一种充放电合路器及供电系统的制作方法

本发明涉及电池充放电技术领域，特别是涉及一种充放电合路器及供电系统。

背景技术：

随着信息技术和数据业务的快速发展，特别是3g、4g网络的飞速发展，通信基站的负载数量增多且呈现多样性，建设初期配置的电池组已经不能满足增加的负载的需求，在这种情况下，需要增配电池组以保证通信基站电源的可靠性供电。但这也就难免会出现电池组存在差异(例如电池电压、内阻不同)的问题。另外，现有技术中电池组是在直接并联后与直流母线连接，通过直流母线为负载供电或者通过直流母线充电，由于电池组的充放电电压、电阻不同，在电池组进行充放电时，电池组之间可能会出现压差进而使得电池组之间相互放电，可能会烧坏电池组，安全性和可靠性低。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种充放电合路器及供电系统，各个电池组之间无需直接并联，不管电池组之间存不存在压差，均不存在电池组之间相互放电的情况，安全性和可靠性高。另外，本申请能够根据各个电池组的差异来对各个电池组的充电电压和充放电电流进行单独设置，在保证各个电池组性能稳定的前提下使得各个电池组得到最大化的利用。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种充放电合路器，应用于供电系统，所述供电系统包括n个电池组，n为正整数，所述充放电合路器包括n个与所述电池组一一对应、用于根据预设充放电电压和预设充放电电流对与其对应的电池组的充放电进行控制的充放电模块，每个充放电模块的一端和与其对应的电池组连接，每个充放电模块的另一端与直流母线连接。

优选地，所述充放电模块包括：

微控制单元mcu和与所述mcu连接的充放电执行模块，所述mcu用于根据预设充放电电压和预设充放电电流并通过所述充放电执行模块对与其对应的电池组的充放电进行控制。

优选地，所述充放电执行模块包括第一pmos及其驱动电路、第二pmos及其驱动电路、第三pmos及其驱动电路、第四pmos及其驱动电路、第五pmos及其驱动电路、第六pmos及其驱动电路、nmos及其驱动电路、第八pmos及其驱动电路、电感、稳压电容和二极管，且各个mos管均包括寄生二极管，其中：

所述mcu分别通过各个mos管的驱动电路对应与各个mos管的栅极连接，所述第一pmos的漏极与所述第八pmos的漏极连接，所述第八pmos的源极分别与所述直流母线的正母线、所述稳压电容的正端及所述第六pmos的源极连接，所述第六pmos的漏极与所述第五pmos的漏极连接，所述第五pmos的源极分别与所述第二pmos的漏极及所述电感的第一端连接，所述电感的第二端分别与所述第一pmos的源极、所述第四pmos的源极、所述nmos的漏极及所述二极管的阴极连接，所述第四pmos的漏极与所述第三pmos的漏极连接，所述第三pmos的源极分别与所述第二pmos的源极及对应的电池组的正极连接，所述nmos的源极分别与所述二极管的阳极、所述电池组的负极、所述直流母线的负母线及所述稳压电容的负端连接。

优选地，所述充放电执行模块包括第一nmos及其驱动电路、第二nmos及其驱动电路、第三nmos及其驱动电路、第四nmos及其驱动电路、第五nmos及其驱动电路、第六nmos及其驱动电路、pmos及其驱动电路、第八nmos及其驱动电路、电感、稳压电容和二极管，且各个mos管均包括寄生二极管，其中：

所述mcu分别通过各个mos管的驱动电路对应与各个mos管的栅极连接，所述第一nmos的源极分别与对应的电池组的负极及所述第三nmos的源极连接，所述第一nmos的漏极分别与所述电感的第一端及所述第八

nmos的源极连接，所述第八nmos的漏极与所述第二nmos的漏极连接，所述第二nmos的源极分别与所述第六nmos的源极、所述稳压电容的负端及所述直流母线的负母线连接，所述第三nmos的漏极与所述第四nmos的漏极连接，所述第四nmos的源极分别与所述电感的第二端、所述第五nmos的源极、所述pmos的源极及所述二极管的阳极连接，所述第五nmos的漏极与所述第六nmos的漏极连接，所述pmos的漏极分别与对应的电池组的正极、所述二极管的阴极、所述稳压电容的正端及所述直流母线的正母线连接。

优选地，所述充放电合路器还包括充放电模块控制器，所述充放电模块控制器包括：

处理模块及分别与所述处理模块连接的参数设置模块和通信模块，所述参数设置模块用于通过所述处理模块对各个所述电池组的预设充放电电压和预设充放电电流进行设置或者修改，所述处理模块用于通过所述通信模块将重新设置后的预设充放电电压和预设充放电电流发送至对应的mcu。

优选地，所述参数设置模块还用于对各个电池组的类型进行设置；

所述mcu还用于在电池组放电时，根据各个电池组的类型及预设优先级控制电池组的放电顺序。

优选地，所述充放电模块控制器还包括：

与所述处理模块连接的显示模块，用于显示所述参数设置模块设置的预设充放电电压和预设充放电电流。

优选地，所述充放电模块还包括：

用于检测与所述充放电模块对应的电池组的电压的电池组电压检测电路；

用于检测与所述充放电模块对应的电池组的充放电电流的电流检测电路；

用于检测所述直流母线的电压的直流母线电压检测电路；

所述mcu还分别与所述电压检测电路、电流检测电路连接及所述直流母线电压检测电路连接，用于将所述电池组的电压、所述电池组的充放电电流及所述直流母线的电压发送至所述处理模块；

所述显示模块还用于通过所述处理模块接收所述电池组的电压、所述电池组的充放电电流及所述直流母线的电压并显示。

优选地，所述电流检测电路包括：

设置在与所述充放电模块对应的电池组的负极侧、用于检测第一充放电电流的第一检流电阻；

输入端与所述第一检流电阻连接、输出端与所述mcu连接的第一电流检测电路；

设置在与所述直流母线负母线侧、用于检测第二充放电电流的第二检流电阻；

输入端与所述第二检流电阻连接、输出端与所述mcu连接的第二电流检测电路；

所述mcu用于将所述第一充放电电流和所述第二充放电电流发送至所述处理模块，以便所述显示模块对所述第一充放电电流和所述第二充放电电流进行显示。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种供电系统，包括n个电池组，n为正整数，还包括如上述项所述的充放电合路器。

本发明提供了一种充放电合路器，应用于供电系统，供电系统包括n个电池组，n为正整数，充放电合路器包括n个与电池组一一对应、用于根据预设充放电电压和预设充放电电流对与其对应的电池组的充放电进行控制的充放电模块，每个充放电模块的一端与其对应的电池组连接，每个充放电模块的另一端与直流母线连接。

可见，本申请中，各个电池组通过与其对应的充放电模块连接至直流母线，充放电模块能够控制与其对应的电池组的充放电，各个电池组之间无需直接并联，不管电池组之间存不存在压差，均不存在电池组之间相互放电的情况，安全性和可靠性高。另外，本申请能够根据各个电池组的差异来对各个电池组的充电电压和充放电电流进行单独设置，在保证各个电池组性能稳定的前提下使得各个电池组得到最大化的利用。

本申请提供的一种供电系统具有同样的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种充放电合路器的结构示意图；

图2为本发明提供的一种充放电执行模块的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种充放电执行模块的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种充放电合路器及供电系统，各个电池组之间无需直接并联，不管电池组之间存不存在压差，均不存在电池组之间相互放电的情况，安全性和可靠性高。另外，本申请能够根据各个电池组的差异来对各个电池组的充电电压和充放电电流进行单独设置，在保证各个电池组性能稳定的前提下使得各个电池组得到最大化的利用。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种充放电合路器的结构示意图，该充放电合路器应用于供电系统，供电系统包括n个电池组，n为正整数，充放电合路器包括n个与电池组一一对应、用于根据预设充放电电压和预设充放电电流对与其对应的电池组的充放电进行控制的充放电模块1，每个充放电模块1的一端和与其对应的电池组连接，每个充放电模块1的另一端与直流母线连接。

具体地，本申请在每个电池组与直流母线之间均设置了一个充放电模块1，充放电模块1可视为两端口网络，一端直接通过导线挂在直流母线上，另一端通过导线接到电池组的正负极上，充放电模块1用来对电池组的充放电进行控制。这里的充放电控制包括充放电是否进行以及当进行充放电时，充放电的电压和电流的大小。

这样，首先不需要各个电池组像现有技术中一样并联连接，也就间接地避免了由于并联的电池组之间出现压差而出现环流的情况的发生。另外，面对不同类型的电池组之间或者同种类型电池组使用时间不同而造成电池组之间的差异时，本申请也能通过充放电模块1对与其对应的电池组的充放电电流和充放电电压进行独立设置，在保证各个电池组性能稳定的前提下使得各个电池组得到最大化的利用，提高了供电系统的效率。

本发明提供了一种充放电合路器，应用于供电系统，供电系统包括n个电池组，n为正整数，充放电合路器包括n个与电池组一一对应、用于根据预设充放电电压和预设充放电电流对与其对应的电池组的充放电进行控制的充放电模块，每个充放电模块的一端与其对应的电池组连接，每个充放电模块的另一端与直流母线连接。

可见，本申请中，各个电池组通过与其对应的充放电模块连接至直流母线，充放电模块能够控制与其对应的电池组的充放电，各个电池组之间无需直接并联，不管电池组之间存不存在压差，均不存在电池组之间相互放电的情况，安全性和可靠性高。另外，本申请能够根据各个电池组的差异来对各个电池组的充电电压和充放电电流进行单独设置，在保证各个电池组性能稳定的前提下使得各个电池组得到最大化的利用。

在上一实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，充放电模块1包括：

微控制单元mcu和与mcu连接的充放电执行模块，mcu用于根据预设充放电电压和预设充放电电流并通过充放电执行模块对与其对应的电池组的充放电进行控制。

具体地，mcu中设置有该电池组的预设充放电电压和预设充放电电流，这里的预设充放电电压和预设充放电电流可以是出厂时设置的，也可以是出厂后根据实际需要重置的，本申请在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，充放电执行模块包括第一pmosq11及其驱动电路、第二pmosq12及其驱动电路、第三pmosq13及其驱动电路、第四pmosq14及其驱动电路、第五pmosq15及其驱动电路、第六pmosq16及其驱动电路、nmosq17及其驱动电路、第八pmosq18及其驱动电路、电感l、稳压电容c和二极管d17，且各个mos管均包括寄生二极管，其中：

mcu分别通过各个mos管的驱动电路对应与各个mos管的栅极连接，第一pmosq11的漏极与第八pmos的漏极连接，第八pmos的源极分别与直流母线的正母线、稳压电容c的正端及第六pmosq16的源极连接，第六pmosq16的漏极与第五pmosq15的漏极连接，第五pmosq15的源极分别与第二pmosq12的漏极及电感l的第一端连接，电感l的第二端分别与第一pmosq11的源极、第四pmosq14的源极、nmos的漏极及二极管d17的阴极连接，第四pmosq14的漏极与第三pmosq13的漏极连接，第三pmosq13的源极分别与第二pmosq12的源极及对应的电池组的正极连接，nmos的源极分别与二极管d17的阳极、电池组的负极、直流母线的负母线及稳压电容c的负端连接。

请参照图2，图2为本发明提供的一种充放电执行模块的结构示意图。

具体地，充放电执行模块包括直流母线对电池组充电的buck拓扑结构、电池组对直流母线放电的buck&boost拓扑结构，mcu通过控制相应的mos管来实现直流母线对电池组充电时或者电池组对直流母线放电时的充放电电流及电压的控制。

具体地，直流母线对电池组充电阶段，充放电模块1采用buck降压拓扑结构：nmosq17、第三pmosq13、第四pmosq14、第五pmosq15、第六pmosq16处于关断状态，第二pmosq12处于导通状态，mcu输出pwm信号控制第一pmosq11和第八pmosq18的通断。第一pmosq11和第八pmosq18同时导通阶段，电流由直流母线—第八pmosq18—第一pmosq11—电感l—第二pmosq12—电池组—第一检流电阻—第二检流电阻—直流母线，电感l储存能量；第一pmosq11和第八pmosq18同时关断阶段，电流由电感l—第二pmosq12—电池组—第一检流电阻—二极管d17—电感l，电感l释放能量。

电池组通过充放电模块1对直流母线放电阶段，充放电模块1为放电boost拓扑结构，电池组电压最高的充放电模块1对直流母线输出为恒压输出，其他电池组对应的充放电模块1为恒流输出。

多个电池组(n不小于2)对直流母线放电时，充放电模块1采用了boost升压拓扑结构：第三pmosq13、第四pmosq14、第五pmosq15、第六pmosq16处于关断状态，第二pmosq12处于导通状态，mcu输出pwm信号控制nmos管q17、第一pmosq11和第八pmosq18的通断。第一pmosq11和第八pmosq18同时处于关断状态，nmos管q17处于导通状态，电流由电池组—第二pmosq12—电感l—nmos管q17—第一检流电阻—电池组，电感l储存能量；第一pmosq11和第八pmosq18同时处于导通状态，nmos管q17处于关断状态，电流由电池组—第二pmosq12—电感l—第一pmosq11—第八pmosq18—直流母线—第二检流电阻—第一检流电阻—电池组，电感l释放能量。

单个电池组对直流母线放电阶段，充放电模块1采用了buck降压拓扑结构：nmos管q17、第一pmosq11、第八pmosq18、第二pmosq12处于关断状态，第五pmosq15、第六pmosq16处于导通状态，mcu输出pwm信号控制第三pmosq13、第四pmosq14的通断。第三pmosq13、第四pmosq14处于导通状态，电流由电池组—第三pmosq13—第四pmosq14—电感l—第五pmosq15—第六pmosq16—直流母线—第二检流电阻—第一检流电阻—电池组，电感l储存能量；第三pmosq13、第四pmosq14处于关断状态，电流由电感l—第五pmosq15—第六pmosq16—直流母线—第二检流电阻—二极管d17—电感l，电感l释放能量。

mcu通过控制相应mos管的导通和关断实现电池组对直流母线的充放电，且能实现电池组对直流母线的充放电的无缝切换；还通过控制pwm信号的占空比来实现对充放电电流的大小的控制。

作为一种优选地实施例，充放电执行模块包括第一nmosq21及其驱动电路、第二nmosq22及其驱动电路、第三nmosq23及其驱动电路、第四nmosq24及其驱动电路、第五nmosq25及其驱动电路、第六nmosq26及其驱动电路、pmosq27及其驱动电路、第八nmosq28及其驱动电路、电感l、稳压电容c和二极管d27，且各个mos管均包括寄生二极管，其中：

mcu分别通过各个mos管的驱动电路对应与各个mos管的栅极连接，第一nmosq21的源极分别与对应的电池组的负极及第三nmosq23的源极连接，第一nmosq21的漏极分别与电感l的第一端及第八nmosq28的源极连接，第八nmosq28的漏极与第二nmosq22的漏极连接，第二nmosq22的源极分别与第六nmosq26的源极、稳压电容c的负端及直流母线的负母线连接，第三nmosq23的漏极与第四nmosq24的漏极连接，第四nmosq24的源极分别与电感l的第二端、第五nmosq25的源极、pmos的源极及二极管d27的阳极连接，第五nmosq25的漏极与第六nmosq26的漏极连接，pmosq27的漏极分别与对应的电池组的正极、二极管d27的阴极、稳压电源的正端及直流母线的正母线连接。

请参照图3，图3为本发明提供的另一种充放电执行模块的结构示意图。

本实施例中的充放电执行模块的工作原理与上述实施例中的充放电执行模块的工作原理相同，只是一个是将充放电执行模块设置在电池与直流母线之间的正极线上，一个将充放电执行模块设置在电池与直流母线之间的负极线上，具有如上述实施例相同的有益效果。

作为一种优选地实施例，充放电合路器还包括充放电模块控制器，充放电模块控制器包括：

处理模块及分别与处理模块连接的参数设置模块和通信模块，参数设置模块用于通过处理模块对各个电池组的预设充放电电压和预设充放电电流进行设置或者修改，处理模块用于通过通信模块将重新设置后的预设充放电电压和预设充放电电流发送至对应的mcu。

通常情况下，充放电模块1的mcu中会内置有一个初始的预设充放电电压和预设充放电电流，但在实际应用中，随着电池组的使用时间越来越长或者外界工作环境的变化，其性能也会发生变化，为了使得电池组能够处于最优工作状态，本申请提供的充放电合路器还包括充放电模块控制器，用户通过其根据实际需要对充放电模块1的预设充放电电压和预设充放电电流进行设置或者修改。

另外，这里的通信模块可以为rs485通信模块，也就可以为其他类型的通信模块，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

另外，这里的参数设置模块可以为按键控制电路，用户可以通过按键来继续预设充放电电压和预设充放电电流的设置。当然，这里的参数设置模块还可以为其他类型的参数设置模块，例如触摸屏，本发明在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，参数设置模块还用于对各个电池组的类型进行设置；

mcu还用于在电池组放电时，根据各个电池组的类型及预设优先级控制电池组的放电顺序。

具体地，考虑到不同类型的电池组，其充放电性能也是不同的，当面对n个电池组包括多种类型的电池组时，为最大化的利用各个电池组，本申请中的充放电模块控制器还具有电池组优先级设置功能，例如当电池组包括铅酸电池组和锂电池组时，为了发挥锂电池组循环性能好的优势，可以将这里的预设优先级为锂电池—铅酸电池，mcu在接收到参数设置模块设置的电池组的类型后，会根据预设优先级控制锂电池优先放电。

作为一种优选地实施例，充放电模块控制器还包括：

与处理模块连接的显示模块，用于显示参数设置模块设置的预设充放电电压和预设充放电电流。

为方便用户能够直观的看到自己当前设置的预设充放电电压和预设充放电电流，这里的充放电模块控制器还包括显示模块，用来显示参数设置模块设置的预设充放电电压和预设充放电电流，提高了用户体验。

另外，这里的显示模块可以为led显示模块，也可以为液晶显示屏，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，充放电模块1还包括：

用于检测与充放电模块1对应的电池组的电压的电池组电压检测电路；

用于检测与充放电模块1对应的电池组的充放电电流的电流检测电路；

用于检测直流母线的电压的直流母线电压检测电路；

mcu还分别与电压检测电路、电流检测电路连接及直流母线电压检测电路连接，用于将电池组的电压、电池组的充放电电流及直流母线的电压发送至处理模块；

显示模块还用于通过处理模块接收电池组的电压、电池组的充放电电流及直流母线的电压并显示。

具体地，充放电模块1还对电池组的电压、充放电电流及直流母线的电压进行采集，并在显示模块上进行显示，以便用户及时了解电池组的充放电电压及电流，便于调整预设充放电电压和预设充放电电流。

充放电模块1还包括led显示模块，用于显示电池组的电量等。

作为一种优选地实施例，电流检测电路包括：

设置在与充放电模块1对应的电池组的负极侧、用于检测第一充放电电流的第一检流电阻；

输入端与第一检流电阻连接、输出端与mcu连接的第一电流检测电路；

设置在与直流母线负母线侧、用于检测第二充放电电流的第二检流电阻；

输入端与第二检流电阻连接、输出端与mcu连接的第二电流检测电路；

mcu用于将第一充放电电流和第二充放电电流发送至处理模块，以便显示模块对第一充放电电流和第二充放电电流进行显示。

具体地，本申请中采用检流电阻来实现对电流的采集，成本低且体积小。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种供电系统，包括n个电池组，n为正整数，还包括如上述项的充放电合路器。

对于本发明提供的供电系统的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。