CN110182066A - 带履历的双电池供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了带履历的双电池供电系统，包括：第一电池和第二电池，所述第一电池和第二电池并联设置；所述第一电池上设置第一电池管理模块，所述第二电池上设置第二电池管理模块，所述第一电池管理模块和第二电池管理模块的输出端连接控制器；所述第一电池和第二电池的并联支路上设置第一控制开关和第二控制开关，所述控制器的输出端连接第一驱动模块和第二驱动模块，所述第一驱动模块输出端连接第一控制开关，所述第二驱动模块输出端连接第二控制开关，所述控制器还连接存储器。本发明采用两组电池对一个负载供电，延长每个电池的续航时间，系统不断电；控制器对电池管理模块的采集数据进行运算，生成检测系数并储存于ROM便于售后追溯和问题分析。

Description

带履历的双电池供电系统
技术领域
本发明涉及一种供电系统，具体涉及带履历的双电池供电系统。
背景技术
近年来，新能源的兴起掀起了一片热潮，消费者纷纷把目光转向新能源产品，在这样的新形势下，电动汽车的出现备受消费者们的青睐，然而电动汽车的普及，随之而来的还有续航的问题，例如由于续航过短电动汽车在高速上因电量不足被追尾，或者遭遇堵车时也容易导致续航不足。
现有的电池供电系统一般采用一组电池实现供电，当需要续航实用时，一般通过充电或更换电池实现续航，由于充电需要等待较长时间，更换电池需要断电操作，效率低下，操作繁琐。采用一组电池对负载供电还有以下不足：
1.由于只有一组电池，没法随时再插入一组电池，所以续航短，且出现异常或故障时便不能使用，导致产品使用寿命短；
2.电池没有记录相关履历，出现问题无法追溯，不便于售后服务和问题分析。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了带履历的双电池供电系统，提高续航能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
带履历的双电池供电系统，其特征在于，包括：第一电池和第二电池，所述第一电池和第二电池并联设置；所述第一电池上设置第一电池管理模块，所述第二电池上设置第二电池管理模块，所述第一电池管理模块和第二电池管理模块的输出端连接控制器；所述第一电池和第二电池的并联支路上设置第一控制开关和第二控制开关，所述控制器的输出端连接第一驱动模块和第二驱动模块，所述第一驱动模块的输出端连接第一控制开关，所述第二驱动模块的输出端连接第二控制开关，所述控制器还连接存储器。
进一步地，所述第一电池管理模块包括：电压检测电路、电流检测电路、温度检测器和A/D转换器，所述电压检测电路与第一电池连接，所述电流检测电路采用电流检测电阻串联于第一电池的供电线路上，所述电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路的输出端连接A/D转换器，所述A/D转换器的输出端连接控制器。
进一步地，所述控制器对电压检测电路、电流检测电路以及温度检测器检测到的电流、电压和温度值进行如下运算：
其中，I表示在M个△t时间内的电流均值，in表示在一个电流周期内的电流均值，ω表示电流频率，θ取15°，N表示△t时间内的N个周期，k和j表示序号。
本发明运算过程中，需要稳定的电流值，在实际的工况中，电流问题主要体现在电流的波动、紊乱，因此，需要对电流的均值进行采集及判定，才能尽可能多的对电流出现的问题及时发现。因此需对电流取均值进而计算出M个△t时间内较准确的电流均值。
其中，U表示在M个△t时间内的电压均值，um表示在一个电流周期内的电压峰值，ω表示电流频率，θ取15°，N表示△t时间内的N个周期，k和j表示序号。
本发明运算过程中，电压问题主要体现在电压的过载，电压过载容易对电池造成损坏，对电压的峰值进行采集及判定，才能尽可能多的对电压出现的问题及时发现。因此在计算的过程中选取电压的峰值来进行M个△t时间内电压均值的计算。
其中，K表示在M个△t时间内的温度均值，tm表示在一个电流周期内的温度峰值，ω表示电流频率，θ取15°，N表示△t时间内的N个周期，k和j表示序号。
本发明运算过程中，温度的问题主要体现在温度过高，温度过高容易对整个系统造成损坏，对温度的峰值进行采集及判定，才能尽可能多的对温度出现的问题即使发现。因此在计算的过程中同样选取温度的峰值来进行M个△t时间内温度均值的计算。
检测系数f由△t时间内的电流、电压和温度的均值通过下述公式计算：
进一步地，计算三个连续t时间的检测系数，分别为第一检测系数f1、第二检测系数f2、第三检测系数f3，本发明将连续三个检测系数进行比对，所述控制器按照下述均值运算公式判定第一检测系数、第二检测系数的第一比较值P21：
式中，P21表示第一检测系数、第二检测系数的第一比较值；T表示均方差运算，Ia表示积分运算。
其中Ia表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息，下述两公式相同，如基于函数y＝ax2，在x取值为(a，b)内，a＜b为任意数值。
上述均值运算的基本算法为：通过获取连续t时间内的检测系数，并对若干连续检测系数进行积分运算和均方差运算，然后取比值，得出相比较的平均值。
所述的控制器按照下述公式判定第一检测系数、第三检测系数的第二比较值P31：
式中，P31表示第一检测系数、第三检测系数的第二比较值；T表示均方差运算，Ia表示积分运算。
所述的处理模块按照下述公式判定第二检测系数、第三检测系数的第三比较值P23：
式中，P23表示第二检测系数、第三检测系数的第三比较值；T表示均方差运算，Ia表示积分运算。
经过上述方式获取的P21、P31、P23，获取三个比较值的差值比较，判定是否超过存储在控制器中预先储存的阈值P，若有一个差值超过阈值P，则切断其供电电路。
进一步地，第一控制开关包括第一充电开关和第一放电开关，所述第二控制开关包括第二充电开关和第二放电开关。
进一步地，控制器还连接通讯模块，所述控制器通过通讯模块与上位机进行通讯。
进一步地，控制器采用51系列的单片机。
本发明的有益效果为：
本发明提供的带履历的双电池供电系统，可以解决在不断电的情况下增加里程的问题，通过采用两组电池对一个负载供电，延长每个电池的续航时间，因有两电池，使用寿命增长，续航能力增加1倍，如其中一组电池异常，另一电池继续供电，系统不断电。
通过控制器对两个电池组放电进行控制，如两组电压差大于1V时，控制器发出指令，关闭电压低的一组，电池收到关机命令后，关闭设置在该电池支路上的控制开关，若两电池压差小于1V时，两电池组打开同时供电；在电池管理系统设计有时钟和RAM，当电池出现异常，如高温、过流、短路、过充、过放等，通过通讯模块会告知电池异常，控制器便进行相应的处理，电池管理系统内有履历，可以记录电池信息，异常信息，以及控制器对数据的处理结果，便于售后追溯和问题分析。
控制器还对电池管理模块获取的数据进行处理，由于本发明所述的带履历的双电池供电系统的影响因素主要是电流的大小、电压的高低和温度的高低，因此在本发明中引入检测系数f，将其各个影响因素进行整合，从而通过对比判断检测系数来控制电池的启用和关闭，具体算法为：首先在区间[0，t]对各△t范围内的电压均值、电流均值和温度均值的乘积进行积分运算，再除以时间t，得出综合电流、电压及温度的检测系数f，再将连续三个t的检测系数两两比较，得出比较值P21、P31、P23，再将三个比较值的差值与控制器中预设的阈值P进行对比来控制电池的使用。检测系数f综合体现了电流，电压和温度对电池的影响，仅凭一个参数即可直接对电池进行控制，简化检测环节，延长系统的使用寿命。
附图说明
图1为本发明提出带履历的双电池供电系统结构图；
图2为本发明提出的带履历的双电池供电系统电路连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
参见图1和图2，其中图1为本发明提出带履历的双电池供电系统结构图；图2为本发明提出的带履历的双电池供电系统电路连接示意图。
如附图1和图2所示，带履历的双电池供电系统，包括：第一电池1和第二电池2，所述第一电池1和第二电池2并联设置；所述第一电池1上设置第一电池管理模块3，所述第二电池2上设置第二电池管理模块4，所述第一电池管理模块3和第二电池管理模块4的输出端连接控制器5；所述第一电池1和第二电池2的并联支路上设置第一控制开关8和第二控制开关9，所述控制器5的输出端连接第一驱动模块6和第二驱动模块7，所述第一驱动模块6的输出端连接第一控制开关8，所述第二驱动模块7的输出端连接第二控制开关9，所述控制器5还连接存储器。
本发明实施例中，通过设置第一电池和第二电池构成双电池进行供电，第一电池管理模块和第二电池管理模块分别对第一电池和第二电池进行检测，并将检测结果发送给控制器，通过控制器对第一电池和第二电池进行控制，实现对第一电池和第二电池的充电控制；其中控制器接收第一电池管理模块和第二电池管理模块对第一电池和第二电池的电压的检测数据，通过比较第一电池的电压值和第二电池的电压值，对第一驱动模块和第二驱动模块进行控制，具体为当第一电池的电压与第二电池的电压差的绝对值小于1V时，第一驱动模块和第二驱动模块分别控制第一控制开关和第二控制开关使第一电池和第二电池同时放电，当第一电池的电压与第二电池的电压差的绝对值大于1V时，控制器对电压值较小的电池进行控制，切断其控制开关，此时为电池电压较大的一组电池供电，这样可以防止当两组电池电压差较大时，高电压的电池向低电压电池充电的结果，从而对低电压电池进行保护，防止高电压电池放电电流过大对低电压电池造成的损坏。
本发明实施例中，通过采用控制器对第一电池和第二电池进行控制，通过对第一驱动模块和第二驱动模块的控制动作进行记录并存储在存储器中，这样可以在后期维护时，方便操作人员的查询，便于维护。
进一步地，所述第一电池管理模块3包括：电压检测电路、电流检测电路、温度检测器和A/D转换器，所述电压检测电路与第一电池连接，所述电流检测电路采用电流检测电阻串联于第一电池的供电线路上，所述电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路的输出端连接A/D转换器，所述A/D转换器的输出端连接控制器。
本发明实施例中，第一电池管理模块和第二电池管理模块的结构相同，分别对第一电池和第二电池的参数进行检测，电压检测电路对电池的电压进行检测，获得电池电压值，电流检测电路对电池支路的电流进行检测，通过设置温度检测器对电池的温度进行检测，当检测到第一电池或第二电池的温度过高时，则控制第一控制开关或第二控制开关切断其供电电路，从而有效的对第一电池或第二电池进行保护。
本发明实施例中，所述控制器对电压检测电路、电流检测电路以及温度检测器检测到的电流、电压和温度值进行如下运算：
其中，I表示在M个△t时间内的电流均值，in表示在一个电流周期内的电流均值，ω表示电流频率，θ取15°，N表示△t时间内的N个周期，k和j表示序号。
本发明运算过程中，需要稳定的电流值，在实际的工况中，电流问题主要体现在电流的波动、紊乱，因此，需要对电流的均值进行采集及判定，才能尽可能多的对电流出现的问题及时发现。因此需对电流取均值进而计算出M个△t时间内较准确的电流均值。
其中，U表示在M个△t时间内的电压均值，um表示在一个电流周期内的电压峰值，ω表示电流频率，θ取15°，N表示△t时间内的N个周期，k和j表示序号。
本发明运算过程中，电压问题主要体现在电压的过载，电压过载容易对电池造成损坏，对电压的峰值进行采集及判定，才能尽可能多的对电压出现的问题及时发现。因此在计算的过程中选取电压的峰值来进行M个△t时间内电压均值的计算。
其中，K表示在M个△t时间内的温度均值，tm表示在一个电流周期内的温度峰值，ω表示电流频率，θ取15°，N表示△t时间内的N个周期，k和j表示序号。
本发明运算过程中，温度的问题主要体现在温度过高，温度过高容易对整个系统造成损坏，对温度的峰值进行采集及判定，才能尽可能多的对温度出现的问题即使发现。因此在计算的过程中同样选取温度的峰值来进行M个△t时间内温度均值的计算。
检测系数f由△t时间内的电流、电压和温度的均值通过下述公式计算：
由于本发明所述的带履历的双电池供电系统的影响因素主要是电流的大小、电压的高低和温度的高低，因此在本发明中引入检测系数f，将其各个影响因素进行整合，从而通过对比判断检测系数来控制电池的启用和关闭，具体算法如下：首先在区间[0，t]对各△t范围内的电压均值、电流均值和温度均值的乘积进行积分运算，再除以时间t，得出综合电流、电压及温度的检测系数f。
进一步地，计算三个连续t时间的检测系数，分别为第一检测系数f1、第二检测系数f2、第三检测系数f3，本发明将连续三个检测系数进行比对，所述控制器按照下述均值运算公式判定第一检测系数、第二检测系数的第一比较值P21：
式中，P21表示第一检测系数、第二检测系数的第一比较值；T表示均方差运算，Ia表示积分运算。
其中Ia表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息，下述两公式相同，如基于函数y＝ax2，在x取值为(a，b)内，a＜b为任意数值。
上述均值运算的基本算法为：通过获取连续t时间内的检测系数，并对若干连续检测系数进行积分运算和均方差运算，然后取比值，得出相比较的平均值。
所述的控制器按照下述公式判定第一检测系数、第三检测系数的第二比较值P31：
式中，P31表示第一检测系数、第三检测系数的第二比较值；T表示均方差运算，Ia表示积分运算。
所述的处理模块按照下述公式判定第二检测系数、第三检测系数的第三比较值P23：
式中，P23表示第二检测系数、第三检测系数的第三比较值；T表示均方差运算，Ia表示积分运算。
经过上述方式获取的P21、P31、P23，获取三个比较值的差值比较，判定是否超过存储在控制器中预先储存的阈值P，若有一个差值超过阈值P，则切断其供电电路。
本发明实施例通过计算△t时间内N个周期的的电流均值I、电压均值U和温度均值K，再由上述均值I、U、K计算t时间内关于电流、电压和温度的检测系数f，将连续三个t的检测系数两两比较，得出比较值P21、P31、P23，再将三个比较值的差值与控制器中预设的阈值P进行对比，从而实现对电池的控制。
第一控制开关包括第一充电开关和第一放电开关，所述第二控制开关包括第二充电开关和第二放电开关，第一控制开关和第二控制开关均采用MOS开关管组成，第一控制开关采用两个MOS开关管，两个MOS开关管分别连接为充电和放电电路，这样通过对MOS开关管的控制，即可实现对电池的充电或放电方式的选择。
本发明实施例中，第一控制开关和第二控制开关分别设置在第一电池和第二电池的支路上，第一充电开关包括第一充电开关和第一放电开关，第二控制开关包括第二充电开关和第二放电开关，当需要对第一电池和第二电池进行充电时，控制器控制第一充电开关和第二充电开关闭合分别对第一电池和第二电池进行充电，当需要对外部供电时，控制第一放电开关和第二放电开关进行控制，实现供电，本发明控制结构简单，
本发明实施例中，控制器还连接通讯模块，所述控制器通过通讯模块与上位机进行通讯。
本发明实施例中，通过数字信号通讯模块可以将该供电系统的供电情况进行传输至上位机或监控平台，从而对该供电系统进行实时监控，在大型车辆、例如公交车可以实现实时监控，方便对公交车等的运营管理。
控制器采用51系列的单片机。通过设置日历时钟，可以对处理器的控制命令进行记录和存储，对单片机的控制命令进行存储，方便后期的维护，采用51系列的单片机结构简单，可以对电池的电压、电流及温度进行检测，并生成控制命令输出对第一驱动模块和第二驱动模块进行控制，对于51系列单片机的上述功能的编程是现有的，并且可以直接获得，控制电路简单，通过连接日历时钟进行记录，方便查询。
本发明提供的带履历的双电池供电系统，可以解决在不断电的情况下增加里程的问题，通过采用两组电池对一个负载供电，延长每个电池的续航时间，因有两电池，使用寿命增长，续航能力增加1倍，如其中一组电池异常，另一电池继续供电，系统不断电；通过控制器对两个电池组放电进行控制，如其中一组电压大于1V时，控制器发出指令，关闭电压低的一组，电池收到关机命令后，关闭设置在该电池支路上的控制开关，若两电池压差小于1V时，两电池组打开同时供电；在电池管理系统设计有时钟和RAM，当电池出现异常，如高温、过流、短路、过充、过放等，通过通讯模块会告知电池异常，控制器便进行相应的处理，电池管理系统内有履历，可以记录电池信息，异常信息，及控制器对数据的处理结果，便于售后追溯和问题分析。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.带履历的双电池供电系统，其特征在于，包括：第一电池和第二电池，所述第一电池和第二电池并联设置；所述第一电池上设置第一电池管理模块，所述第二电池上设置第二电池管理模块，所述第一电池管理模块和第二电池管理模块的输出端连接控制器；所述第一电池和第二电池的并联支路上设置第一控制开关和第二控制开关，所述控制器的输出端连接第一驱动模块和第二驱动模块，所述第一驱动模块的输出端连接第一控制开关，所述第二驱动模块的输出端连接第二控制开关，所述控制器还连接存储器，所述控制器对电压检测电路、电流检测电路以及温度检测器检测到的电流、电压和温度值进行如下运算：
其中，I表示在M个△t时间内的电流均值，in表示在一个电流周期内的电流均值，ω表示电流频率，θ取15°，N表示△t时间内的N个周期，k和j表示序号；
其中，U表示在M个△t时间内的电压均值，um表示在一个电流周期内的电压峰值，ω表示电流频率，θ取15°，N表示△t时间内的N个周期，k和j表示序号；
其中，K表示在M个△t时间内的温度均值，tm表示在一个电流周期内的温度峰值，ω表示电流频率，θ取15°，N表示△t时间内的N个周期，k和j表示序号；
检测系数f由△t时间内的电流、电压和温度的均值通过下述公式计算：
2.根据权利要求1所述的带履历的双电池供电系统，其特征在于，计算三个连续t时间的检测系数，分别为第一检测系数f1、第二检测系数f2、第三检测系数f3，将连续三个检测系数进行比对，所述控制器按照下述均值运算公式判定第一检测系数、第二检测系数的第一比较值P21：
式中，P21表示第一检测系数、第二检测系数的第一比较值；T表示均方差运算，Ia表示积分运算；
所述的控制器按照下述公式判定第一检测系数、第三检测系数的第二比较值P31：
式中，P31表示第一检测系数、第三检测系数的第二比较值；T表示均方差运算，Ia表示积分运算；
所述的处理模块按照下述公式判定第二检测系数、第三检测系数的第三比较值P23：
式中，P23表示第二检测系数、第三检测系数的第三比较值；T表示均方差运算，Ia表示积分运算；
经过上述方式获取的P21、P31、P23，获取三个比较值的差值比较，判定是否超过存储在控制器中预先储存的阈值P，若有一个差值超过阈值P，则切断其供电电路。
3.根据权利要求1所述的带履历的双电池供电系统，其特征在于，所述第一电池管理模块包括：电压检测电路、电流检测电路、温度检测器和A/D转换器，所述电压检测电路与第一电池连接，所述电流检测电路采用电流检测电阻串联于第一电池的供电线路上，所述电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路的输出端连接A/D转换器，所述A/D转换器的输出端连接控制器；第二电池管理模块包括：电压检测电路、电流检测电路、温度检测器和A/D转换器，所述电压检测电路与第二电池连接，所述电流检测电路采用电流检测电阻串联于第二电池的供电线路上，所述电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路的输出端连接A/D转换器，所述A/D转换器的输出端连接控制器。
4.根据权利要求1所述的带履历的双电池供电系统，其特征在于，第一控制开关包括第一充电开关和第一放电开关，所述第二控制开关包括第二充电开关和第二放电开关。
5.根据权利要求3所述的带履历的双电池供电系统，其特征在于，所述第一控制开关和第二控制开关均分别采用两个MOS开关管组成，两个MOS开关管分别连接为充电和放电电路。
6.根据权利要求1所述的带履历的双电池供电系统，其特征在于，控制器还连接通讯模块，所述控制器通过通讯模块与上位机进行通讯。
7.根据权利要求1所述的带履历的双电池供电系统，其特征在于，控制器采用51系列的单片机。
8.根据权利要求1所述的带履历的双电池供电系统，其特征在于，控制器还连接日历时钟，所述日历时钟对处理器的控制命令进行记录和存储。
9.根据权利要求1所述的带履历的双电池供电系统，其特征在于，所述控制器对两个电池组放电进行控制，若两组电压差大于1V时，控制器发出指令，关闭电压低的一组，电池收到关机命令后，关闭设置在该电池支路上的控制开关，若两电池压差小于1V时，两电池组打开同时供电。
10.根据权利要求1所述的带履历的双电池供电系统，其特征在于，控制器还连接存储器，所述存储器记录控制器对电池管理模块的采集数据进行运算并生成的检测系数。
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