中，电池模组需要就实际应用需求进行充电、放电、空载保护等工作模式在同一时间的单一或复合应用。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在解决上述问题，提供一种不仅能够实现单线路的单双向导通，还可以实现多线路的单双向导通以及隔离导通的基于微控制器的功率选择模块及组合模块。
4.本实用新型所述基于微控制器的功率选择模块，设置有通讯总线接口、功率应用端、功率输入端和功率输出端；
5.包括控制器和驱动电路；驱动电路是与控制器相匹配的相应的驱动电路；
6.所述控制器设置有开关控制线；
7.所述驱动电路包括三个电子控制开关，分别为第一电子控制开关k1、第二电子控制开关k2和第三电子控制开关k3；
8.每个所述电子控制开关均设置有两个连接端和一个控制信号端；
9.每个所述电子控制开关的控制信号端均与前述开关控制线相电连接；
10.所述第一电子控制开关k1的一连接端与功率应用端相电连接，另一连接端与前述功率输出端相电连接；
11.所述第二电子控制开关k2的一连接端与功率应用端相电连接，另一连接端与前述功率输入端相电连接；
12.所述第三电子控制开关k3的一连接端与功率输入端相电连接，另一连接端与前述功率输出端相电连接。
13.通过三个电子控制开关的控制信号端分别对三个电子控制开关进行打开、闭合控制。三个电子控制开关的开闭控制可由控制器进行控制，也可经通讯总线接口通过通讯总线接受上位计算机控制指令进行传输控制。通讯总线可选择包括ethernet、canbus、uart、iic、spi、zigbee等所有可进行数字信号传输的串行、并行、有线、无线的通讯总线。
14.进一步，本实用新型所述基于微控制器的功率选择模块，所述控制器采用mcu或dsp或plc或fpga或soc或可编程逻辑器件；对于控制器或可编程逻辑器件的选择根据具体的应用场景对于硬件性能的需求确定。
15.进一步，本实用新型所述基于微控制器的功率选择模块，所述控制器为8位或16位或32位控制器；对于控制器的处理位数的选择根据具体的应用场景对于硬件性能的需求确
定。
16.进一步，本实用新型所述基于微控制器的功率选择模块，所述电子控制开关采用固态开关或电磁开关或光电开关。
17.进一步，本实用新型所述基于微控制器的功率选择模块，所述电子控制开关的开关器件采用开关三极管或达林顿管或igbt或mos功率开关或单向可控硅晶体管或双向可控硅晶体管。
18.进一步，本实用新型所述基于微控制器的功率选择模块，所述电子控制开关的开关器件采用单向可控硅晶体管时，导通方向为：第一电子控制开关k1：功率应用端
→
功率输出端；第二电子控制开关k2：功率输入端
→
功率应用端；第三电子控制开关k3：功率输入端
→
功率输出端。
19.本实用新型所述基于微控制器的功率选择组合模块，设置有通讯控制总线接口；
20.包括若干个基于微控制器的功率选择模块；
21.每个所述功率选择模块均设置有通讯总线接口、功率应用端、功率输入端和功率输出端；
22.每个所述功率选择模块的通讯总线接口均与前述通讯控制总线接口相电连接；
23.每个所述功率选择模块均包括控制器和驱动电路；
24.所述控制器设置有开关控制线；
25.所述驱动电路包括三个电子控制开关，分别为第一电子控制开关k1、第二电子控制开关k2和第三电子控制开关k3；
26.每个所述电子控制开关均设置有两个连接端和一个控制信号端；
27.每个所述电子控制开关的控制信号端均与前述开关控制线相电连接；
28.所述第一电子控制开关k1的一连接端与功率应用端相电连接，另一连接端与前述功率输出端相电连接；
29.所述第二电子控制开关k2的一连接端与功率应用端相电连接，另一连接端与前述功率输入端相电连接；
30.所述第三电子控制开关k3的一连接端与功率输入端相电连接，另一连接端与前述功率输出端相电连接。
31.组合模块由多个功率选择模块进行结构组合形成，如此一个模块控制一组电气参数的功率线路，并最终可实现多种不同电气参数的功率线路的选择开关应用。因此，组合模块可实现为一个或者多个储能模组提供不同电气性能的功率模式管理。该模块组合既可以由其中某一个功率选择模块的控制器进行统一管理控制，以实现模块组合的独立应用，同时也可以由上位主控计算机通过通讯控制总线进行统一管理与控制。
32.本实用新型所述基于微控制器的功率选择模块及组合模块，由控制器以及相应的驱动电路组成，通过控制信号端对电子控制开关进行打开、闭合控制。电子控制开关的开闭控制可由控制器进行控制，也可通过通讯总线接受上位计算机控制指令进行传输控制，不仅可以实现单线路的单双向导通，还可以实现多线路的单双向导通以及隔离导通，电路结构简单，控制效率高。
33.由于实现可多路隔离开关选择功能，其单独使用可实现同电源（或同电参电源的）分立或组合应用；其组合使用可实现不同电源（或阶梯电参电源）的分立或组合应用。
附图说明
34.图1为本实用新型所述基于微控制器的功率选择模块结构示意图；
35.图2为本实用新型实施例所述基于微控制器的功率选择模块结构示意图；
36.图3为本实用新型所述基于微控制器的功率选择组合模块结构示意图；
37.图4为本实用新型实施例所述基于微控制器的功率选择组合模块结构示意图。
具体实施方式
38.下面通过附图及实施例对本实用新型所述基于微控制器的功率选择模块及组合模块进行详细说明。
39.实施例一
40.本公开实施例所述基于微控制器的功率选择模块，如图1所示，设置有通讯总线comm bus接口、功率应用端p0、功率输入端p_in和功率输出端p_out；包括控制器u1和驱动电路；驱动电路是与控制器u1相匹配的相应的驱动电路；所述控制器u1设置有开关控制线；所述驱动电路包括三个电子控制开关，分别为第一电子控制开关k1、第二电子控制开关k2和第三电子控制开关k3；每个所述电子控制开关均设置有两个连接端和一个控制信号端c；每个所述电子控制开关的控制信号端c均与前述开关控制线相电连接；所述第一电子控制开关k1的一连接端与功率应用端p0相电连接，另一连接端与前述功率输出端p_out相电连接；所述第二电子控制开关k2的一连接端与功率应用端p0相电连接，另一连接端与前述功率输入端p_in相电连接；所述第三电子控制开关k3的一连接端与功率输入端p_in相电连接，另一连接端与前述功率输出端p_out相电连接。c1对第一电子控制开关k1进行开闭合控制；c2对第二电子控制开关k2进行开闭合控制；c3对第三电子控制开关k3进行开闭合控制。
41.通过三个电子控制开关的控制信号端分别对三个电子控制开关进行打开、闭合控制。三个电子控制开关的开闭控制可由控制器进行控制，也可经通讯总线接口通过通讯总线接受上位计算机控制指令进行传输控制。
42.在本公开实施例中，如图2所示，选用多个本实施例所述功率选择模块并列设置，每一个功率选择模块的通讯总线接口均与主控计算机相电连接；每一个功率选择模块的功率应用端均连接一独立的储能模组（电池单元），以实现对这一储能模组的独立控制；每一个功率选择模块的功率输入端均与总功率输入总线相连接；每一功率选择模块的功率输出端均与总功率输出总线相连接。
43.本实用新型所述控制器可采用mcu或dsp或plc或fpga或soc或可编程逻辑器件；所述控制器可选用为8位或16位或32位控制器；所述电子控制开关采用固态开关或电磁开关或光电开关。所述电子控制开关的开关器件采用开关三极管或达林顿管或igbt或mos功率开关或单向可控硅晶体管或双向可控硅晶体管。在本公开实施例中控制器选用stm32f103；开关器件选用kd2300。在实际应用中，对于控制器、电子控制开关的选择可根据具体的应用场景对于硬件性能的需求进行调整。
44.本公开实施例中的功率选择模块可实现的控制模式如下表1所示：
[0045][0046]
实施例二
[0047]
本公开实施例所述基于微控制器的功率选择组合模块设置有通讯控制总线接口；如图3所示，包括x个基于微控制器的功率选择模块；每个所述功率选择模块均设置有通讯总线接口comm bus、功率应用端p0、功率输入端p_in和功率输出端p_out；每个所述功率选择模块的通讯总线接口均与前述通讯控制总线接口相电连接；每个所述功率选择模块均包括控制器和驱动电路；所述控制器设置有开关控制线；
[0048]
所述驱动电路包括三个电子控制开关，分别为第一电子控制开关k1、第二电子控制开关k2和第三电子控制开关k3；每个所述电子控制开关均设置有两个连接端和一个控制信号端c；每个所述电子控制开关的控制信号端c均与前述开关控制线相电连接；所述第一电子控制开关k1的一连接端与功率应用端p0相电连接，另一连接端与前述功率输出端p_out相电连接；所述第二电子控制开关k2的一连接端与功率应用端p0相电连接，另一连接端与前述功率输入端p_in相电连接；所述第三电子控制开关k3的一连接端与功率输入端p_in相电连接，另一连接端与前述功率输出端p_out相电连接。c1对第一电子控制开关k1进行开闭合控制；c2对第二电子控制开关k2进行开闭合控制；c3对第三电子控制开关k3进行开闭合控制。
[0049]
通过三个电子控制开关的控制信号端分别对三个电子控制开关进行打开、闭合控制。三个电子控制开关的开闭控制可由控制器进行控制，也可经通讯总线接口通过通讯总线接受上位计算机控制指令进行传输控制。
[0050]
组合模块中一个功率选择模块控制一组电气参数的功率线路，并最终可实现多种不同电气参数的功率线路的选择开关应用。因此，组合模块可实现为一个或者多个储能模组提供不同电气性能的功率模式管理。该模块组合既可以由其中某一个功率选择模块的控制器进行统一管理控制，以实现模块组合的独立应用，同时也可以由上位主控计算机通过通讯控制总线进行统一管理与控制。
[0051]
如图4所示，在本公开实施例中公开由三个模块组合的实施方式，对由1#、2#、3#三个电芯组成的串联电池组进行功率控制。假设每个电芯的充电电压与放电电压均为5v，则模块1、模块2、模块3分别连接15v输入/输出电源，10v输入/输出电源，5v输入/输出电源，以
实现对各个电芯的功率输入与输出的控制。控制效果如下表2所示：
[0052]