CN109617206A - 一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置及方法，装置包括输入模块，通过换能器将多能源类型转化为电能；储能模块，包含超级电容储能器单元和锂电池单元，用于接收输入模块转化的电能，还包括电池管理单元，对锂电池和电容储能器进行过流、过充、过载以及短路等保护；处理模块，与所述储能模块相连，根据外界工作环境合理选择输入能源类型以及最优分配负载电能，并实时显示当前系统的工作参数；输出模块，与所述储能模块相连，通过DC－DC变换器和调制单元输出多路可调电压供外部负载使用，利用反馈电路对输出电压进行实时监控，本发明能根据测试系统所处环境选择能源换能器的类型，并根据负载的工作需求输出多路可调电压。

Description

一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置及方法
技术领域
本发明属于电源技术领域，具体涉及一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置及方法。
背景技术
在分布式测试系统中，测试节点位置分散，对于一个需要长期监测的系统来讲，电源的选择和管理就显得至关重要。传统分布式测试系统的供电方式比较单一，一般使用有线供电或者是电池供电，有线供电在分布式测试系统中很多时候都无法使用，在实际应用中,长期监测装置主要以电池供电为主，鉴于电池自身容量有限，所以为了延长监测装置的续航时间，减少电池更换的次数,只能有选择性的减少测试系统的应用功能，因此电池供电对于长时间的监测系统来讲显得略有不足。
此外，在不同测试系统中，因不同的测试系统所需要的电源类型不同以及所处环境不同，对于电源管理的要求也各不相同。现有的电源管理模式一般是定制化，输入口和输出口比较单一，无法满足多变环境、多类负载的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置及方法，能够根据测试系统所处环境选择能源换能器的类型，并根据负载的工作需求输出多路可调电压。
一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置，包括输入模块、储能模块、处理模块和输出模块；
所述输入模块包括电能输入口和多个类型的能源换能器；
所述储能模块包括超级电容储能器、锂电池和电池管理单元；
所述处理模块包括处理器；
所述输出模块包括DC-DC变换器、调制单元和反馈电路；
根据装置所处环境确定接入电能输入口的能源换能器；
能源换能器将不同种类的能源转换为电能输入电能输入口；
超级电容储能器和锂电池将电能输入口输入的电能进行储存并输出电能；
电池管理单元用于对锂电池和超级电容储能器进行过流、过充、过载以及短路的保护；
处理器计算当前接入的能源换能器的输出功率，并根据其是否大于自身消耗功率决定该能源换能器是否继续接入；并根据反馈电路的监控结果调节DC-DC变换器的输出电压；
DC-DC变换器接收超级电容储能器和锂电池的输出电能，并根据处理器的调节指令输出多路外部负载所需的工作电压；
调制单元对DC-DC变换器的输出电压进行稳压控制后输送给多路外部负载；
反馈电路对调制单元的多路输出电压进行实时监控，并将监控结果发送给处理器。
进一步地，根据装置所处环境确定能源换能器具体为：
A、若处于草原或沙漠，则选择太阳能换能器、风能换能器；
B、若处于实验室或商场，则选择直流电源换能器、交流电源换能器；
C、若处于飞机机翼，则选择太阳能换能器、风能换能器和振动能换能器；
D、若处于船舱壁，则选择水力换能器。
进一步地，所述处理模块还包括LCD显示屏，LCD显示屏用于实时显示当前接入的能源换能器类型、能源换能器的输出功率、超级电容储能器的储能量和锂电池的储能量。
进一步地，一种多能源输入多路可调输出的电源管理方法，包括以下步骤：
步骤一、根据所述电源管理装置所处环境选择接入电能输入口的能源换能器类型，电能输入口识别当前换能器的类型，发送给处理器；
步骤二、处理器实时计算当前接入电能输入口的能源换能器的输出功率，并根据其是否大于换能器自身消耗功率决定该能源换能器是否继续接入；若输出功率小于换能器自身消耗功率则切换能源换能器；
步骤三、电能输入口的输入电能存储在超级电容储能器中，再通过输出模块为外部负载供电；当输出模块停止给外部负载供电时，电池管理单元回收储能器上存储的电量给锂电池进行充电，再由输入模块将储能器中的电能补足，当输入模块产生的电能难以满足外部负载工作需求时，需要锂电池与储能器共同为外部负载供电，在锂电启动工作前，超级电容储能器会释放自身存储电能，防止外部负载因电压不足而导致的欠流欠压的发生；
步骤四、储能器的电能通过DC-DC变换器和调制电路稳定输出多路可调电压给多个外部负载；
步骤五、反馈电路实时监测多路输出电压是否与各负载的工作电压一致，若不一致，则反馈给处理器，处理器发送调节指令调节DC-DC变换器的输出电压。
进一步地，步骤五中，当输出电压大于外部负载的工作电压，且二者差值超过的设定压差，则自动切断输出模块与外部负载之间的连接。
有益效果：
1、本发明基于模块化思想设计了一种电源管理装置。将管理装置划分为输入模块、处理模块、储能模块和输出模块，各模块通过标准化接口相连接，根据自定义总线可进行相互的信息传送。与传统设计相比具有良好的灵活性、可扩展性、缩短研发周期、降低产品成本、提高产品质量，另一方面产品越来越个性化，可以满足不同情况下的定制需求。
2、本发明中的电源管理装置实现了多能源输入，可兼容不同能源输入类型，满足多种工作环境。
3、本发明中的电源管理装置实现了多路可调输出，可以满足不同测控系统中的多种负载需求。
4、本发明中电源管理方法可以根据外界工作状况合理选择控制策略，可以根据对外界环境的感知选择与当前工作模式最匹配的控制策略，通过控制策略的变换可延长测控系统的续航能力。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置，包括输入模块、储能模块、处理模块和输出模块；
所述输入模块包括电能输入口和多个类型的能源换能器；例如风能换能器、太阳能换能器、电网换能器、振动能换能器以及直流电源换能器等。
所述储能模块包括超级电容储能器、锂电池和电池管理单元；
所述处理模块包括处理器和LCD显示屏；
所述输出模块包括DC-DC变换器、调制单元和反馈电路；
用户根据装置所处环境确定接入电能输入口的能源换能器；具体为：
A、若处于草原或沙漠，则选择太阳能换能器、风能换能器；
B、若处于实验室或商场，则选择直流电源换能器、交流电源换能器；
C、若处于飞机机翼，则选择太阳能换能器、风能换能器和振动能换能器；
D、若处于船舱壁，则选择水力换能器；
能源换能器将不同种类的能源转换为电能输入电能输入口；
超级电容储能器和锂电池将电能输入口输入的电能进行储存并输出电能；
电池管理单元用于对锂电池和超级电容储能器进行过流、过充、过载以及短路的保护；
处理器计算当前接入的能源换能器的输出功率，并根据其是否大于自身消耗功率决定该能源换能器是否继续接入；并根据反馈电路的监控结果调节DC-DC变换器的输出电压；
LCD显示屏用于实时显示当前接入的能源换能器类型、能源换能器的输出功率、超级电容储能器的储能量和锂电池的储能量。
DC-DC变换器接收超级电容储能器和锂电池的输出电能，并根据处理器的调节指令输出多路外部负载所需的工作电压；调制单元对DC-DC变换器的输出电压进行稳压控制后输送给多路外部负载；
反馈电路对调制单元的多路输出电压进行实时监控，防止负载过压、欠压等发生，并将监控结果发送给处理器。
输出模块还具有多个输出口，利用自定义总线与处理模块相连，可输出多路特定范围内的直流电压。
一种多能源输入多路可调输出的电源管理方法，包括以下步骤：
步骤一、启动装置，初始化，检测各输入输出口的工作状态，根据所述电源管理装置所处环境选择接入电能输入口的能源换能器类型，电能输入口识别当前换能器的类型，发送给处理器；
步骤二、处理器实时计算当前接入电能输入口的能源换能器的输出功率，并根据其是否大于换能器自身消耗功率决定该能源换能器是否继续接入；若输出功率小于换能器自身消耗功率则切换能源换能器，因为换能器本身也是一个负载，也是需要电源供给才能工作，当自身的发电量不满足工作条件时，则需要外界给其供电，所以只有当换能器发电量大于自身耗电量时才可以接入系统，以求最大程度的获得电能。
步骤三、电能输入口的输入电能存储在超级电容储能器中，再通过输出模块为外部负载供电；当输出模块不给外部负载供电时，电池管理单元回收储能器上存储的电量给锂电池进行充电，再由输入模块将储能器中的电能补足，当输入模块产生的电能难以满足外部负载工作需求时，需要锂电池与储能器共同为外部负载供电，在锂电启动工作前，超级电容储能器会释放自身存储电能，防止外部负载因电压不足而导致的欠流欠压的发生；
步骤四、储能器的电能通过DC-DC变换器和调制电路稳定输出多路可调电压输送给多个外部负载；
步骤五、反馈电路实时监测多路输出电压是否与各负载的工作电压一致，若不一致，则反馈给处理器，处理器发送调节指令调节DC-DC变换器的输出电压。当输出电压大于外部负载的工作电压时，且二者差值超过的设定压差，则自动切断输出模块与外部负载之间的连接。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (5)

1.一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置，其特征在于，包括输入模块、储能模块、处理模块和输出模块；
所述输入模块包括电能输入口和多个类型的能源换能器；
所述储能模块包括超级电容储能器、锂电池和电池管理单元；
所述处理模块包括处理器；
所述输出模块包括DC-DC变换器、调制单元和反馈电路；
根据装置所处环境确定接入电能输入口的能源换能器；
能源换能器将不同种类的能源转换为电能输入电能输入口；
超级电容储能器和锂电池将电能输入口输入的电能进行储存并输出电能；
电池管理单元用于对锂电池和超级电容储能器进行过流、过充、过载以及短路的保护；
处理器计算当前接入的能源换能器的输出功率，并根据其是否大于自身消耗功率决定该能源换能器是否继续接入；并根据反馈电路的监控结果调节
DC-DC变换器的输出电压；
DC-DC变换器接收超级电容储能器和锂电池的输出电能，并根据处理器的调节指令输出多路外部负载所需的工作电压；
调制单元对DC-DC变换器的输出电压进行稳压控制后输送给多路外部负载；
反馈电路对调制单元的多路输出电压进行实时监控，并将监控结果发送给处理器。
2.如权利要求1所述的一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置，其特征在于，根据装置所处环境确定能源换能器具体为：
A、若处于草原或沙漠，则选择太阳能换能器、风能换能器；
B、若处于实验室或商场，则选择直流电源换能器、交流电源换能器；
C、若处于飞机机翼，则选择太阳能换能器、风能换能器和振动能换能器；
D、若处于船舱壁，则选择水力换能器。
3.如权利要求1所述的一种多能源输入多路可调输出的电源管理装置，其特征在于，所述处理模块还包括LCD显示屏，LCD显示屏用于实时显示当前接入的能源换能器类型、能源换能器的输出功率、超级电容储能器的储能量和锂电池的储能量。
4.一种应用于权利要求1所述装置的电源管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据所述电源管理装置所处环境选择接入电能输入口的能源换能器类型，电能输入口识别当前换能器的类型，发送给处理器；
步骤二、处理器实时计算当前接入电能输入口的能源换能器的输出功率，并根据其是否大于换能器自身消耗功率决定该能源换能器是否继续接入；若输出功率小于换能器自身消耗功率则切换能源换能器；
步骤三、电能输入口的输入电能存储在超级电容储能器中，再通过输出模块为外部负载供电；当输出模块停止给外部负载供电时，电池管理单元回收储能器上存储的电量给锂电池进行充电，再由输入模块将储能器中的电能补足，当输入模块产生的电能难以满足外部负载工作需求时，需要锂电池与储能器共同为外部负载供电，在锂电启动工作前，超级电容储能器会释放自身存储电能，防止外部负载因电压不足而导致的欠流欠压的发生；
步骤四、储能器的电能通过DC-DC变换器和调制电路稳定输出多路可调电压给多个外部负载；
步骤五、反馈电路实时监测多路输出电压是否与各负载的工作电压一致，若不一致，则反馈给处理器，处理器发送调节指令调节DC-DC变换器的输出电压。
5.如权利要求4所述的电源管理方法，其特征在于，步骤五中，当输出电压大于外部负载的工作电压，且二者差值超过的设定压差，则自动切断输出模块与外部负载之间的连接。
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