CN115811116A - 一种自适应电源管理系统、方法以及储能电源 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自适应电源管理系统、方法以及储能电源，系统包括储能电源支路、备用电源支路、信息采集模块、开关模块、输入输出电路模块和处理器模块；储能电源支路和备用电源支路为输入输出电路模块提供电量或者吸收来自输入输出电路模块中的电能；信息采集模块采集检测储能电源支路和备用电源支路中的电池信息；开关模块连接在储能电源支路中、备用电源支路中以及储能电源支路和备用电源支路之间，处理器模块根据电池信息和输入输出电路模块的使用状态，来控制开关模块的导通方式，从而改变储能电源支路和备用电源支路中电池的串并联连接关系。本申请提高了储能电源容量、续航时间、输出功率的可扩展性，可持续输出稳定的功率，提高用户体验。

Description

一种自适应电源管理系统、方法以及储能电源

技术领域

本申请涉及电源管理系统技术领域，尤其是涉及一种自适应电源管理系统、方法以及储能电源。

背景技术

目前人们生活水平的提高，也越来越注重生活中的休闲娱乐。很多人渴望去户外放松自己，因此衍生出了自驾游、旅游、露营、摄影等各式各样的户外活动。在户外活动时，必不可少的就是移动式储能电源，以便为各种电子设备提供电能。

现有的移动式储能电源，都具有较为丰富的电源接口，以适用不同的电子设备，例如：220V输出口、12V输出口和5V输出口等。并且移动式储能电源还设置有输入充电电路和屏显电路，能够储能电源充电的同时，还能够及时显示出当前储能电源剩余的电量信息。移动式储能电源都是内置的电池组，电池容量和输出功率一般是稳定不变的，从而为各种电子设备提供更加完善的供电环境。

针对上述中的相关技术，当移动式储能电源内部的部分电池出现故障或者是掉电严重时，容易出现移动式储能电源输入或者输出功率不稳定的缺陷。

发明内容

为了提高存储电源的输入或者输出功率的稳定性，本申请提供一种自适应电源管理系统、方法以及储能电源。

本申请提供的一种自适应电源管理系统，采用如下的技术方案：

一种自适应电源管理系统，包括：

储能电源支路，所述储能电源支路中设置有多个电池仓，所述电池仓用于可拆卸式安装电池，所述电池仓上设置有电压输出端，多个所述电池仓的电压输出端相互串联；

备用电源支路，所述备用电源支路中设置有和所述电池仓数量相同的备用仓，所述备用仓用于可拆卸式安装电池，所述备用仓上设置有电压输出端，多个所述备用仓的电压输出端相互串联，所述备用电源支路和所述储能电源支路并联；

信息采集模块，所述信息采集模块设置在所述电池仓中以及所述备用仓中，所述信息采集模块用于检测电池信息；

开关模块，所述开关模块连接在所述储能电源支路中、所述备用电源支路中以及所述储能电源支路和所述备用电源支路之间，所述开关模块导通或者关断以用于改变所述电池仓和所述备用仓之间的串并联关系以及确定是否启动电池；

输入输出电路模块，所述输入输出电路模块耦接所述储能电源支路的两端，所述输入输出电路模块用于获取所述储能电源支路以及所述备用电源支路中的电能或者是向所述储能电源支路以及所述备用电源支路中的电池充电；

处理器模块，所述处理器模块耦接所述信息采集模块、所述开关模块以及所述输入输出电路模块，所述处理器模块用于获取所述信息采集模块采集的数据并控制所述开关模块的启闭。

通过采用上述技术方案，储能电源支路中安装的电池和备用电源支路中安装的电池来作为整体的供电电源，并利用输入输出电路模块来进行外部设备的供电或者是向电池进行充电。通过开关模块的导通或者关闭，来改变储能电源支路以及备用电源支路中电池之间的串并联关系，以及时调整最终输出的功率，使得整体的输出功率能够较大程度上保持稳定状态，尽量避免了因储能电源支路以及备用电源支路中某一个电池异常导致输出不稳定的现象。而对于异常电池，则是通过信息采集模块来采集电池信息，通过处理器模块来分析电池信息并作出判断，然后通过处理器模块来控制开关模块实现电池之间的串并联的改变，最终达到储能电源输出功率较为稳定的效果。

可选的，所述开关模块包括串联开关、并联开关以及短接开关；所述串联开关连接在两个相邻的所述电池仓的电压输出端之间以及两个相邻的所述备用仓的电压输出端之间；所述短接开关和相互串联的一个所述电池仓以及连接所述电池仓的所述串联开关共同并联，所述短接开关还和相互串联的一个所述备用仓以及连接所述备用仓的所述串联开关共同并联；所述并联开关的一端和位于所述储能电源支路上的所述串联开关以及所述短接开关之间的连接节点相连接，所述并联开关的另一端和位于所述备用电源支路上的对应于所述电池仓的所述串联开关以及所述短接开关之间的连接节点相连接。

通过采用上述技术方案，通过串联开关来将储能电源支路上的多个电池仓串联起来，以及将备用电源支路上的多个备用仓串联起来。而短接开关和相互串联的一个电池仓以及连接该电池仓的串联开关共同并联，短接开关还和相互串联的一个备用仓以及连接该备用仓的串联开关共同并联。通过将串联开关设置为导通状态，以实现电池之间的串联。而通过短接开关和串联开关，则是停用处于异常状态的电池或者是为了电性连通未安装电池的电池仓以及备用仓。而并联开关则是连通和电池仓位置对应的备用仓之间的电路连接，通过备用仓来实现电池电量的叠加。

可选的，所述储能电源支路的两端为供电输出端，所述输入输出电路模块包括输入充电电路单元、逆变电路单元、USB输出电路单元和点烟头输出电路单元，所述输入充电电路单元、所述逆变电路单元、所述USB输出电路单元以及所述点烟头输出电路单元分别和所述储能电源支路的供电输出端耦接。

通过采用上述技术方案，储能电源支路作为供电电源的主体，当利用开关模块来串并联备用电源支路时，储能电源支路和备用电源支路共同作为供电电源的主体。通过将储能电源支路的两端耦接至输入输出电路模块中，以输出不同的电压，方便为不同的外部设备进行供电。同时，还可以利用输入充电电路单元对储能电源支路和备用电源支路中的电池进行充电。

可选的，所述输入输出电路模块还包括电路保护单元，所述电路保护单元的输入端耦接所述储能电源支路的供电输出端，所述电路保护单元的输出端分别耦接所述输入充电电路单元、所述逆变电路单元、所述USB输出电路单元和所述点烟头输出电路单元。

通过采用上述技术方案，利用电路保护单元来对输入充电电路单元、逆变电路单元、USB输出电路单元以及点烟头输出电路单元进行保护，以解决储能电源整体在输出时或者时输入充电时容易出现过流、短路、欠压、过压或者温度异常等问题。

可选的，还包括显示屏模块，所述显示屏模块和所述处理器模块耦接，所述显示屏模块用于显示电池信息。

通过采用上述技术方案，当处理器模块采集到不同位置的电池信息并判断出电池出现异常时，通过和处理器模块耦接的显示屏模块，将异常信息及时显示出来，便于后续更换电池处理。

本申请还公开一种自适应电源管理方法，所述方法应用在上述方案记载的自适应电源管理系统中，所述方法包括以下步骤：

获取所述储能电路支路以及所述备用电源支路中电池的安装位置和安装数量，建立所述电池仓以及所述备用仓的串并联模型集合；

基于所述输入输出电路模块的导通类型，确定输入或者输出的总功率阈值范围；

基于输出总功率和所述信息采集模块采集到的电池信息，匹配获取集合中的串并联模型；

基于匹配的串并联模型，确定所述开关模块的导通模式。

通过采用上述技术方案，通过确定电池在储能电源支路中以及备用电源支路中的安装位置和安装数量，能够确定出储能电路支路以及备用电源支路中可以进行电池串并联的数量以及位置，以降低串并联模型集合中的模型数量，减小处理模块的计算处理过程。利用输入输出电路模块的导通类型，确定输入输出电路模块对应的输入或者输出的总功率阈值范围。利用信息采集模块采集到的电池信息，确定出当前是否有电池处于异常状态，通过异常状态的电池，匹配出适应于当前正常电池以及当前输入或者输出总功率的串联连模型。通过串并联模块来导通相应的开关模块，从而实现不同位置之间的电池串并联，以达到存储电源的输入或者输出功率的稳定性。

可选的，所述电池信息包括电压数据、电流数据、电量数据以及电池温度数据中的一种或者多种。

通过采用上述技术方案，通过电池中的电压、电流、电量以及电池温度来对电池异常进行检测，能够较大程度上准确识别出电池异常。

可选的，在匹配获取集合中的串并联模型的具体方法中，若没有匹配的串并联模型，则关闭所有的所述开关模块。

通过采用上述技术方案，在匹配不到串并联模型时，此时储能电源整体的输出功率达不到输入输出电路模块中设定的输出功率阈值范围，或者是当前储能电源的输入功率过大，无法有效地对输入的电能进行存储。通过关闭所有开关模块，以降低使用时出现异常的情况，提高使用体验感。

本申请还公开一种储能电源，所述储能电源应用如上述方案记载的自适应电源管理系统。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.能够对已安装的电池进行检测分析，并根据输入输出功率要求以及正常电池的数量和位置来改变电池间的串并联连接，从而达到输入输出功率较为稳定的效果；

2.能够及时将异常电池的位置和异常状态显示出来，便于及时更换储能电源支路或者是备用电源支路中的电池，安全可靠性更高；

3.能够及时有效地识别出异常电池，并对输入输出电路模块起到较好的保护。

附图说明

图1是本申请实施例一种自适应电源管理系统的整体模块图。

图2是本申请实施例一种自适应电源管理系统中储能电源支路和备用电源支路的模块图。

图3是本申请实施例一种自适应电源管理方法的流程示意图。

附图标记说明：1、储能电源支路；11、电池仓；2、备用电源支路；21、备用仓；3、信息采集模块；4、开关模块；41、串联开关；42、并联开关；43、短接开关；5、输入输出电路模块；51、输入充电电路单元；52、逆变电路单元；53、USB输出电路单元；54、点烟头输出电路单元；55、电路保护单元；6、处理器模块；7、显示屏模块。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

目前市场上的储能电源都是内置的电池组，电池容量和输出功率扩展性不大，储能电源不使用时内置的电池组就闲置了，无法有效利用做其他用途。想要扩充容量、功率就要重新购买更大容量电池组的储能电源，花费不菲。而且由于内置电池组容量较大，一旦电量用完，再次充电就需较长时间，使用体验不佳。

本申请实施例公开一种自适应电源管理系统。参照图1和图2，自适应电源管理系统包括储能电源支路1、备用电源支路2、信息采集模块3、开关模块4、输入输出电路模块5、处理器模块6和显示屏模块7。其中，储能电源支路1和备用电源支路2相并联，并且相并联的两端作为电源的供电输出端。输入输出模块和供电输出端耦接，通过输入输出模块来输出不同的电压，或者是向储能电源支路1和备用电源支路2中输入电能进行存储。储能电源支路1和备用电源支路2中安装有多个电池，信息采集模块3以及显示屏模块7分别和处理器模块6耦接，信息采集模块3将采集到的电池信息发送至处理器模块6中进行分析处理，并将结果发送至显示屏模块7中进行显示，便于及时更换异常电池。开关模块4连接在储能电源支路1中、备用电源支路2中以及储能电源支路1和备用电源支路2之间，通过处理器模块6控制开关模块4的导通或者关断，来实现储能电源支路1和备用电源支路2中电池之间的串并联连接以及确定是否启动电池。

储能电源支路1上设置有多个电池仓11，电池仓11用于可拆卸式安装电池，并且每个电池仓11上均设置有电压输出端，多个电池仓11的电压输出端相互串联，以使得储能电源支路1最终形成为多个电池串联的电路结构，具体的，电池仓11上的电压输出端为正极和负极。备用电源支路2上设置有多个备用仓21，备用仓21的数量和电池仓11的数量相同。备用仓21也是用于可拆卸安装电池，备用仓21上同样设置有电压输出端。多个备用仓21的电压输出端相互串联，以使得备用电源支路2同样形成为多个电池串联的电路结构。具体的，备用仓21上的电压输出端也为正极和负极。本实施例中，电池仓11和备用仓21均设置有四个。

信息采集模块3设置在每一个电池仓11以及每一个备用仓21内，信息采集模块3采集获取电池信息。信息采集模块3检测储能电源支路1上以及备用电源支路2上插入安装的电池数量以及电池所在的位置，同时还检测电池的当前电压、剩余电量、电池温度和额定电流信息中的一种或者多种。本实施例中，通过电池的当前电压、剩余电量、电池温度和额定电流信息来判断当前电池是否存在异常。例如：电压不足、电量过低、温度过高以及使用时电流是否超过额定电流。

开关模块4包括串联开关41、并联开关42以及短接开关43。串联开关41连接在两个相邻的电池仓11的电压输出端之间以及两个相邻的备用仓21的电压输出端之间。在本实施例中，每一个电池仓11以及每一个备用仓21均对应连接有一个串联开关41，且对应于当前电池仓11的串联开关41连接在当前电池仓11的正极，对应于当前备用仓21的串联开关41连接在当前备用仓21的正极。对应于当前电池仓11的串联开关41还和另一个电池仓11的负极连接，或者是作为储能电源支路1的总正极。对应于当前备用仓21的串联开关41还和另一个电池仓11的负极连接，或者是作为备用电源支路2的总正极，并和储能电源支路1的总正极连接。

短接开关43和相互串联的一个电池仓11以及连接该电池仓11的串联开关41共同并联，短接开关43还和相互串联的一个备用仓21以及连接该备用仓21的串联开关41共同并联。具体的，在电池仓11通过串联开关41实现串联或者是备用仓21通过串联开关41实现串联时，短接开关43也相应的串联起来。短接开关43在电池仓11或者是备用仓21内的电池出现异常时，来短接当前异常的电池以实现电路的导通。具体的，当电池出现异常时，通过关断和当前异常电池相连接的串联开关41，然后导通和当前异常电池相并联的短接开关43来共同实现异常电池的跳过以及电路的导通。在电池仓11或者是备用仓21内未安装电池时，短接开关43还可以短接电池仓11或者备用仓21实现电路的导通。

储能电源支路1和备用电源支路2并联时，备用电源支路2上的备用仓21还和对应于储能电源支路1上的电池仓11相并联。具体的，用于并联相对应的电池仓11和备用仓21的并联开关42，并联开关42的一端和位于储能电源支路1上的串联开关41以及短接开关43之间的连接节点相连接，并联开关42的另一端和位于备用电源支路2上的对应于电池仓11的串联开关41以及短接开关43之间的连接节点相连接。

串联开关41、并联开关42以及短接开关43为电子开关，包括但不限于场效应管、绝缘栅双极性晶体管以及继电器。

输入输出电路模块5包括输入充电电路单元51、逆变电路单元52、USB输出电路单元53和点烟头输出电路单元54。输入充电电路单元51、逆变电路单元52、USB输出电路单元53以及点烟头输出电路单元54分别和储能电源支路1的正极和负极耦接，以便于向储能电源支路1以及备用电源支路2中的电池进行充电。或者是通过储能电源支路1以及备用电源支路2中的电池对逆变电路单元52、USB输出电路单元53以及点烟头输出电路单元54进行供电，从而输出不同的电压。

本实施例中，逆变电路单元52是将储能电源支路1以及备用电源支路2中经过串并联形成的电池组输出的电压经过升压转换为符合市电标准的正弦波交流电输出，便于供给各种交流用电设备。例如：手机充电器、笔记本电脑、音视频采编设备、电饭煲以及电磁炉。而USB输出电路单元53以及点烟头输出电路单元54则是将储能电源支路1以及备用电源支路2中经过串并联形成的电池组输出的电压经过降压处理后转换为安全电压。例如：符合USB规范要求的5V电压，符合QC协议快充、PD协议快充、以及符合各手机厂家自研的快充协议的可变充电电压，以及车载12V电压。

输入充电电路单元51，可由外部AC市电、车载电压以及太阳能供电方式给安装在储能电源支路1或者是备用电源支路2上的电池充电。这样电量充足的电池在使用时，电量不足的电池可以进行充电补电，充满电后可以自动接替使用过程中电量消耗较多的电池，无缝连接循环使用，大大增加储能电源使用的便捷性和续航时间，增强用户体验。除此之外，也可以取下电池用原配的充电器充电。

输入输出电路模块5还包括电路保护单元55，电路保护单元55做过流、短路、欠压、过压以及温度异常保护。电路保护单元55的输入端耦接储能电源支路1的供电输出端，电路保护单元55的输出端分别耦接输入充电电路单元51、逆变电路单元52、USB输出电路单元53和点烟头输出电路单元54。

本申请实施例的实施原理为：当有电池安装在电池仓11或者是备用仓21内时，信息采集模块3能检测到插入的电池数量、当前的电压、剩余电量、电池温度以及额定电流参数。根据这些参数以及实际使用过程参数，处理器模块6分析并控制串联开关41、并联开关42以及短接开关43的通断状态达到需要的串并联效果。并把当前电池的剩余电量、输出功率等信息展现在显示屏上。

在使用过程中，保持对各个电池状态的持续监测，如果发现某个电池处于异常状态（例如：电量即将耗尽、温度异常、电池损坏等非正常状态），通过显示屏模块7显示并提醒，并立即切换备用的电池替换异常电池，或者是整改串并联方式，保持持续输出。提高了储能电源的容量、续航时间以及输出功率的可扩展性。并且根据电池当前状态给予补电，最大限度延长电池的寿命。可对电池进行循环充电使用，给储能电源提供电力，让储能电源持续保持输出，无需等待储能电源充电，提升用户体验。

本申请还公开一种自适应电源管理方法，该方法应用在上述方案记载的自适应电源管理系统中。参照图3，该方法包括以下步骤。

S1、获取储能电路支路以及备用电源支路2中电池的安装位置和安装数量，建立电池仓11以及备用仓21的串并联模型集合。

其中，串并联模型为开关模块4的导通和关断位置信息。通过储能电路支路以及备用电源支路2中电池的安装位置和安装数量，可以确定出电池能够进行串并联的组合方式。

S2、基于输入输出电路模块5的导通类型，确定输入或者输出的总功率阈值范围。

其中，储能电路支路以及备用电源支路2中串并联形成的电池组的输出功率是通过输入输出电路模块5的导通类型来确定的。例如：在输出交流市电时，外部设备功耗通常较大，此时电池组需要输出的功率也就相应的需要提高。在输出5V电压时，外部设备一般为小型移动终端，比如手机、平板。外部设备的功耗相应的变小，内部的电池组的输出功率也就可以减小。

S3、基于输出总功率和信息采集模块3采集到的电池信息，匹配获取集合中的串并联模型。

其中，在获取电池信息之后，通过串并联模型能够确定出电池在不同组合方式下能够输出的最大功率，从而便于匹配出适合当前输出总功率的串并联模型。

S31、若没有匹配的串并联模型，则关闭所有的开关模块4。

其中，在匹配不到串并联模型时，此时储能电源整体的输出功率达不到输入输出电路模块5中设定的输出功率阈值范围，或者是当前储能电源的输入功率过大，无法有效地对输入的电能进行存储。通过关闭所有开关模块4，以降低使用时出现异常的情况，提高使用体验感

S4、基于匹配的串并联模型，确定开关模块4的导通模式。

其中，在匹配出串并联模型之后，通过控制开关模块4的导通模式，从而实现多个电池之间的串并联连接关系，达到输出功率稳定的效果。

本申请还公开一种储能电源，储能电源应用在上述方案记载的自适应电源管理系统中。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自适应电源管理系统，其特征在于，包括：

储能电源支路(1)，所述储能电源支路(1)中设置有多个电池仓(11)，所述电池仓(11)用于可拆卸式安装电池，所述电池仓(11)上设置有电压输出端，多个所述电池仓(11)的电压输出端相互串联；

备用电源支路(2)，所述备用电源支路(2)中设置有和所述电池仓(11)数量相同的备用仓(21)，所述备用仓(21)用于可拆卸式安装电池，所述备用仓(21)上设置有电压输出端，多个所述备用仓(21)的电压输出端相互串联，所述备用电源支路(2)和所述储能电源支路(1)并联；

信息采集模块(3)，所述信息采集模块(3)设置在所述电池仓(11)中以及所述备用仓(21)中，所述信息采集模块(3)用于检测电池信息；

开关模块(4)，所述开关模块(4)连接在所述储能电源支路(1)中、所述备用电源支路(2)中以及所述储能电源支路(1)和所述备用电源支路(2)之间，所述开关模块(4)导通或者关断以用于改变所述电池仓(11)和所述备用仓(21)之间的串并联关系以及确定是否启动电池；

输入输出电路模块(5)，所述输入输出电路模块(5)耦接所述储能电源支路(1)的两端，所述输入输出电路模块(5)用于获取所述储能电源支路(1)以及所述备用电源支路(2)中的电能或者是向所述储能电源支路(1)以及所述备用电源支路(2)中的电池充电；

处理器模块(6)，所述处理器模块(6)耦接所述信息采集模块(3)、所述开关模块(4)以及所述输入输出电路模块(5)，所述处理器模块(6)用于获取所述信息采集模块(3)采集的数据并控制所述开关模块(4)的启闭。

2.根据权利要求1所述的自适应电源管理系统，其特征在于：所述开关模块(4)包括串联开关(41)、并联开关(42)以及短接开关(43)；所述串联开关(41)连接在两个相邻的所述电池仓(11)的电压输出端之间以及两个相邻的所述备用仓(21)的电压输出端之间；所述短接开关(43)和相互串联的一个所述电池仓(11)以及连接所述电池仓(11)的所述串联开关(41)共同并联，所述短接开关(43)还和相互串联的一个所述备用仓(21)以及连接所述备用仓(21)的所述串联开关(41)共同并联；所述并联开关(42)的一端和位于所述储能电源支路(1)上的所述串联开关(41)以及所述短接开关(43)之间的连接节点相连接，所述并联开关(42)的另一端和位于所述备用电源支路(2)上的对应于所述电池仓(11)的所述串联开关(41)以及所述短接开关(43)之间的连接节点相连接。

3.根据权利要求1所述的自适应电源管理系统，其特征在于：所述储能电源支路(1)的两端为供电输出端，所述输入输出电路模块(5)包括输入充电电路单元(51)、逆变电路单元(52)、USB输出电路单元(53)和点烟头输出电路单元(54)，所述输入充电电路单元(51)、所述逆变电路单元(52)、所述USB输出电路单元(53)以及所述点烟头输出电路单元(54)分别和所述储能电源支路(1)的供电输出端耦接。

4.根据权利要求3所述的自适应电源管理系统，其特征在于：所述输入输出电路模块(5)还包括电路保护单元(55)，所述电路保护单元(55)的输入端耦接所述储能电源支路(1)的供电输出端，所述电路保护单元(55)的输出端分别耦接所述输入充电电路单元(51)、所述逆变电路单元(52)、所述USB输出电路单元(53)和所述点烟头输出电路单元(54)。

5.根据权利要求1所述的自适应电源管理系统，其特征在于：还包括显示屏模块(7)，所述显示屏模块(7)和所述处理器模块(6)耦接，所述显示屏模块(7)用于显示电池信息。

6.一种自适应电源管理方法，其特征在于，所述方法应用在如权利要求1-5中任意一项自适应电源管理系统中，所述方法包括以下步骤：

获取所述储能电路支路以及所述备用电源支路(2)中电池的安装位置和安装数量，建立所述电池仓(11)以及所述备用仓(21)的串并联模型集合；

基于所述输入输出电路模块(5)的导通类型，确定输入或者输出的总功率阈值范围；

基于输出总功率和所述信息采集模块(3)采集到的电池信息，匹配获取集合中的串并联模型；

基于匹配的串并联模型，确定所述开关模块(4)的导通模式。

7.根据权利要求6所述的自适应电源管理方法，其特征在于：所述电池信息包括电压数据、电流数据、电量数据以及电池温度数据中的一种或者多种。

8.根据权利要求6所述的自适应电源管理方法，其特征在于：在匹配获取集合中的串并联模型的具体方法中，若没有匹配的串并联模型，则关闭所有的所述开关模块(4)。

9.一种储能电源，其特征在于，所述储能电源应用如权利要求1-6中任意一项自适应电源管理系统。

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