电能输出控制电路、储能设备的制作方法

1.本实用新型涉及电池管理的技术领域，尤其涉及一种电能输出控制电路、储能设备。


背景技术：

2.储能设备或其他供电设备在电能输出时，转换电路上的输出电流可能会超过支路上电源的供给限度，因此，需要设置电能输出控制电路，电能输出控制电路可以利用电流采样单元来采样输出电流，若输出电流大于电源的供给限度，则切断转换电路电能输出，避免过大电流通过输出端口输出至支路负载。
3.然而，如果电流采样单元出现故障，转换电路可能输出过大的电流，导致输出控制电路不可靠，如果将不可靠的输出控制电路应用在储能设备中，会导致储能设备或支路负载损坏，存在较大的安全隐患。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种电能输出控制电路和储能设备，解决了当电流采样单元故障时导致的输出控制电路不可靠的问题。
5.根据本技术的第一方面，提供了一种电能输出控制电路，包括：
6.电流采样单元，用于与电压转换电路的电能输出端相连；所述电流采样单元用于采集所述电压转换电路的输出电流；
7.负载模拟电路，并联于所述电压转换电路的电能输出端，所述负载模拟电路包括第一开关模块和功率消耗模块；所述第一开关模块和所述功率消耗模块串联；
8.控制电路，分别与所述电流采样单元以及所述第一开关模块连接，用于在接收到第一控制信号时，控制所述第一开关模块导通，以使所述功率消耗模块、所述电流采样单元和所述电压转换电路的电能输出端形成测试回路；所述控制电路还用于通过所述电流采样单元获取所述电压转换电路的输出电流，在所述第一开关模块处于导通状态且所述输出电流不在预设范围之内时，向所述电压转换电路输出关断信号；所述关断信号用于控制所述电压转换电路停止输出电能。
9.在本技术一些实施例中，基于上述方案，电能输出控制电路还包括驱动电路；所述驱动电路连接于所述控制电路和所述第一开关模块之间；所述驱动电路用于根据所述控制电路的控制以驱动所述第一开关模块导通或者关闭。
10.在本技术一些实施例中，基于上述方案，所述驱动电路包括：
11.第一开关管，所述第一开关管的受控端与所述控制电路的输出端连接，所述第一开关管的第一端接地，所述第一开关管的第二端作为所述驱动电路的输出端；
12.第一电阻，所述第一电阻连接于所述第一开关管的受控端和所述第一开关管的第一端之间。
13.在本技术一些实施例中，基于上述方案，所述驱动电路包括：
14.第一开关管，所述第一开关管的第一端接地，所述第一开关管的第二端作为所述驱动电路的输出端；
15.第一电阻，所述第一电阻连接于所述第一开关管的受控端和所述第一开关管的第一端之间；
16.第一电容，所述第一电容连接于所述第一开关管的受控端和所述第一开关管的第一端之间；
17.第二电阻，所述第二电阻连接于所述控制电路的输出端和所述第一开关管的受控端之间。
18.在本技术一些实施例中，基于上述方案，所述控制电路还用于在所述输出电流满足预设范围时，输出第二控制信号至所述第一开关模块；所述第一开关模块在接收到所述第二控制信号时关断。
19.在本技术一些实施例中，基于上述方案，所述电能输出控制电路还包括：
20.报警电路，所述报警电路与所述控制电路连接；所述控制电路还用于在所述第一开关模块处于导通状态且所述输出电流不在所述预设范围时，生成报警信息；所述报警电路用于在接收到所述报警信息时，通过声、光和电中的至少一种形式进行报警。
21.在本技术一些实施例中，基于上述方案，所述第一开关模块包括：
22.继电器，所述继电器包括线圈和开关部，所述线圈的第一端与所述驱动电路的第二端连接，所述线圈的第二端用于与第一电源连接，所述开关部与所述功率消耗模块串联；所述继电器在所述线圈通电时，闭合所述开关部。
23.在本技术一些实施例中，基于上述方案，所述第一开关模块还包括：
24.二极管，所述二极管的阳极与所述线圈的第一端连接，所述二极管的阴极接所述第一电源，所述二极管在所述继电器关断时形成释放所述线圈的电能的回路。
25.在本技术一些实施例中，基于上述方案，所述功率消耗模块包括：
26.第三电阻，所述第三电阻和所述开关部串联。
27.根据本技术的第二方面，提供了一种储能设备，包括电压转换电路和如上所述的电能输出控制电路。
28.本技术实施例的电能输出控制电路包括电流采样单元、负载模拟电路和控制电路，负载模拟电路包括第一开关模块和功率消耗模块；本技术的控制电路分别与电流采样单元以及第一开关模块连接，用于在接收到第一控制信号时，控制负载模拟电路中的第一开关模块导通，使功率消耗模块、电流采样单元和电压转换电路的电能输出端形成测试回路，控制电路还用于通过电流采样单元获取电压转换电路的输出电流，在第一开关模块处于导通状态且输出电流不在预设范围之内时，确定电流采样单元存在故障，利用控制电路向电压转换电路输出关断信号，控制电压转换电路停止输出电能，解决了输出控制电路不可靠的问题，避免了电流采样单元故障时，输出控制电路仍然控制电压转换电路进行电能输出的情况发生；将本技术的输出控制电路应用在储能设备中，可以避免储能设备在电流采样单元出现故障时导致的安全问题，提高储能设备放电的安全性能。
29.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
30.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。
31.图1是根据一实施例示出的第一种电能输出控制电路的结构示意图。
32.图2是根据一实施例示出的第二种电能输出控制电路的结构示意图。
33.图3是根据一实施例示出的第三种电能输出控制电路的结构示意图。
34.图4是根据一实施例示出的第四种电能输出控制电路的结构示意图。
35.图5是根据一实施例示出的第五种电能输出控制电路的结构示意图。
36.图6是根据一实施例示出的第六种电能输出控制电路的结构示意图。
37.图7是根据一实施例示出的第七种电能输出控制电路的结构示意图。
38.图8是根据一实施例示出的第八种电能输出控制电路的结构示意图。
39.图9是根据一实施例示出的第九种电能输出控制电路的结构示意图。
40.图10是根据一实施例示出的一种储能设备的结构示意图。
41.附图标号说明：
42.110：电流采样单元
43.120：负载模拟电路
44.130：控制电路
45.140：报警电路
46.121：第一开关模块
47.122：功率消耗模块
48.131：驱动电路
49.q1：第一开关管
50.r1～r5：第一电阻～第五电阻
51.c1：第一电容
52.l1：线圈
53.s1：开关部
54.d1：二极管
55.101：电能输出控制电路
56.102：电压转换电路
57.a1-a2：电能输出端
58.b1-b2：用电端口
59.p1：第一电源
60.ct1：电流检测元件
具体实施方式
61.体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范
围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。
62.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
63.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。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实施例中的具体含义。
64.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
65.为了解决电能输出控制电路中电流采样单元发生故障导致的输出控制电路不可靠问题，以及将不可靠的输出控制电路应用在储能设备中，会导致储能设备或支路负载损坏，存在较大的安全隐患的问题。本技术提出了以下方案。
66.本技术实施例提出了电能输出控制电路，图1是根据一实施例示出的第一种电能输出控制电路的结构示意图，如图1所示，该电能输出电路至少包括电流采样单元110、负载模拟电路120和控制电路130。
67.电流采样单元110，用于与电压转换电路102的电能输出端相连，用于采集电压转换电路102的输出电流。
68.在具体实施中，电流采样单元110可以采用霍尔传感器，将霍尔传感器连接在电压转换电路102的电能输出端(a1，a2)的任意一端上。
69.负载模拟电路120，并联于电压转换电路102的电能输出端(a1，a2)，负载模拟电路120包括第一开关模块121和功率消耗模块122，第一开关模块 121和功率消耗模块122串联。负载模拟电路120用于模拟负载，在第一开关模块121导通时，负载模拟电路120相当于一个负载支路，电压转换电路102 为负载支路上的功率消耗模块122供电。
70.控制电路130，与电流采样单元110以及第一开关模块121分别连接，还用于与电压转换电路102连接。用于在接收到第一控制信号时，控制第一开关模块121导通，以使功率消耗模块122、电流采样单元110和电压转换电路 102的电能输出端(a1，a2)形成测试回路；控制电路130还用于通过电流采样单元110获取电压转换电路102的输出电流，在第一开关模块121处于导通状态且输出电流不在预设范围之内时，向电压转换电路102输出关断信号；关断信号用于控制电压转换电路102停止输出电能。
71.其中，第一控制信号可以是控制电路130的上电信号；或控制电路130 接收到的来自用户的故障检测信号；或预设的周期性启动信号，以实现周期性的对电流采样单元110进行故障检测；或电压转换电路102的负载接入信号，在接入负载时，对电流采样单元110进行故障检测。
72.在第一开关模块121处于导通状态且控制电路130获取到的输出电流不在预设范围之内时，可以认定电流采样单元11发生故障；当控制电路130获取到的输出电流的输出电流处于预设范围之内时，可以认定电流采样单元11 正常工作，无故障。在具体实施中，预设
范围可以是输出电流标准值的
±
5％，输出电流标准值是一个预设值，当控制电路130获取到的输出电流不在输出电流标准值的
±
5％内时，可以认定电流采样单元110出现故障。
73.在本技术的实施例中，电压转换电路102的电能输出端(a1，a2)可以与用电端口(b1，b2)连接，本技术的电能输出电路可以设置在电能输出端 (a1，a2)和用电端口(b1，b2)之间。用电端口在使用时可以是连接用电设备的插座，用电端口可以包括正负两端，本技术的电流采样单元110可以连接在电能输出端的正极和用电端口的正极之间，也可以连接在电能输出端的负极和用电端口的负极之间。对应图1，电流采样单元110可以连接在电能输出端a1和用电端口b1之间，也可以连接在电能输出端的a2和用电端口的b2之间。
74.在本技术的实施例中，电压转换电路102是双向变换电路。电压转换电路102可以连接电池包，当通过用电端口(b1，b2)连接负载时，电压转换电路102可以控制电池包的电能转换为负载所需的电能。
75.本技术的用电端口(b1，b2)也可以是充电端口，当用电端口(b1，b2) 是充电端口时，可以通过连接充电端来为电池包充电，此时的电压变换电路 102将充电端的电能转换为电池包的能量。其中，充电端可以是市电充电端，太阳能充电端等。当通过连接充电端来为电池包充电时，可以不需要本技术的输出控制电路进行控制。
76.在本技术的实施例中，可以通过用电端口(b1，b2)连接负载。通过本技术的电能输出电路可以控制电压转换电路102的电能输出端(a1，a2)向用电端口(b1，b2)上连接的负载输出电能。
77.在本技术的实施例中，本技术的控制电路130在接收到第一控制信号时，可以控制第一开关模块121持续保持导通状态，如此设置可以实时检测电流采样单元110的故障情况。在电流采样单元110一出现故障时就中断电压转换电路102输出电能，提高安全性。
78.在本技术的实施例中，由于功率消耗模块本身存在功耗，在第一开关模块121导通时，用电端口(b1，b2)输出的电能会降低，对应的带载能力会受到影响。因此，为了节约功耗同时避免带载能力受影响。本技术的控制电路130可以在确定电流采样单元110的故障情况后，控制第一开关模块121 断开，即控制电路130在接收到第一控制信号时，控制第一开关模块121进行一次导通和关断。或者，控制电路130在接收到第一控制信号时，还可以周期性的控制第一开关模块121进行多次导通和关断。
79.需要说明的是，控制电路130可以在电压转换电路102向外部负载供电之前控制第一开关模块121先导通后关断。此时控制电路130接收到的第一控制信号可以是除电压转换电路102的负载接入信号之外的其他控制信号。
80.下面以控制电路130控制第一开关模块121进行一次导通和关断为例。在用电端口未与外部负载连通时，控制第一开关模块121先导通，功率消耗模块122、与电流采样单元110和电压转换电路102形成测试回路，电流采样单元110采集该测试回路的电流即电压转换电路102当前的输出电流，进而可以根据采集到的输出电流确定电流采样单元110是否故障。若电流采样单元110故障，控制电路130则输出第一控制信号，令电压转换电路102禁止向负载供电，当输出控制电路应用在储能设备上时，可以为电压转换电路102 所在的储能设备提供双重安全控制，避免在电流采样单元110故障的情况下错误地输出过大电流，造成安全隐患。在该实施例中，控制电路130在电流采样单元110电流采集完成后，控制第一开关模块121关断，避免功率消耗模块持续消耗电压转换电路102电能，造成资源浪费。其中，控
制电路130 可以输出第二控制信号至第一开关模块，第一开关模块在接收到第二控制信号时关断。
81.控制电路130也可以在电压转换电路102开始向外部负载供电时控制第一开关模块121先导通后关断。例如，在用电端口与外部负载连通时，控制电路在接收到第一控制信号时，控制第一开关模块121导通，电流采样单元 110采集电压转换电路102的当前输出电流即功率消耗模块122和外部负载这两个并联支路的电流之和，进而可以根据采集到的输出电流确定电流采样单元110是否故障。若电流采样单元110故障，功率消耗模块122可以对外部负载分流，避免在电流采样单元110故障的情况下错误地输出过大电流，造成安全隐患。控制电路130可以在电流采样单元110故障修复后，控制第一开关模块121关断，避免功率消耗模块122持续消耗电压转换电路102电能，造成资源浪费。
82.电流采样单元110可以作为输出控制电路的第一重安全屏障，当电流采样单元110正常工作时，输出控制电路可以根据电流采样单元110采集到的输出电流的大小来触发控制电路130，若采集到的输出电流不满足预设要求，控制电路130就可以控制电压转换电路102停止输出电能。但是如果出现电流采样单元110本身有故障的情况时，电流采样单元110采集到的电流是不准确的。此时就无法触发控制电路或者出现错误触发的情况，而无法触发或错误触发控制电路都将导致输出控制电路不可靠。将不可控的输出控制电路应用于储能设备，可能会导致输出过大的电流，使得储能设备或支路负载损坏，存在较大的安全隐患。
83.而本技术的方案还加入了第二道安全屏障，本技术通过在接收到第一控制信号时，控制负载模拟电路中的第一开关模块导通，使功率消耗模块、电流采样单元和电压转换电路102的电能输出端形成测试回路，控制电路还用于通过电流采样单元获取电压转换电路102的输出电流，在第一开关模块处于导通状态且输出电流不在预设范围之内时，确定电流采样单元存在故障，利用控制电路向电压转换电路102输出关断信号，控制电压转换电路102停止输出电能，以此提高了输出控制电路的可靠性，当应用于储能设备时，可以提高储能设备放电的安全性能。
84.图2是根据一实施例示出的第二种电能输出控制电路的结构示意图，如图2所示，在图1的基础上，电能输出控制电路还包括驱动电路131。
85.驱动电路131连接于控制电路130和所述第一开关模块121之间；驱动电路用于根据控制电路130的控制以驱动第一开关模块121的导通或者关闭。
86.可选的，驱动电路131可以采用三极管、mos管、开关继电器等开关器件。
87.在具体实施中，控制电路130可以复用电压转换电路102所在储能设备的控制板中总控mcu(单片机)，利用总控mcu(单片机)对驱动电路131 进行控制。也可以使用独立mcu，利用独立mcu(单片机)对驱动电路131 进行控制；其中，独立mcu连接总控mcu。
88.利用第二种电能输出控制电路，在添加了驱动电路131后，可以实现控制电路130对第一开关模块121的稳定控制，提高电路的稳定性。
89.图3是根据一实施例示出的第三种电能输出控制电路的结构示意图，如图3所示，在图2的基础上，驱动电路131包括第一开关管q1以及第一电阻r1。
90.第一开关管q1的第一端接地，第一开关管q1的第二端作为驱动电路 131的输出端与负载模拟电路120中的第一开关模块121连接；第一开关管 q1的受控端与控制电路130的
输出端、第一电阻r1的第一端连接，第一电阻r1的第二端与第一开关管q1的第一端连接。
91.在具体实施中，第一开关管q1可以采用npn型三极管或者n沟道mos 管，控制电路130输出高电平信号时，第一开关管q1导通。
92.在本实施例中，控制电路130分别与电压转换电路102和电流采样单元 110连接，控制电路130通过电流采样单元110获取输出电流，在输出电流不满足预设范围时，控制电路130输出第一控制信号，用于控制第一开关管q1 导通，之后第一开关管q1控制负载模拟电路120开启，从而中断电压转换电路102的电能输出端a1、a2向用电端口b1、b2输出电能。
93.图4是根据一实施例示出的第四种电能输出控制电路的结构示意图，如图4所示，为了对驱动电路131进行优化，相较于图3，本实施例驱动电路 131在包括第一开关管q1和第一电阻r1的基础上还包括第一电容c1及第二电阻r2。
94.第一开关管q1的第一端接地，第一开关管q1的第二端作为驱动电路 131的输出端与负载模拟电路120中的第一开关模块121连接；第一开关管 q1的受控端与第一电阻r1的第一端、第一电容c1的第一端、第二电阻r2 的第一端连接，第一电阻r1的第二端、第一电容c1的第一端均与第一开关管q1的第一端连接，第二电阻r2的第二端与控制电路130连接，第二电阻 r2的第二端作为驱动电路131的输出端。在本实施例中，第一电容c1用于滤波，第二电阻r2用于限流。
95.本实施例中，在控制电路130与负载模拟电路120之间，设置第一开关管q1、第一电阻r1、第一电容c1及第二电阻r2，设置第二电阻对控制电路130输出的信号进行限流，防止控制电路130输出电流过大，损坏第一开关管q1，设置第一电阻r1和第一电容c1以组成rc滤波电路，以降低干扰信号的传输，使其第一开关管q1能够对控制电路130输出的控制信号进行准确控制。
96.为了提示维护人员，控制电路130在第一开关模块121处于导通状态且输出电流不在所述预设范围时，生成报警信息。图5是根据一实施例示出的第五种电能输出控制电路的结构示意图，如图5所示，在图4的基础上，电能输出控制电路还设置有报警电路140，其中，报警电路140与控制电路130 中的控制电路130连接，用于在接收到报警信息时，通过声、光和电中的至少一种形式进行报警。
97.本实施例通过声、光和电中的至少一种形式的报警电路显性化通知维护人员尽快维修或者更换电流采样单元。
98.图6是根据一实施例示出的第六种电能输出控制电路的结构示意图，如图6所示，在图4的基础上，第一开关模块121包括继电器。
99.继电器包括线圈l1和开关部s1，线圈l1的第一端与驱动电路131中的第一开关管q1的第二端连接，线圈l1的第二端与第一电源p1连接，开关部s1与功率消耗单元122串联；继电器在线圈l1通电时，闭合开关部s1。
100.其中，第一电源p1可以使用外部的电源，也可以使用电压变换电路提供的电源。
101.为了形成测试回路，以测试当电压转换电路102输出电流不在预设范围内时电流采样单元110是否存在故障的情况，控制电路130首先控制第一开关管q1导通，线圈l1通电，开关部s1中的可动接触盘在电磁作用下偏离其初始位置，使得开关部s1导通。若电流采样单元正常，控制电路130控制第一开关管q1关断，那么线圈l1断电，开关部s1中的可动接触盘回到其初始位置，使得开关部s1关断。
102.其中，控制电路130在接收到第一控制信号后，可以通过驱动电路131 控制线圈l1通电，以实现开关部s1导通。控制电路还可以向驱动电路131 发送第二控制信号，以实现开关部s1关断。
103.需要说明的是，第一开关模块121还可以采用其他形式的开关器件，本技术不做限制。
104.图7是根据一实施例示出的第七种电能输出控制电路的结构示意图，如图7所示，在图6的基础上，第一开关模块121还包括二极管d1。
105.二极管d1的阳极与第一开关管q1的第二端以及线圈l1的第一端连接，二极管d1的阴极接第一电源p1，二极管d1在第一开关管q1关断时导通，以释放线圈l1的电能。
106.本技术实施中，控制电路130首先控制第一开关管q1导通，控制电路 130根据电流采样单元110采集的输出电流输出第一控制信号或者第二控制信号。在采集到的输出电流满足预设范围时，控制电路130输出第二控制信号，在第二控制信号的作用下第一开关管q1关断，线圈l1的电能通过二极管d1释放，开关部s1随之关断，电压转换电路102不再为功率消耗模块122 供电，避免资源浪费。
107.图8是根据一实施例示出的第八种电能输出控制电路的结构示意图，如图8所示，在图7的基础上，功率消耗模块122可以是第三电阻r3，其中，第三电阻r3与第一开关模块121中的开关部s1串联。
108.需要说明的是，功率消耗模块122不仅限于一个电阻，还可以是多个串联或者并联的电阻，本技术对此不做限制。
109.图9是根据一实施例示出的第九种电能输出控制电路的结构示意图，如图9所示，电流采样单元110可以是电流检测元件ct1，电流检测元件ct1 的第一端和第二端均与控制电路130连接，电流检测元件ct1的第三端和第四端分别与电能输出端a1和用电端口b1连接。其中，电流检测元件ct1 可以是电流互感器，而为了使控制电路130通过电流采样单元110获取电压转换电路102的输出电流，防止输出电流过大，在电流检测元件ct1与控制电路130之间并联有第四电阻r4和第五电阻r5。
110.基于上述电能输出控制电路，本技术还提供了一种储能设备，图10是根据一实施例示出的一种储能设备的结构示意图，如图10所示，储能设备包括电压转换电路102、电能输出控制电路101以及用电端口(b1、b2)，电能输出控制电路102设于在电压转换电路102的电能输出端(a1、a2)与用电端口(b1、b2)之间，电能输出控制电路101用于关闭当电压转换电路102 的输出电流不满足预设范围时，关断电压转换电路102的输出。
111.在本技术的实施例中，可以通过用电端口(b1，b2)连接负载。通过本技术的电能输出电路可以控制电压转换电路102的电能输出端(a1，a2)向用电端口(b1，b2)上连接的负载输出电能。
112.本技术实施例提供的储能设备在输出控制电路101的第一开关模块处于导通状态且输出电流不在预设范围之内时，确定电流采样单元存在故障，利用控制电路向电压转换电路102输出关断信号，控制电压转换电路102停止输出电能，可以避免储能设备在电流采样单元出现故障时导致的安全问题，提高储能设备放电的安全性能。
113.以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用
新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。