CN114784906A - 一种电动轮椅用电源系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动轮椅用电源系统及控制方法，包括机箱和贯穿设置在机箱的2+3插座，机箱内设置有锂电池组和电池管理系统BMS，锂电池组包括组装板和若干个并列贴合的软包动力锂离子电池，软包动力锂离子电池的极耳延伸并穿过组装板依次串联，位于最外一侧的软包动力锂离子电池的负极作为锂电池组的总负极与电池管理系统BMS上的B‑过孔焊盘电连接，位于最外另一侧的软包动力锂离子电池的正极作为锂电池组的总正极与2+3插座接口的正极接线柱电连接，2+3插座接口的负极接线柱与电池管理系统BMS上的P‑过孔焊盘电连接。本发明能够实现对锂电池的充电和放电实时保护，同时安全性高。

Description

一种电动轮椅用电源系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动轮椅用电源系统及控制方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

目前，随着人们生活水平的不断提高和人口老龄化的增长趋势，电动轮椅的使用数量快速增加，同时人们也逐渐面临着“充电效率低”、“安全隐患多”等一系列问题。

相较于铅酸蓄电池，动力软包锂离子电池的使用寿命远远高，能够节约使用成本，更为重要的是动力软包锂离子电池安全性能够得到保证。但同时随着软包动力锂离子电池频繁的充电、放电，或者是过充电、过放电、短路和过温等不良情况的出现，也会大大降低软包锂电池的使用次数，并且存在一定的安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电动轮椅用电源系统及控制方法，其具体技术方案如下：

一种电动轮椅用电源系统，包括机箱和贯穿设置在机箱的2+3插座，所述2+3插座包括2个主触点和3个辅助触点，2个主触点用于过大电流，3个辅助触点用于连接通讯线，所述机箱内设置有锂电池组和电池管理系统BMS，所述锂电池组包括组装板和若干个并列贴合的软包动力锂离子电池，所述软包动力锂离子电池的极耳延伸并穿过组装板依次串联，位于最外一侧的软包动力锂离子电池的负极作为锂电池组的总负极，所述总负极与电池管理系统BMS上的B-过孔焊盘电连接，位于最外另一侧的软包动力锂离子电池的正极作为锂电池组的总正极，所述总正极与2+3插座接口的正极接线柱电连接，2+3插座接口的负极接线柱与电池管理系统BMS上的P-过孔焊盘电连接。

进一步的，所述机箱包括箱盖和箱体，所述箱盖的表面居中设置有提手。

进一步的，所述箱体的两侧设置有一组对称的固定侧耳，所述固定侧耳皆设置有腰型通孔。

进一步的，所述箱体的内侧皆铺设有EVA泡棉，所述EVA泡棉采用阻燃材质。

进一步的，所述箱体前端开设有圆形通孔，所述圆形通孔的两侧设置有一组对称的固定孔，所述2+3插座穿过箱体前端的通孔并通过固定孔进行固定，所述2+3插座的插接端位于箱体外。

进一步的，所述组装板的材质为PCB材料，所述组装板的表面敷一层敷铜焊锡层，所述组装板开设若干个极耳孔，所述软包动力锂离子电池的极耳穿过极耳孔并弯折焊接在所述敷铜焊锡层上。

进一步的，所述锂电池组的外侧皆设置有环氧树脂板，所述环氧树脂板的外侧设置有绝缘防护套，所述绝缘防护套采用PVC材质。

一种电动轮椅用电源系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：充电，包括充电握手、充电过程以及充电结束；

步骤S2：放电，包括放电握手、放电过程以及放电结束。

进一步的，所述充电包括以下步骤：

步骤S11：充电握手：将电源系统与充电器电连接，所述充电器的2+3电源插头插接到电源系统的2+3插座接口中，所述充电器与电池管理系统BMS先进行握手。

步骤S12：充电过程：握手成功后，电池管理系统BMS将进行自检，自检无异常后，电池管理系统BMS将信息发送给充电器，充电器根据获取到的信息，实时调整输出电压与电流。

所述电池管理系统BMS具有低温禁止充电功能，当环境温度低于-5℃时，所述电源系统禁止充电，当环境温度不低于0℃时，所述电源系统恢复充电。如果建立不了通讯，就不会充电。

充电器能够获取电源系统的总电压、SOC、温度、单体最低电压和单体最高电压等，电池管理系统BMS能够获取充电器的输出电压、电流、温度、功率等。正常充电过程中，充电器会根据电源系统的状态（电压、SOC、温度）去实时调整充电状态，充电器的状态可分为四种：停止充电、脉冲激活充电、正常充电和降功率充电，而正常充电又可分为小电流预充电、恒流充电、恒压充电、浮充。

在充电过程中，电源系统或充电器若发生异常，异常可分为一级、二级和三级，其中一级为严重状态，二级为告警状态，三级是普通异常状态，此三种异常状态分别对应充电状态为停止充电、降功率充电和正常充电，而脉冲激活充电则适用于电源系统过放电或电池管理系统BMS处于休眠状态，充电器设置3次的脉冲输出，此3次脉冲用于唤醒电池管理系统BMS，打开充电回路进行小电流充电，待达到设置的电量后可进行大电流充电。

步骤S13：充电结束：充电结束后，充电器发送充电结束的信息给电池管理系统BMS，电池管理系统BMS关闭充电回路后，反馈信息给充电器，充电器关闭输出。

进一步的，所述放电包括以下步骤：

步骤S21：放电握手：将电源系统与整车电连接，2+3电源插头插接到电源系统的2+3插座接口中，电池管理系统BMS与整车的中控系统握手。

步骤S22：放电过程：握手成功后，电池管理系统BMS侦测到外部放电电流≥50mA，且时间超过1S时，电池管理系统BMS打开放电回路，开始放电。

所述电池管理系统BMS具有互锁功能，充电时整车不能进行放电，整车放电时不能进行充电。所述电源系统通过电池管理系统BMS中的CAN通讯将电池实时数据信息传递至中控系统，中控系统通过CAN通讯将中控的信息传递给电池管理系统BMS，实现信息的交互。

放电过程中，当电源系统出现温度过高、温度过低、电量低、电压低等情况时，中控系统获取到该信息后可以适当的通知电机降功率运行，能够保证电源系统的不会突然断电，可增加续航，同时能够提高电池以及系统的使用寿命。

正常放电过程中，中控系统会根据电源系统的状态（电压、电量、温度）去实时调整整车的运行状态，放电的状态可分为四种：停止放电、正常放电和降功率放电。

在放电过程中，电源系统或中控系统若发生异常，异常也可分为一级、二级和三级，其中一级为严重状态，二级为告警状态，三级是普通异常状态，此三种异常状态分别对应充电状态为停止放电、降功率放电和正常放电。降功率放电适用于电源系统的情形有：电压、SOC偏低，环境温度低、锂电池组温度偏高以及电池管理系统BMS上的MOS管温度过高，适用于中控系统的情形有：中控温度偏高等。

步骤S23：放电结束。

本发明的有益效果是：

本发明以软包动力锂离子电池作为电源使用，具有使用循环次数高、充放电效率高的特点，还具有高倍率性能优异、温升小、动力强劲、安全性能更高的优点。

本发明选用2+3电源，其插座接口易于插拔，大大方便了电源系统的更换；其用于通讯的3个辅助触点，大大方便了接口与外界的充电器以及整车中控系统的通讯。

本发明设置有智能的电池管理系统BMS，对电源系统的充电和放电实现实时保护，防止电源系统出现过度充电、过度放电、过流、过温和短路等问题，同时能够存储历史数据信息，性能强大、功能齐全且智能化程度高。

本发明的电池管理系统BMS采用CAN通讯，实现了与充电器和整车中控系统的实时信息交互。CAN通讯传输速率快，准确性高，能够实时获取电池的状态、数据，详细了解的电池的动态，以保证运行电池的可靠性与安全性。

本发明的电源系统具有体积小、重量轻等特点，便于实际生活场景中电动轮椅的使用。

附图说明

图1是本发明的状态示意图，

图2是本发明的锂电池组分解状态示意图，

图3是本发明的分解状态示意图。

图中：1-提手，2—箱盖，3—箱体，4—固定侧耳，5—2+3插座，6—EVA泡棉，7—软包动力锂离子电池，8—组装板，9—电池管理系统BMS，10—环氧树脂板，11—绝缘防护套。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、2、3所示，一种电动轮椅用电源系统，包括机箱和贯穿设置在机箱的2+3插座5，机箱包括箱盖2和箱体3。箱盖2的表面居中设置有提手1。箱体3前端开设有圆形通孔，圆形通孔的两侧设置有一组对称的固定孔，2+3插座5穿过箱体3前端的通孔并通过固定孔进行固定，2+3插座5的插接端位于箱体3外。2+3插座5的插座接口易于插拔，大大方便了电源系统的更换，2+3插座5包括2个主触点和3个辅助触点，2个主触点用于过大电流，3个辅助触点用于连接通讯线，大大方便了接口与外界的充电器以及整车中控系统的通讯。

机箱内设置有锂电池组和电池管理系统BMS9，电池管理系统BMS9能够对电源系统的充电和放电实现实时保护，防止电源系统出现过度充电、过度放电、过流、过温和短路等问题，同时能够存储历史数据信息，性能强大、功能齐全且智能化程度高。电池管理系统BMS9采用CAN通讯，实现了与充电器和整车中控系统的实时信息交互。CAN通讯传输速率快，准确性高，能够实时获取电池的状态、数据，详细了解的电池的动态，以保证运行电池的可靠性与安全性。

锂电池组包括组装板8和若干个并列贴合的软包动力锂离子电池7，以软包动力锂离子电池7作为电源使用，具有使用循环次数高、充放电效率高的特点，还具有高倍率性能优异、温升小、动力强劲、安全性能更高的优点。组装板8的材质为PCB材料，组装板8的表面敷一层敷铜焊锡层，组装板8开设若干个极耳孔，软包动力锂离子电池7的极耳穿过极耳孔并弯折焊接在敷铜焊锡层上。软包动力锂离子电池7的极耳延伸并穿过组装板8依次串联，位于最外一侧的软包动力锂离子电池7的负极作为锂电池组的总负极，所述总负极与电池管理系统BMS9上的B-过孔焊盘电连接，位于最外另一侧的软包动力锂离子电池7的正极作为锂电池组的总正极，所述总正极与2+3插座5接口的正极接线柱电连接，2+3插座5接口的负极接线柱与电池管理系统BMS9上的P-过孔焊盘电连接。

箱体3的两侧设置有一组对称的固定侧耳4，固定侧耳4皆设置有腰型通孔。箱体3的内侧皆铺设有EVA泡棉6，EVA泡棉6采用阻燃材质。锂电池组的外侧皆设置有环氧树脂板10，环氧树脂板10的外侧设置有绝缘防护套11，绝缘防护套11采用PVC材质。

一种电动轮椅用电源系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：充电，包括充电握手、充电过程以及充电结束，具体包括以下步骤：

步骤S11：充电握手：将电源系统与充电器电连接，充电器的2+3电源插头插接到电源系统的2+3插座5接口中，充电器与电池管理系统BMS9先进行握手。

步骤S12：充电过程：握手成功后，电池管理系统BMS9将进行自检，自检无异常后，电池管理系统BMS9将信息发送给充电器，充电器根据获取到的信息，实时调整输出电压与电流。

电池管理系统BMS9具有低温禁止充电功能，当环境温度低于-5℃时，电源系统禁止充电，当环境温度不低于0℃时，电源系统恢复充电。如果建立不了通讯，就不会充电。

充电器能够获取电源系统的总电压、SOC、温度、单体最低电压和单体最高电压等，电池管理系统BMS9能够获取充电器的输出电压、电流、温度、功率等。正常充电过程中，充电器会根据电源系统的状态电压、SOC、温度去实时调整充电状态，充电器的状态可分为四种：停止充电、脉冲激活充电、正常充电和降功率充电，而正常充电又可分为小电流预充电、恒流充电、恒压充电、浮充。

在充电过程中，电源系统或充电器若发生异常，异常可分为一级、二级和三级，其中一级为严重状态，二级为告警状态，三级是普通异常状态，此三种异常状态分别对应充电状态为停止充电、降功率充电和正常充电，而脉冲激活充电则适用于电源系统过放电或电池管理系统BMS处于休眠状态，充电器设置3次的脉冲输出，此3次脉冲用于唤醒电池管理系统BMS，打开充电回路进行小电流充电，待达到设置的电量后可进行大电流充电。

步骤S13：充电结束：充电结束后，充电器发送充电结束的信息给电池管理系统BMS9，电池管理系统BMS9关闭充电回路后，反馈信息给充电器，充电器关闭输出。

步骤S2：放电，包括放电握手、放电过程以及放电结束，具体包括以下步骤：

步骤S21：放电握手：将电源系统与整车电连接，2+3电源插头插接到电源系统的2+3插座5接口中，电池管理系统BMS9与整车的中控系统握手。

步骤S22：放电过程：握手成功后，电池管理系统BMS9侦测到外部放电电流≥50mA，且时间超过1S时，电池管理系统BMS9打开放电回路，开始放电。

电池管理系统BMS9具有互锁功能，充电时整车不能进行放电，整车放电时不能进行充电。电源系统通过电池管理系统BMS9中的CAN通讯将电池实时数据信息传递至中控系统，中控系统通过CAN通讯将中控的信息传递给电池管理系统BMS9，实现信息的交互。

放电过程中，当电源系统出现温度过高、温度过低、电量低、电压低等情况时，中控系统获取到该信息后可以适当的通知电机降功率运行，能够保证电源系统的不会突然断电，可增加续航，同时能够提高电池以及系统的使用寿命。

正常放电过程中，中控系统会根据电源系统的状态电压、电量、温度去实时调整整车的运行状态，放电的状态可分为四种：停止放电、正常放电和降功率放电。

在放电过程中，电源系统或中控系统若发生异常，异常也可分为一级、二级和三级，其中一级为严重状态，二级为告警状态，三级是普通异常状态，此三种异常状态分别对应充电状态为停止放电、降功率放电和正常放电。降功率放电适用于电源系统的情形有：电压、SOC偏低，环境温度低、锂电池组温度偏高以及电池管理系统BMS9上的MOS管温度过高，适用于中控系统的情形有：中控温度偏高等。

步骤S23：放电结束。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种电动轮椅用电源系统，其特征在于：包括机箱和贯穿设置在机箱的2+3插座（5），所述2+3插座（5）包括2个主触点和3个辅助触点，所述机箱内设置有锂电池组和电池管理系统BMS（9），所述锂电池组包括组装板（8）和若干个并列贴合的软包动力锂离子电池（7），所述软包动力锂离子电池（7）的极耳延伸并穿过组装板（8）依次串联，位于最外一侧的软包动力锂离子电池（7）的负极作为锂电池组的总负极，所述总负极与电池管理系统BMS（9）上的B-过孔焊盘电连接，位于最外另一侧的软包动力锂离子电池（7）的正极作为锂电池组的总正极，所述总正极与2+3插座（5）接口的正极接线柱电连接，2+3插座（5）接口的负极接线柱与电池管理系统BMS（9）上的P-过孔焊盘电连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动轮椅用电源系统，其特征在于：所述机箱包括箱盖（2）和箱体（3），所述箱盖（2）的表面居中设置有提手（1）。

3.根据权利要求2所述的一种电动轮椅用电源系统，其特征在于：所述箱体（3）的两侧设置有一组对称的固定侧耳（4），所述固定侧耳（4）皆设置有腰型通孔。

4.根据权利要求2所述的一种电动轮椅用电源系统，其特征在于：所述箱体（3）的内侧皆铺设有EVA泡棉（6），所述EVA泡棉（6）采用阻燃材质。

5.根据权利要求2所述的一种电动轮椅用电源系统，其特征在于：所述箱体（3）前端开设有圆形通孔，所述圆形通孔的两侧设置有一组对称的固定孔，所述2+3插座（5）穿过箱体（3）前端的通孔并通过固定孔进行固定，所述2+3插座（5）的插接端位于箱体（3）外。

6.根据权利要求1所述的一种电动轮椅用电源系统，其特征在于：所述组装板（8）的材质为PCB材料，所述组装板（8）的表面敷一层敷铜焊锡层，所述组装板（8）开设若干个极耳孔，所述软包动力锂离子电池（7）的极耳穿过极耳孔并弯折焊接在所述敷铜焊锡层上。

7.根据权利要求1所述的一种电动轮椅用电源系统，其特征在于：所述锂电池组的外侧皆设置有环氧树脂板（10），所述环氧树脂板（10）的外侧设置有绝缘防护套（11），所述绝缘防护套（11）采用PVC材质。

8.基于权利要求1-7任一所述的一种电动轮椅用电源系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：充电，包括充电握手、充电过程以及充电结束；

步骤S2：放电，包括放电握手、放电过程以及放电结束。

9.根据权利要求8所述的一种电动轮椅用电源系统的控制方法，其特征在于：所述充电包括以下步骤：

步骤S11：充电握手：将电源系统与充电器电连接，所述充电器的2+3电源插头插接到电源系统的2+3插座（5）接口中，所述充电器与电池管理系统BMS（9）先进行握手；

步骤S12：充电过程：握手成功后，电池管理系统BMS（9）将进行自检，自检无异常后，电池管理系统BMS（9）将信息发送给充电器，充电器根据获取到的信息，实时调整输出电压与电流；

步骤S13：充电结束：充电结束后，充电器发送充电结束的信息给电池管理系统BMS（9），电池管理系统BMS（9）关闭充电回路后，反馈信息给充电器，充电器关闭输出。

10.根据权利要求8所述的一种电动轮椅用电源系统的控制方法，其特征在于：所述放电包括以下步骤：

步骤S21：放电握手：将电源系统与整车电连接，2+3电源插头插接到电源系统的2+3插座（5）接口中，电池管理系统BMS（9）与整车的中控系统握手；

步骤S22：放电过程：握手成功后，电池管理系统BMS（9）侦测到外部放电电流≥50mA，且时间超过1S时，电池管理系统BMS（9）打开放电回路，开始放电；

步骤S23：放电结束。

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