CN103390921A - 一种用于矿用电源的电池组管理系统及其管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于矿用电源的电池组管理系统及其管理方法，该电池组管理系统包括现场总线和接入现场总线的多个电池组，该多个电池组位于同一逻辑级且相互独立，每一个电池组具有唯一的数字标识符，每一个电池组包括多个锂离子电池单体和一个存储器。应用本发明的电池组管理系统及其管理方法，当主电池组出现故障时，从电池组能够根据竞选规则重新竞选确定新的主电池组，从而避免整个电池组管理系统瘫痪，一方面显著增强了整个电池组管理系统的稳定性；另一方面简化了电池组管理系统的结构，有效降低了电池组管理系统的维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及矿用电源技术领域，特别涉及一种用于矿用电源的电池组管理系统及其管理方法。
背景技术
用于煤矿井下的紧急救生舱或避难硐室是一种密封式逃生避难场所，用于提供维持生命的安全空间环境。当煤矿井下出现紧急情况时，矿工能够及时进入紧急救生舱或避难硐室避险，从而保证旷工的生命安全。
随着紧急救生舱或避难硐室的不断发展，监测监控系统、紧急避险设施和辅助运输设备等煤矿井下设备对矿用电源的要求越来越高，能量比高、无记忆效应的锂离子电池成为矿用电源电池的最佳选择之一。
矿用电源包括一个电池组，该电池组由多个锂离子电池单体构成。为了保证锂离子电池单体的安全运行，并充分发挥电池组的性能，矿用电源采用电池组管理系统对其电池组进行管理。该电池组管理系统能够实时地对锂离子电池单体的充放电电流、电池温度、电池信息采集以及监控模块进行管理。
衡量用于矿用电源的电池组管理系统的关键技术指标是其稳定性。如图1所示，现有技术中，用于矿用电源的电池组管理系统为主从式结构，其包括一个主控机和若干个从控机，主控机控制所有从控机进行相应的操作。现有技术的用于矿用电源的电池组管理系统的缺点是，当主控机出现意外故障时，所有的从控机将无法进行操作，导致整个电池组管理系统瘫痪。换言之，现有技术的用于矿用电源的电池组管理系统的稳定性较差。如果要恢复整个电池组管理系统，一种方法是人工重新设置主控机，该方法需要的人工成本较高；另一种方法是增加一台主控机作为备用主控机，以改善整个电池组管理系统的稳定性，降低主控机的故障率，该方法导致电池组管理系统的结构更复杂，其成本也相应增加。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种用于矿用电源的电池组管理系统。
本发明的目的之二是提供一种用于矿用电源的电池组管理方法。
本发明提供的用于矿用电源的电池组管理系统包括现场总线和接入现场总线的多个电池组，该多个电池组位于同一逻辑级且相互独立，每一个电池组具有唯一的数字标识符，每一个电池组包括多个锂离子电池单体和一个存储器。
本发明提供的用于矿用电源的电池组管理方法采用所述的电池组管理系统，该电池组管理方法包括如下步骤：
启动后的每一个电池组以第一阈值时间为周期向现场总线发送广播数据；
启动状态的每一个电池组自动从当前的现场总线获得所有广播数据并将其保存到自身的存储器中，并且根据保存到自身存储器中的所有所述广播数据确定当前的启动状态的电池组的数量；
当前的启动状态的所有电池组根据竞选规则竞选确定主电池组，除主电池组外的电池组为从电池组；
当前的主电池组向外供电并以第二阈值时间为周期向当前的所有从电池组发送响应数据，当当前的主电池组向外供电结束时，当前的主电池组向当前的所有从电池组发送重新竞选信息；
当前的从电池组收到所述重新竞选信息后根据所述竞选规则重新竞选确定新的主电池组；
如果当前的主电池组超过第一阈值时间没有收到来自当前的一个从电池组的所述广播数据，则判定该从电池组故障，且该从电池组不再参与主电池组的竞选；
如果当前的从电池组超过第二阈值时间没有收到来自当前的主电池组的所述响应数据，则判定该主电池组故障，当前的从电池组根据所述竞选规则重新竞选确定新的主电池组。
优选地，如果有电池组新启动，所述电池组管理方法还包括如下步骤：
新启动的电池组以所述第一阈值时间为周期向现场总线发送所述广播数据；
当前的启动状态的所有电池组自动从当前的现场总线获得新启动的电池组的所述广播数据并将其保存到自身的存储器中，并且根据保存到自身存储器中的所有所述广播数据确定当前的启动状态的电池组的数量；
如果新启动的电池组的标识符的数值大于当前的主电池组的标识符的数值，新启动的电池组能参与下一次的主电池组竞选；如果新启动的电池组的标识符的数值小于当前主电池组的标识符的数值，新启动的电池组在当前的启动状态的标识符数值最大的电池组竞选为主电池组并且向外供电之后才能参与主电池组的竞选。
优选地，所述广播数据包括电池组的数字标识符、电池组的功能状态信息和电池组的主从状态信息。
进一步优选地，所述电池组的功能状态包括良好和故障两种状态。
进一步优选地，所述电池组的主从状态包括主电池组和从电池组两种状态。
优选地，所述竞选规则为：功能状态良好且标识符数值最小的电池组当选为主电池组。
优选地，所述第一阈值时间为1s。
优选地，所述第二阈值时间为2s。
本发明具有如下有益效果：
应用本发明的电池组管理系统及其管理方法，当主电池组出现故障时，从电池组能够根据竞选规则重新竞选确定新的主电池组，从而避免整个电池组管理系统瘫痪，一方面显著增强了整个电池组管理系统的稳定性；另一方面简化了电池组管理系统的结构，有效降低了电池组管理系统的维护成本。
附图说明
图1为现有技术的用于矿用电源的电池组管理系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的用于矿用电源的电池组管理系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的用于矿用电源的电池组管理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。
如图2所示，本实施例提供的用于矿用电源的电池组管理系统包括现场总线和接入现场总线的多个电池组，即多个电池组与现场总线电连接。该多个电池组位于同一逻辑级且相互独立。每一个电池组具有唯一的数字标识符，以区分不同的电池组。每一个电池组包括多个锂离子电池单体和一个存储器。在本实施例中，用于矿用电源的电池组管理系统包括例如七个电池组，即电池组1、电池组2、电池组3、电池组4、电池组5、电池组6和电池组7。电池组1、电池组2、电池组3、电池组4、电池组5、电池组6和电池组7的数字标识符依次分别为1、2、3、4、5、6和7。
如图3所示，本实施例提供的用于矿用电源的电池组管理方法包括如下步骤：
S1：启动后的每一个电池组以第一阈值时间为周期向现场总线发送广播数据，该广播数据包括该电池组的数字标识符、该电池组的功能状态信息和该电池组的主从状态信息；电池组启动时，可以是电池组管理系统的所有电池组同时启动；也可以是电池组管理系统的部分电池组同时启动，其余电池组暂时不启动；电池组的功能状态包括良好和故障两种状态；电池组的主从状态包括主电池组和从电池组两种状态；在本实施例中，例如电池组2、电池组3、电池组4和电池组5启动，电池组1、电池组6和电池组7未启动，启动后的电池组2、电池组3、电池组4和电池组5均以第一阈值时间例如1s为周期向现场总线发送广播数据；
S2：启动状态的每一个电池组自动从当前的现场总线获得所有广播数据并将其保存到自身的存储器中，并且根据保存到自身存储器中的所有广播数据确定当前的启动状态的电池组的数量；在本实施例中，例如电池组2、电池组3、电池组4和电池组5分别自动从当前的现场总线获得电池组2、电池组3、电池组4和电池组5的广播数据并将其保存到自身的存储器中，并且根据保存到自身存储器中的广播数据确定当前的启动状态的电池组的数量为4；
S3：当前的启动状态的所有电池组根据竞选规则竞选确定主电池组，除主电池组外的电池组为从电池组；在本实施例中，竞选规则为：功能状态良好且标识符数值最小的电池组当选为主电池组；例如电池组2、电池组3、电池组4和电池组5根据竞选规则竞选确定电池组2为主电池组，电池组3、电池组4和电池组5为从电池组；
S4：当前的主电池组向外供电并以第二阈值时间为周期向当前的所有从电池组发送响应数据，当当前的主电池组向外供电结束时，当前的主电池组向当前的所有从电池组发送重新竞选信息，当前的主电池组向外供电结束后关闭；在本实施例中，当前的主电池组即电池组2向外供电并以第二阈值时间例如2s为周期向电池组3、电池组4和电池组5发送响应数据，当电池组2向外供电结束时，电池组2向电池组3、电池组4和电池组5发送重新竞选信息，电池组2向外供电结束后关闭；
S5：当前的从电池组收到重新竞选信息后根据竞选规则重新竞选确定新的主电池组；在本实施例中，电池组3、电池组4和电池组5根据上述竞选规则重新竞选确定电池组3为主电池组，电池组4和电池组5为从电池组；
S6：如果当前的主电池组超过第一阈值时间没有收到来自当前的一个从电池组的广播数据，则判定该从电池组故障，且该从电池组不再参与主电池组的竞选；故障状态的从电池组关闭；在本实施例中，如果主电池组3超过第一阈值时间即超过1s没有收到来自例如电池组5的广播数据，则判定电池组5故障，且电池组5不再参与主电池组的竞选；故障状态的电池组5关闭；
S7：如果当前的从电池组超过第二阈值时间没有收到来自当前的主电池组的响应数据，则判定该主电池组故障，当前的从电池组根据上述竞选规则重新竞选确定新的主电池组；故障状态的主电池组关闭；在本实施例中，如果电池组4超过第二阈值时间即超过2s没有收到来自电池组3的响应数据，则判定电池组3故障，电池组4根据上述竞选规则重新竞选确定电池组4为主电池组；故障状态的电池组3关闭；
如果有电池组新启动，上述用于矿用电源的电池组管理方法还包括如下步骤：
S8：该新启动的电池组以第一阈值时间为周期向现场总线发送广播数据，该广播数据包括该新启动电池组的标识符、该电池组的功能状态和该电池组的主从机状态信息；在本实施例中，如果在上述步骤S7之后电池组1、电池组6和电池组7新启动，新启动的电池组1和电池组6均以第一阈值时间例如1s为周期向现场总线发送广播数据；
S9：当前的启动状态的所有电池组自动从当前的现场总线获得新启动的电池组的广播数据并将其保存到自身的存储器中，并且根据保存到自身存储器中的所有广播数据确定当前的启动状态的电池组的数量；当启动状态的电池组的数量发生变化时，当前的启动状态的所有电池组都发出报警提示信号；在本实施例中，例如电池组1、电池组4和电池组6从当前的现场总线获得新启动的电池组1和电池组6的广播数据，并且根据保存到自身存储器中的广播数据确定当前的启动状态的电池组的数量为3；由于启动状态的电池组的数量增加，因此电池组1、电池组4和电池组6都发出报警提示信号；
S10：如果新启动的电池组的标识符的数值大于当前的主电池组的标识符的数值，该新启动的电池组能参与下一次的主电池组竞选；如果新启动的电池组的标识符的数值小于当前主电池组的标识符的数值，该新启动的电池组在当前的启动状态的标识符数值最大的电池组竞选为主电池组并且向外供电之后才能参与主电池组的竞选；在本实施例中，当当前的主电池组即电池组4向外供电结束时，新启动的电池组6的标识符的数值大于电池组4的标识符数值，故电池组6能参与下一次的主电池组竞选；新启动的电池组1的标识符的数值小于电池组4的标识符数值，故电池组1不能参与下一次的主电池组竞选；在下一次的主电池组竞选中，电池组6根据上述竞选规则重新竞选确定电池组6为主电池组；当新的主电池组即电池组6向外供电结束时，电池组1才能参与主电池组的竞选。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.用于矿用电源的电池组管理系统，其特征在于，该电池组管理系统包括现场总线和接入现场总线的多个电池组，该多个电池组位于同一逻辑级且相互独立，每一个电池组具有唯一的数字标识符，每一个电池组包括多个锂离子电池单体和一个存储器。
2.用于矿用电源的电池组管理方法，该电池组管理方法采用权利要求1所述的电池组管理系统，其特征在于，该电池组管理方法包括如下步骤：
启动后的每一个电池组以第一阈值时间为周期向现场总线发送广播数据；
启动状态的每一个电池组自动从当前的现场总线获得所有广播数据并将其保存到自身的存储器中，并且根据保存到自身存储器中的所有所述广播数据确定当前的启动状态的电池组的数量；
当前的启动状态的所有电池组根据竞选规则竞选确定主电池组，除主电池组外的电池组为从电池组；
当前的主电池组向外供电并以第二阈值时间为周期向当前的所有从电池组发送响应数据，当当前的主电池组向外供电结束时，当前的主电池组向当前的所有从电池组发送重新竞选信息；
当前的从电池组收到所述重新竞选信息后根据所述竞选规则重新竞选确定新的主电池组；
如果当前的主电池组超过第一阈值时间没有收到来自当前的一个从电池组的所述广播数据，则判定该从电池组故障，且该从电池组不再参与主电池组的竞选；
如果当前的从电池组超过第二阈值时间没有收到来自当前的主电池组的所述响应数据，则判定该主电池组故障，当前的从电池组根据所述竞选规则重新竞选确定新的主电池组。
3.根据权利要求2所述的用于矿用电源的电池组管理方法，其特征在于，如果有电池组新启动，所述电池组管理方法还包括如下步骤：
新启动的电池组以所述第一阈值时间为周期向现场总线发送所述广播数据；
当前的启动状态的所有电池组自动从当前的现场总线获得新启动的电池组的所述广播数据并将其保存到自身的存储器中，并且根据保存到自身存储器中的所有所述广播数据确定当前的启动状态的电池组的数量；
如果新启动的电池组的标识符的数值大于当前的主电池组的标识符的数值，新启动的电池组能参与下一次的主电池组竞选；如果新启动的电池组的标识符的数值小于当前主电池组的标识符的数值，新启动的电池组在当前的启动状态的标识符数值最大的电池组竞选为主电池组并且向外供电之后才能参与主电池组的竞选。
4.根据权利要求2或3所述的用于矿用电源的电池组管理方法，其特征在于，所述广播数据包括电池组的数字标识符、电池组的功能状态信息和电池组的主从状态信息。
5.根据权利要求4所述的用于矿用电源的电池组管理方法，其特征在于，所述电池组的功能状态包括良好和故障两种状态。
6.根据权利要求4所述的用于矿用电源的电池组管理方法，其特征在于，所述电池组的主从状态包括主电池组和从电池组两种状态。
7.根据权利要求2所述的用于矿用电源的电池组管理方法，其特征在于，所述竞选规则为：功能状态良好且标识符数值最小的电池组当选为主电池组。
8.根据权利要求2所述的用于矿用电源的电池组管理方法，其特征在于，所述第一阈值时间为1s。
9.根据权利要求2所述的用于矿用电源的电池组管理方法，其特征在于，所述第二阈值时间为2s。
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