一种储能电池极性反接保护电路及识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种储能电池极性反接保护电路及识别方法，该电路包括储能电池，分别与所述储能电池连接的开关电源支路、储能变换器支路和直流电压监测支路，以及设置在所述储能变换器支路与直流电压监测支路之间的继电器；所述直流电压监测支路还与开关电源支路连接，所述继电器包括配合设置的常开触点J1和继电器线圈。本发明所述储能电池极性反接保护电路及识别方法，可以克服现有技术中易损坏、维护难度大和供电可靠性差等缺陷，以实现不易损坏、维护难度小和供电可靠性高的优点。
【专利说明】一种储能电池极性反接保护电路及识别方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及储能电池为负载供电的应用领域，具体地，涉及一种储能电池极性反接保护电路及识别方法。
【背景技术】
[0002]储能系统在微电网系统和电动汽车等领域的应用日益广泛，作为储能系统最核心的部件一储能电池的正确使用越来越受到人们的高度重视。储能电池主要指铅酸蓄电池和锂离子电池，这两种储能电池一般不能反极性接入电路，否则可能会引起储能电池反向短路，从而引起储能电池大电流放电，甚至导致火灾或爆炸，因此，需要对储能电池进行极性反接保护。通常将熔断器与储能电池进行串联连接，当储能电池被反接而产生超大电流时，该电流使得熔断器熔断，从而保护储能电池不会损坏，但需要更换熔断器，既会产生硬件损失，也会影响储能系统的正常供电。
[0003]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在易损坏、维护难度大和供电可靠性差等缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种储能电池极性反接保护电路，以实现不易损坏、维护难度小和供电可靠性高的优点。
[0005]本发明的第二目的在于，提出一种储能电池极性反接保护识别方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种储能电池极性反接保护电路，包括储能电池，分别与所述储能电池连接的开关电源支路、储能变换器支路和直流电压监测支路，以及设置在所述储能变换器支路与直流电压监测支路之间的继电器；所述直流电压监测支路还与开关电源支路连接，所述继电器包括配合设置的常开触点Jl和继电器线圈。
[0007]进一步地，所述开关电源支路，包括依次与所述储能电池连接的单相整流桥和经典反激开关电源；所述单相整流桥还与直流电压监测支路连接。
[0008]进一步地，所述储能变换器支路包括依次与储能电池连接的储能变换器主电路和负载，常开触点JI连接在储能电池的负极与储能变换器主电路之间。
[0009]进一步地，所述直流电压监测支路，主要包括分别与储能电池和开关电源支路连接的直流电压传感器，以及依次与所述直流电压传感器连接的比较器、单片机控制系统和达林顿管；所述达林顿管与继电器线圈连接。
[0010]进一步地，所述直流电压监测支路，主要还包括与所述单片机控制系统连接的报警电路。
[0011]同时，本发明采用的另一技术方案是:一种基于以上所述的储能电池极性反接保护电路的储能电池极性反接保护识别方法，包括:
储能电池连接接入端子“+”和“+”和端子分别连接单相整流桥和直流电压传感器； 对于单相整流桥而言，不管储能电池连接到“+”和端子的极性是否正确，经过单相整流桥整流以后，都会输出正的直流电压，为经典反激开关电源提供电源，使得单片机控制系统能正常工作；
对于直流电压传感器而言，其检测储能电池的端电压，它的输出电压值与控制电源参考地COM分别连接电压比较器的同相端和反相端，经过电压比较器进行比较；当同相端的直流电压传感器输出电压值高于参考地COM时，接线正确，单片机控制系统的报警控制端为高电平，报警电路不报警；当同相端的直流电压传感器输出电压值低于参考地COM时，接线错误，单片机控制系统的报警控制端为低电平，报警电路报警；
当储能电池接线正确时，单片机控制系统的继电器控制端为高电平，达林顿管导通，在单片机控制系统的控制下给负载供电；
当储能电池接线错误时，单片机控制系统的继电器控制端为低电平，达林顿管关断，储能变换器主电路无法得到输入直流电压，不会形成储能电池极性反接回路，保护储能电池不会损坏。
[0012]本发明各实施例的储能电池极性反接保护电路及识别方法，由于该电路包括储能电池，分别与储能电池连接的开关电源支路、储能变换器支路和直流电压监测支路，以及设置在储能变换器支路与直流电压监测支路之间的继电器；直流电压监测支路还与开关电源支路连接，继电器包括配合设置的常开触点Jl和继电器线圈；可以防止储能电池由于极性反接而损坏，同时可以进行报警；从而可以克服现有技术中易损坏、维护难度大和供电可靠性差的缺陷，以实现不易损坏、维护难度小和供电可靠性高的优点。
[0013]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0014]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明储能电池极性反接保护电路的电气原理示意图。
[0016]在图1中，包括:1.储能电池，2.+正极性接线端子，3.-负极性接线端子，4.单相整流桥，5.经典反激开关电源，6.+15V经典反激开关电源的输出控制电压之一，为直流电压传感器供电，7.+12V经典反激开关电源的输出控制电压之二，为12V直流继电器线圈供电，8.+5V经典反激开关电源的输出控制电压之三，为单片机控制系统供电，9.- 15V经典反激开关电源的输出控制电压之四，为直流电压传感器供电，10.COM经典反激开关电源的输出控制电压的公共地，11.Jl直流继电器的常开触点，12.储能变换器主电路，13.负载，14.直流电压传感器，15.电压比较器，例如LM339，16.上拉电阻R3=10kQ,17.单片机控制系统，18.1N电压极性输入端，19.0UTl继电器控制端，20.0UT2报警控制端，21.LED报警用发光二极管，22.限流电阻R4=3 k Ω，23.T1、T2达林顿形式三极管，都为9013，24.分流电阻R1=R2=10 kQ,25.继电器线圈，它是12V供电，26.续流二极管D1，它为1N4148，27.D2负电压钳位二极管，它为RB715F，28.限流电阻R5=l kQ ?
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]根据本发明实施例，如图1所示，提供了一种储能电池极性反接保护电路及识别方法。
[0019]本发明采用储能电池接入端子电压极性检测电路与继电器常开触点串联连接储能电池的方法，保证储能电池在极性反接时储能变换器主电路不会得电，从而保证储能电池不会因为极性反接错误而造成储能系统的任何损失。
[0020]本发明的目的是提供一种储能电池极性反接保护电路及识别方法，用于微电网或电动汽车的储能系统一般都要求多个储能电池进行串联组成储能电池串，以便使得储能变换器的直流输入电压较高，为了获得更大的功率，则需对多个上述相同的储能电池串进行并联，从而组成储能电池阵列。本发明对储能电池串或储能电池阵列的极性反接进行保护，可以防止储能电池由于极性反接而损坏，同时可以进行报警，方便维修或调试人员及时发现极性反接错误。
[0021]本发明所采用的技术方案是，一种储能电池极性反接保护电路及识别方法，储能电池连接接入端子“ + ”和“ + ”和端子分别连接单相整流桥和直流电压传感器。对于单相整流桥而言，不管储能电池连接到“ + ”和端子的极性是否正确，经过单相整流桥整流以后，都会输出正的直流电压，从而为经典反激开关电源提供电源，该开关电源产生单片机控制系统所需的各种控制电源电压，使得单片机控制系统能正常工作。
[0022]对于直流电压传感器而言，其输出电压值与控制电源参考地进行比较，比较器的输出电平输入到单片机控制系统的IN端，若比较器的输出为高电平，则储能电池的正极连接“ + ”端子和储能电池的负极连接端子，表明接线正确，单片机控制系统的报警控制端OUT2为高电平，LED报警灯不亮；若比较器的输出为低电平，则储能电池的正极连接端子和储能电池的负极连接“ + ”端子，表明接线错误，单片机控制系统的报警控制端OUT2为低电平，LED报警灯点亮，进行报警。
[0023]当储能电池接线正确时，单片机控制系统的继电器控制端OUTl为高电平，结成达林顿形式的三极管都导通，因此继电器线圈得电，继电器的常开触点吸合，于是储能变换器主电路有了输入直流电压，在单片机控制系统的控制下可以给负载供电。
[0024]当储能电池接线错误时，单片机控制系统的继电器控制端OUTl为低电平，结成达林顿形式的三极管都是关断的，继电器线圈得不到电压，继电器的常开触点一直断开，于是储能变换器主电路无法得到输入直流电压，因此储能变换器无法工作，由于储能电池与继电器的常开触点串联，所以不会形成储能电池极性反接回路，从而保护了储能电池不会损坏。
[0025]如图1所示，储能电池、单相整流桥和经典反激开关电源依次连接，储能电池、储能变换器主电路和负载依次连接，储能电池还与直流电压传感器连接；直流电压传感器、比较器和单片机控制系统依次连接，比较器的同相输入端与直流电压传感器连接，比较器的反相输入端为COM端，比较器的输出端经电阻R5与单片机控制系统的电压极性输入端连接，电阻R5与单片机控制系统的公共端与二极管D2的阴极连接、并经电阻R3接+5V电源，二极管D2的阳极为COM端，单片机控制系统的报警控制端依次经发光二极管LED和电阻R4接+5V电源，发光二极管LED的阴极与单片机控制系统的报警控制端连接；单片机控制系统的继电器控制端与三极管Tl的基极连接，单片机控制系统的继电器控制端经电阻Rl与三极管T2的基极连接，三极管Tl的集电极、三极管T2的集电极和二极管Dl的阳极连接，三极管Tl的发射极与三极管T2的基极连接，三极管T2的基极经电阻R2后接三极管T2的发射极，三极管T2的发射极为COM端；在储能电池的负极与储能变换器主电路之间连接有常开触点J1，常开触点Jl与继电器线圈连接，继电器线圈的一端接+12V电源和二极管Dl的阴极，继电器线圈的另一端接二极管Dl的阳极。
[0026]其中，储能电池指多个储能电池进行串联组成的储能电池串，以便使得储能变换器的直流输入电压较高。为了获得更大的功率，可以对多个相同的储能电池串进行并联，从而组成储能电池阵列。该储能电池的电压范围为150V至360V，即12V的单体储能电池最多串联25节，最少串联12节，以便保证经典反激开关电源能正常工作。当储能电池的电压低于150V时，经典反激开关电源不能正常工作，因此此时12V直流继电器的常开触点Jl 一直不会吸合，所以当储能电池极性反接时不会产生反接回路，储能电池不会损坏；由于串联单体储能电池的数量限制，所以储能电池的最高电压不会超过360V，以保证经典反激开关电源可以正常工作。
[0027]如图1所示，储能电池连接接入端子“ + ”和”和端子分别连接单相整流桥和直流电压传感器。
[0028]对于单相整流桥而言，不管储能电池连接到“ + ”和端子的极性是否正确，经过单相整流桥整流以后，都会输出正的直流电压，从而为经典反激开关电源提供电源，该开关电源产生单片机控制系统所需的+15V、+12V、+5V、-15V各种控制电源电压，使得单片机控制系统能正常工作。
[0029]对于直流电压传感器而言，其检测储能电池的端电压，它的输出电压值与控制电源参考地COM分别连接电压比较器(例如LM339，它由+15V、_15V供电)的同相端和反相端，经过电压比较器进行比较，比较器的输出经过电阻R5进行限流，经过R3上拉到+5V，经过负电压钳位二极管D2连接控制电源参考地COM。当同相端的直流电压传感器输出电压值高于参考地COM时，电压比较器输出+5V，即高电平，表明储能电池的正极连接“ + ”端子和储能电池的负极连接端子，所以接线正确，单片机控制系统的报警控制端为高电平，LED报警灯不亮。当同相端的直流电压传感器输出电压值低于参考地COM时，电压比较器的输出为负电压，此时该负电压经过电阻R5限流，负电压钳位二极管D2导通，将电压钳位到接近O电压，即低电平，这表明储能电池的正极连接端子和储能电池的负极连接“ + ”端子，所以接线错误，单片机控制系统的报警控制端为低电平，LED报警灯点亮，进行报警。
[0030]当储能电池接线正确时，单片机控制系统的继电器控制端为高电平，结成达林顿形式的T1、T2三极管都导通，因此12V直流继电器线圈得电，继电器的常开触点Jl吸合，于是储能变换器主电路有了输入直流电压，在单片机控制系统的控制下可以给负载供电。
[0031]当储能电池接线错误时，单片机控制系统的继电器控制端为低电平，结成达林顿形式的Τ1、Τ2三极管都是关断的，12V直流继电器线圈得不到电压，继电器的常开触点Jl 一直断开，于是储能变换器主电路无法得到输入直流电压，因此储能变换器无法工作，由于储能电池与12V直流继电器的常开触点Jl串联，所以不会形成储能电池极性反接回路，从而保护了储能电池不会损坏。
[0032]本发明储能电池极性反接保护电路及识别方法的有益效果是:采用继电器常开触点串联连接储能电池的电路形式，不管单片机控制系统是否有电，都可以保证极性接反的储能电池不会发生短路而损坏。在开关电源供电正常情况下，单片机控制系统可以对储能电池极性反接进行保护和报警，方便现场工作人员进行维护。
[0033]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种储能电池极性反接保护电路，其特征在于，包括储能电池，分别与所述储能电池连接的开关电源支路、储能变换器支路和直流电压监测支路，以及设置在所述储能变换器支路与直流电压监测支路之间的继电器；所述直流电压监测支路还与开关电源支路连接，所述继电器包括配合设置的常开触点Jl和继电器线圈。
2.根据权利要求1所述的储能电池极性反接保护电路，其特征在于，所述开关电源支路，包括依次与所述储能电池连接的单相整流桥和经典反激开关电源；所述单相整流桥还与直流电压监测支路连接。
3.根据权利要求1所述的储能电池极性反接保护电路，其特征在于，所述储能变换器支路包括依次与储能电池连接的储能变换器主电路和负责，常开触点Jl连接在储能电池的负极与储能变换器主电路之间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的储能电池极性反接保护电路，其特征在于，所述直流电压监测支路，主要包括分别与储能电池和开关电源支路连接的直流电压传感器，以及依次与所述直流电压传感器连接的比较器、单片机控制系统和达林顿管；所述达林顿管与继电器线圈连接。
5.根据权利要求4所述的储能电池极性反接保护电路，其特征在于，所述直流电压监测支路，主要还包括与所述单片机控制系统连接的报警电路。
6.一种基于权利要求1所述的储能电池极性反接保护电路的储能电池极性反接保护识别方法，其特征在于，包括: 储能电池连接接入端子“ + ”和“ + ”和端子分别连接单相整流桥和直流电压传感器； 对于单相整流桥而言，不管储能电池连接到“ + ”和端子的极性是否正确，经过单相整流桥整流以后，都会输出正的直流电压，为经典反激开关电源提供电源，使得单片机控制系统能正常工作； 对于直流电压传感器而言，其检测储能电池的端电压，它的输出电压值与控制电源参考地COM分别连接电压比较器的同相端和反相端，经过电压比较器进行比较；当同相端的直流电压传感器输出电压值高于参考地COM时，接线正确，单片机控制系统的报警控制端为高电平，报警电路不报警；当同相端的直流电压传感器输出电压值低于参考地COM时，接线错误，单片机控制系统的报警控制端为低电平，报警电路报警； 当储能电池接线正确时，单片机控制系统的继电器控制端为高电平，达林顿管导通，在单片机控制系统的控制下给负载供电； 当储能电池接线错误时，单片机控制系统的继电器控制端为低电平，达林顿管关断，储能变换器主电路无法得到输入直流电压，不会形成储能电池极性反接回路，保护储能电池不会损坏。
【文档编号】H02H11/00GK104466918SQ201410671277
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】戴伟, 陈芳, 孙向东, 张琦, 安少亮, 王月盈 申请人:新疆希望电子有限公司