CN112737013A - 一种多电源系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多电源系统，属于新能源应用领域。随着深海装备的智能化与集群化发展需求，水下长潜伏电源系统成为技术发展的瓶颈。受体积与重量的限制，目前常规动力型水下无人潜水器AUV及载人深潜器HOV携带的电能较低，深海作业时间较短，需要定时回收充电，作业效率低，无法满足深海中补电及长期持续作业需求。本发明提供一种多电源系统，主要包括至少2个电池组、继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元，MCU主控制器通过总线通讯与各电池组相连，同时输出I/O控制信号分别独立连接于各个继电器的控制端，根据外设工况信息，控制电源系统的串并联输出阵列，实现低功耗与高功率的高效转换，为深海能源提供一种高隐蔽、长续航的能源方案。
Description
本发明涉及一种多电源系统，具体的说是一种深海多电源系统及其运行方法，属于新能源应用领域。
背景技术
随着深海装备的智能化与集群化发展需求，水下长潜伏电源系统成为技术发展的瓶颈。受体积与重量的限制，目前常规动力型水下无人潜水器AUV及载人深潜器HOV携带的电能较低，深海作业时间较短，集中在6-20h，需要定时回收充电，作业效率低，无法满足深海中补电及长期持续作业需求。在水下建立大容量电源系统可为深海装备的智能化和集群化提供水下能源基础，推动深海资源的开发。
发明内容
本发明提供一种多电源系统，主要包括至少2个电池组、继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元， MCU主控制器通过总线通讯与各电池组相连，同时输出I/O控制信号分别独立连接于各个继电器的控制端，根据外设工况信息，控制电源系统的串并联输出阵列，实现低功耗与高功率的高效转换，为深海能源提供一种高隐蔽、长续航的能源方案。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种多电源系统，主要包括至少2个电池组、继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元，所述电池组的负极端分别串联第一继电器阵列后并联接入配电管理单元的配电输入端，所述电池组的正极端分别串联第二继电器阵列后并联接入配电管理单元的配电输入端，所述电池组的每个充电口的负极直接连接于第一继电器阵列并联节点，所述电池组的每个充电口的正极直接分别连接于每个电池组正极，所述MCU主控制器通过总线通讯与各电池组相连，同时输出I/O控制信号分别独立连接于各个继电器的控制端。
在上述的一种多电源系统，所述电池组包括电池单元、BMS，所述BMS为充放电同口，具有电池单体及电池单元状态采集及通讯保护功能，所述电池单元状态采集包括但不限于电压、电流、温度、渗水等状态参数。
在上述的一种多电源系统，所述MCU主控制器的电源来源于各电池组的电池单元，各电池单元的正极经二极管后并联接入DC/DC的正极输入端，各电池单元的负极直接并联接入DC/DC的负极输入端，DC/DC的输出端连接于MCU主控制器电源输入端。
在上述的一种多电源系统，所述MCU主控制器的电源配有独立的控制器电池组，控制器电池组的正负极分别接入DC/DC的电源输入端，DC/DC的输出端连接于MCU主控制器电源输入端。
在上述的一种多电源系统，所述电池单元由n*m个二次电池单体串并联组成，先由m个二次电池单体并联形成并联电池，再将n个并联电池串联形成电池单元，电池单元的电压为n*U1，其中U1为各电池单体的电压，n≥1，m≥1。
在上述的一种多电源系统，所述二次电池类型为固态锂电池、钛酸锂电池、磷酸铁锂电池、锂离子电容器或其组合电池，所述组合电池为具备功率密度及能量密度兼备的固态锂电池与锂离子电容器组合电池、具备快充和能量回收功能的钛酸锂电池与锂离子电容器组合电池或具备高安全长寿命功能的钛酸锂电池与磷酸铁锂电池组合电池。
在上述的一种多电源系统，其特征在于：所述MCU主控制器与各电池组之间采用RS232、RS485、RS422或can总线中的任一种进行通讯。
在上述的任一种多电源系统，所述通讯系统结构为主从式结构，采用主站轮询通讯方式，减少多电源节点的数据传输量。
在上述的任一种多电源系统，其特征在于：所述电源系统的电子元器件件均可耐受110MPa水压。
在上述的任一种多电源系统，其特征在于：所述电源系统的电子元器件件均可耐受110-130MPa水压。
在上述的任一种多电源系统，其特征在于：所述电源系统的电子元器件件均可耐受127MPa水压。
在上述的任一种多电源系统，其特征在于：所述电源系统的电子元器件件均可耐受45-127MPa水压。
在上述的任一种多电源系统的运行方法，所述多电源系统放电运行时，MCU主控制器采集外部负载工况以及各BMS信息，向第一继电器及相应的第二继电器发出指令，控制第一继电器和第二继电器闭合，相应的电池组并联输出，提升电源系统的动力性能。
在上述的任一种多电源系统的运行方法，当外部负载运行于低功耗时，MCU主控器释放对第一继电器和相应第二继电器的控制信号，第一继电器和第二继电器断开，部分电池组进入无负载静耗状态。
在上述的任一种多电源系统的运行方法，所述多电源系统充电时，MCU主控制器控制第一继电器闭合、第二继电器断开，电池组可以独立充电。
本发明所具有的优点：
本发明专利通过多电源系统的最小单元化、协同控制与基于工况的组合与分离等技术，实现了超大能量基站的单元化，适用于更为广泛与复杂的水下工况，为深海能源提供一种高隐蔽、长续航的能源方案。
附图说明
图1为多电源系统一。
图2为多电源系统二。
具体实施方式
首先由m个二次电池单体并联形成并联电池，再将n个并联电池串联形成由n*m个二次电池单体串并联组成的电池单元，电池单元的电压为n*U1，其中U1为各电池单体的电压，n≥1，m≥1。
将BMS接入电池单元，构成电池组，其中BMS为充放电同口，具有电池单体及电池单元状态采集及通讯保护功能，可实时采集电压、电流、温度、渗水等信息。
如图1，将BMS接入电池单元，构成电池组，其中BMS为充放电同口，具有电池单体及电池单元状态采集及通讯保护功能，可实时采集电压、电流、温度、渗水等信息；将不少于2个电池组、继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元依次连接，其中电池组的负极端分别串联第一继电器阵列后并联接入配电管理单元的配电输入端，电池组的正极端分别串联第二继电器阵列后并联接入配电管理单元的配电输入端，电池组的每个充电口的负极直接连接于第一继电器阵列并联节点，电池组的每个充电口的正极直接分别连接于每个电池组正极，MCU主控制器通过总线通讯与各电池组相连，同时输出I/O控制信号分别独立连接于各个继电器的控制端。将各电池单元的正极经二极管后并联接入DC/DC的正极输入端，各电池单元的负极直接并联接入DC/DC的负极输入端，DC/DC的输出端连接于MCU主控制器电源输入端。
如图2，将不少于2个电池组、继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元依次连接，其中电池组的负极端分别串联第一继电器阵列后并联接入配电管理单元的配电输入端，电池组的正极端分别串联第二继电器阵列后并联接入配电管理单元的配电输入端，电池组的每个充电口的负极直接连接于第一继电器阵列并联节点，电池组的每个充电口的正极直接分别连接于每个电池组正极，MCU主控制器通过总线通讯与各电池组相连，同时输出I/O控制信号分别独立连接于各个继电器的控制端；MCU主控制器的电源配有独立的控制器电池组，控制器电池组的正负极分别接入DC/DC的电源输入端，DC/DC的输出端连接于MCU主控制器电源输入端。
多电源系统放电运行时，MCU主控制器采集外部负载工况以及各BMS信息，向第一继电器及相应的第二继电器发出指令，控制第一继电器和第二继电器闭合，相应的电池组并联输出，提升电源系统的动力性能。
当外部负载运行于低功耗时，MCU主控器释放对第一继电器和相应第二继电器的控制信号，第一继电器和第二继电器断开，部分电池组进入无负载静耗状态。
所述多电源系统充电时，MCU主控制器控制第一继电器闭合、第二继电器断开，电池组可以独立充电。
Claims (10)
1.一种多电源系统，主要包括至少2个电池组、继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元，所述电池组的负极端分别串联第一继电器阵列后并联接入配电管理单元的配电输入端，所述电池组的正极端分别串联第二继电器阵列后并联接入配电管理单元的配电输入端，所述电池组的每个充电口的负极直接连接于第一继电器阵列并联节点，所述所述电池组的每个充电口的正极直接分别连接于每个电池组正极，所述MCU主控制器通过总线通讯与各电池组相连，同时输出I/O控制信号分别独立连接于各个继电器的控制端。
2.按权利要求1所述的一种多电源系统，其特征在于：所述电池组包括电池单元、BMS，所述BMS为充放电同口，具有电池单体及电池单元状态采集及通讯保护功能。
3.按权利要求2所述的一种多电源系统，其特征在于：所述MCU主控制器的电源来源于各电池组的电池单元，各电池单元的正极经二极管后并联接入DC/DC的正极输入端，各电池单元的负极直接并联接入DC/DC的负极输入端，DC/DC的输出端连接于MCU主控制器电源输入端。
4.按权利要求2所述的一种多电源系统，其特征在于：所述MCU主控制器的电源配有独立的控制器电池组，控制器电池组的正负极分别接入DC/DC的电源输入端，DC/DC的输出端连接于MCU主控制器电源输入端。
5.按权利要求3或4所述的一种多电源系统，其特征在于：所述电池单元由n*m个二次电池单体串并联组成，先由m个二次电池单体并联形成并联电池，再将n个并联电池串联形成电池单元，电池单元的电压为n*U1，其中U1为各电池单体的电压，n≥1，m≥1。
6.按权利要求5所述的一种多电源系统，其特征在于：所述二次电池类型为固态锂电池、钛酸锂电池、磷酸铁锂电池、锂离子电容器或其组合电池，所述组合电池为具备功率密度及能量密度兼备的固态锂电池与锂离子电容器组合电池、具备快充和能量回收功能的钛酸锂电池与锂离子电容器组合电池或具备高安全长寿命功能的钛酸锂电池与磷酸铁锂电池组合电池。
7.按权利要求1所述的一种多电源系统，其特征在于：所述MCU主控制器与各电池组之间采用RS232、RS485、RS422或can总线中的任一种进行通讯。
8.按权利要求1-7所述的任一种多电源系统，其特征在于：所述通讯系统结构为主从式结构，采用主站轮询通讯方式，减少多电源节点的数据传输量。
9.按权利要求1-8所述的任一种多电源系统，其特征在于：所述电源系统的电子元器件可耐受30-130 MPa水压。
10.按权利要求1-9所述的任一种多电源系统的运行方法，其特征在于：所述多电源系统放电运行时，MCU主控制器采集外部负载工况以及各BMS信息，向第一继电器及相应的第二继电器发出指令，控制第一继电器和第二继电器闭合，相应的电池组并联输出，提升电源系统的动力性能；当外部负载运行于低功耗时，MCU主控器释放对第一继电器和相应第二继电器的控制信号，第一继电器和第二继电器断开，部分电池组进入无负载静耗状态；所述多电源系统充电时，MCU主控制器控制第一继电器闭合、第二继电器断开，电池组可以独立充电。
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