CN114094673A - 一种具有电流唤醒功能的多电源系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有电流唤醒功能的多电源系统及其控制方法，属于新能源应用领域。面向长续航、高可靠的储能电源应用需求，多冗余储能系统的设计及运行管理策略对系统的高效能应用起到决定性的影响。本发明提供一种多电源管理控制策略，通过优化电源管理系统的休眠及唤醒策略降低电源管理系统的无功运行能耗，实现储能单元的高能效、高可靠应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种多电源系统，具体的说是一种具有休眠唤醒功能的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。低功耗、高可靠、多冗余的大容量能源系统的构建与管理将大幅促进深海装备的智能化发展。
发明内容
本发明提供一种具有电流唤醒功能的多电源系统，主要包括n（其中n≥2）个由储能电池和电池管理系统组成的并联连接的储能系统单元、充放电控制继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元，所述储能系统单元正负极电源输出端接入电流唤醒检测负载，MCU主控制器通过总线通讯与各储能系统单元相连，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，通过唤醒继电器接通唤醒检测负载，通过总线通讯获得储能系统单元状态，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：
一种具有电流唤醒功能的多电源系统，主要包括n（其中n≥2）个由储能电池和电池管理系统组成的并联连接的储能系统单元、充放电控制继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元，所述储能系统单元正负极电源输出端接入电流唤醒检测负载，MCU主控制器通过总线通讯与各储能系统单元相连，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。
在上述的一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述储能系统单元包括电池单元、电池管理系统、电流唤醒检测负载，所述电池管理系统为充放电同口，具有电池单体及电池单元状态采集及通讯保护功能，具有休眠和唤醒功能，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。
在上述的一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述MCU主控制器的电源来源于各储能系统单元的电池单元，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。
在上述的一种具有电流唤醒功能的多电源系统，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。
在上述的一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述电流唤醒检测负载由唤醒检测继电器和放电电阻组成。
在上述的一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述电流唤醒检测负载由唤醒检测继电器和限流电阻及LED组成。
在上述的一种具有电流唤醒功能的多电源系统，其特征在于：所述唤醒继电器为常开继电器，其控制端输入电源由MCU提供。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述MCU主控制器与各储能系统单元之间采用RS232、RS485、RS422或can总线中的任一种进行通讯，通讯系统结构为主从式结构，采用MCU主站轮询通讯方式，减少多电源节点的数据传输量。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述充放电控制继电器阵列由连接于储能系统单元负极端的第一继电器阵列和储能系统单元放电正极端的第二继电器阵列组成，所述储能系统单元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，所述储能系统单元的每个充电口的正极连接于每个储能系统单元正极。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述电源系统的电子元器件件均可耐受110MPa水压。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述电源系统的电子元器件件均可耐受110-130MPa水压。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述电源系统的电子元器件件均可耐受127MPa水压。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统，所述电源系统的电子元器件件均可耐受45-127MPa水压。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统的控制方法，所述多电源系统的储能系统单元通过上位机系统设定各储能系统单元id及自休眠时间，外部无负载及总线通讯时，储能系统单元全部休眠，进入超低功耗状态，MCU无法通过总线获知储能系统单元信息。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统的控制方法，外部负载向MCU发出运行请求后，MCU主控制器率先向目标储能系统单元的唤醒继电器发出电压指令，接通目标储能系统单元的电流唤醒负载，目标储能系统单元被唤醒，MCU通过总线主动轮询目标储能系统单元状态，目标储能系统单元持续处于轮询通讯中，储能系统单元被激活。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统的控制方法，MCU关闭储能系统单元的唤醒继电器，断开储能系统单元唤醒负载。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统的控制方法，MCU根据储能系统单元状态选择需要接入的充放电控制继电器阵列，相应的多电源系统并联输出。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统的控制方法，当外部负载运行于静默时，MCU主控器释放充放电控制继电器的控制信号，继电器断开，部分储能系统单元进入休眠状态。
在上述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统的控制方法，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，储能系统单元可以独立充电。
本发明所具有的优点：
本发明专利通过自动休眠与电流唤醒功能降低最小化储能系统单元的待机功耗，组建智能化多冗余能源供给网络，提升多电源系统的能源利用率，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为具有电流唤醒功能的多电源系统一。
图2为具有电流唤醒功能的多电源系统二。
图3为具有电流唤醒功能的多电源系统运行控制流程。
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。
将电源管理系统BMS接入电池单元，构成储能系统单元，其中电源管理系统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，将电源管理系统BMS接入电池单元，构成储能系统单元，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个储能系统单元、电流唤醒检测负载、继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元依次连接，其中电流唤醒检测负载直接接入储能系统单元正负极电源输出端，储能系统单元的负极端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，储能系统单元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，储能系统单元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，储能系统单元的每个充电口的正极直接分别连接于每个储能系统单元正极，MCU主控制器通过总线通讯与各储能系统单元的BMS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个储能系统单元、电流唤醒检测负载、继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元依次连接，其中电流唤醒检测负载直接接入储能系统单元正负极电源输出端，储能系统单元的负极端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，储能系统单元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，储能系统单元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，储能系统单元的每个充电口的正极直接分别连接于每个储能系统单元正极，MCU主控制器通过总线通讯与各储能系统单元的BMS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。
具有电流唤醒功能的多电源系统的储能系统单元通过上位机系统设定各储能系统单元id及自休眠时间，外部无负载及总线通讯时，储能系统单元全部休眠，进入超低功耗状态，MCU无法通过总线获知储能系统单元信息。
外部负载向MCU发出运行请求后，MCU主控制器率先向目标储能系统单元的唤醒继电器发出电压指令，接通目标储能系统单元的电流唤醒负载，目标储能系统单元被唤醒，MCU通过总线主动轮询目标储能系统单元状态，目标储能系统单元持续处于轮询通讯中，储能系统单元被激活；MCU关闭储能系统单元的唤醒继电器，断开储能系统单元唤醒负载。
MCU根据储能系统单元状态选择需要接入的充放电控制继电器阵列，相应的多电源系统并联输出。
当外部负载运行于静默时，MCU主控器释放充放电控制继电器的控制信号，继电器断开，部分储能系统单元进入休眠状态。
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，储能系统单元可以独立充电。
Claims (10)
1.一种具有电流唤醒功能的多电源系统，主要包括n个由储能电池和电池管理系统组成的并联连接的储能系统单元、充放电控制继电器阵列、MCU主控制器、DC/DC模块、配电管理单元，n≥2，其特征在于：所述储能系统单元正负极电源输出端接入电流唤醒检测负载。
2.按权利要求1所述一种具有电流唤醒功能的多电源系统，其特征在于：所述储能系统单元包括电池单元、电池管理系统、电流唤醒检测负载，所述电池管理系统为充放电同口，具有电池单体及电池单元状态采集及通讯保护功能，具有休眠和唤醒功能。
3.按权利要求2所述一种具有电流唤醒功能的多电源系统，其特征在于：所述MCU主控制器的电源来源于各储能系统单元的电池单元，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所述一种具有电流唤醒功能的多电源系统，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2所述一种具有电流唤醒功能的多电源系统，其特征在于：所述电流唤醒检测负载由唤醒检测继电器和放电电阻组成。
6.按权利要求2所述一种具有电流唤醒功能的多电源系统，其特征在于：所述电流唤醒检测负载由唤醒检测继电器和限流电阻及LED组成。
7.按权利要求5或6所述的一种具有电流唤醒功能的多电源系统，其特征在于：所述唤醒继电器为常开继电器，其控制端输入电源由MCU提供。
8.按权利要求1所述的一种具有电流唤醒功能的多电源系统，其特征在于：所述MCU主控制器与各储能系统单元之间采用RS232、RS485、RS422或can总线中的任一种进行通讯，通讯系统结构为主从式结构，采用MCU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所述的一种具有电流唤醒功能的多电源系统，其特征在于：所述充放电控制继电器阵列由连接于储能系统单元负极端的第一继电器阵列和储能系统单元放电正极端的第二继电器阵列组成，所述储能系统单元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，所述储能系统单元的每个充电口的正极连接于每个储能系统单元正极。
10.按权利要求1-9所述的任一种具有电流唤醒功能的多电源系统的控制方法，其特征在于：（1）所述多电源系统的储能系统单元通过上位机系统设定各储能系统单元id及自休眠时间，外部无负载及总线通讯时，储能系统单元全部休眠，进入超低功耗状态，MCU无法通过总线获知储能系统单元信息；（2）外部负载向MCU发出运行请求后，MCU主控制器率先向目标储能系统单元的唤醒继电器发出电压指令，接通目标储能系统单元的电流唤醒负载，目标储能系统单元被唤醒，MCU通过总线主动轮询目标储能系统单元状态，目标储能系统单元持续处于轮询通讯中，储能系统单元被激活；（3）MCU关闭储能系统单元的唤醒继电器，断开储能系统单元唤醒负载；（4）MCU根据储能系统单元状态选择需要接入的充放电控制继电器阵列，相应的多电源系统并联输出；（5）当外部负载运行于静默时，MCU主控器释放充放电控制继电器的控制信号，继电器断开，部分储能系统单元进入休眠状态；（6）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，储能系统单元可以独立充电。
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