一种移动冷链方舱的双电源管理系统的制作方法

本发明属于电源管理技术领域，尤其涉及移动冷链方舱的双电源管理系统。

背景技术：

目前，市场上的冷链方舱没有供电系统或者采用传统供电模式，仅采用蓄电池提供电源供压缩机工作以达到降温的目的，甚至有用冰块降温的简易方舱。冰块降温的不可控因素导致箱体的低温冷藏不稳定，不能保证物品的安全储存与运输。即使使用压缩机冷凝降温，压缩机的供电不稳定与不可监测也是传统冷链方舱的一大缺陷。尤其应用到医药运输时，供电存在缺陷的话，不能保证温度的稳定，会严重影响药品的质量。而且，数据不能通过网络上传到服务器，只是当时当地查看，无法实现云端同步、数据的云端存储和追踪。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种移动冷链方舱的双电源管理系统，使得电池在双电源管理系统的双重保护下得到智能的利用与保护，保证为方舱提供稳定电压。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种移动冷链方舱的双电源管理系统，包括分别电连接蓄电池的方舱电源管理系统和电池电源管理系统，所述方舱电源管理系统包括开关电源、控制主板、云端服务器和液晶霍尔库仑计；

所述蓄电池通过所述液晶霍尔库仑计向所述控制主板供电；

所述液晶霍尔库仑计监测所述蓄电池的电量；

所述开关电源将市电转换为直流电，一方面通过所述液晶霍尔库仑计给所述蓄电池充电，另一方面给所述控制主板供电；

所述控制主板通过所述液晶霍尔库仑计获取所述蓄电池的采样电压，并传给所述云端服务器；

所述云端服务器将采样电压与预设阈值比较，根据比较结果发送欠压信息给预定手机用户。

本发明进一步设置为，所述控制主板包括主板硬件电路和主板处理器，所述主板硬件电路通过电阻分压采样后，将采样电压输给主板处理器，主板处理器将采样电压上传云端服务器。

本发明进一步设置为，所述的预设阈值包括第一阈值和第二阈值，第一阈值为电压过低需要充电的电压值，第二阈值为电压过低电量即将耗尽，主板已切断方舱压缩机供电的电压值；采样电压低于第一阈值时，云端服务器发送欠压信息到手机；采样电压低于第二阈值时，所述控制主板切断方舱压缩机供电，所述云端服务器发送欠压关机信息到手机。

本发明进一步设置为，所述电池电源管理系统包括：

用于采集电池各类参数的电池参数采样模块；

用于计算电池的剩余电量的比例的荷电状态估算模块；

用于均衡各单体电池之间能量的主动均衡控制模块；

根据电池参数诊断电池故障的电池故障诊断模块；以及

根据电池温度对电池降温或升温的电池热管理控制模块。

本发明进一步设置为，所述电池参数采样模块采集的电池参数包括：单体电池电压、单体电池温度、整组电池电压和整组电池电流。

本发明进一步设置为，所述荷电状态估算模块采用卡尔曼滤波法进行荷电状态估算。

本发明进一步设置为，所述电池故障诊断模块通过连接上位机或基于服务器的远程监控平台，所述上位机或远程监控平台根据电池工作时的电流、电压、温度参数，诊断电池的运行状态。

本发明进一步设置为，所述电池故障诊断模块根据电池温度与设定阈值比较，根据差值控制加热模块或者冷却模块对电池进行升温或降温。

本发明的有益效果是：本发明通过双电源管理系统，实现双重控制和保护。能够为方舱提供稳定电源，保证方舱的稳定运行，从而保证物品一直处于安全的存储环境。同时，利用物联网技术，使设备端与服务器平台互联并监测显示电池电压。通过有效监控和控制能有效降低方舱设备的闲置能耗，延长电池的使用寿命，节能环保。

附图说明

图1是本发明中方舱电源管理系统的结构图；

图2是本发明中电池参数采样模块结构图；

图3是本发明中ltc6804-2芯片采样模块架构图；

图4是本发明中电池电源管理系统的硬件结构示意图；

图5是本发明中电池电源管理系统框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1-图3，本发明的移动冷链方舱的双电源管理系统，包括分别电连接蓄电池1的方舱电源管理系统和电池电源管理系统。

所述方舱电源管理系统包括开关电源2、控制主板3、云端服务器4和液晶霍尔库仑计5。控制主板3包括主板硬件电路31和主板处理器32。其中，开关电源可选用s-750-36开关电源，液晶霍尔库仑计可选用wls-pva050液晶霍尔库仑计。

蓄电池1通过所述液晶霍尔库仑计5向所述控制主板3供电。在蓄电池1欠压的情况下，由开关电源5将市电转换为dc24v给控制主板3供电。液晶霍尔库仑计5监测蓄电池1的电量。液晶霍尔库仑计5可以随时观察电池剩余电量百分比(采用电池图标格数表示)和剩余电量数，电池充电时液晶霍尔库仑计液晶显示屏会显示负电流、负功率、负累积电能，电池放电时液晶霍尔库仑计会显示正电流、正功率及正累积电能，让使用者清晰明了的了解当前电池使用情况。液晶霍尔库仑计还可设置超压、低压、超电流报警显示功能，以保证电池的使用稳定性。

主板硬件电路31通过液晶霍尔库仑计5获取蓄电池1的采样电压，通过电阻分压采样后，将采样电压输给主板处理器32，主板处理器32将采样电压上传云端服务器4。云端服务器4将采样电压与预设阈值比较，根据比较结果发送欠压信息给预定手机用户。预设阈值包括第一阈值和第二阈值，采样电压低于第一阈值时，云端服务器4发送欠压信息到预设手机，手机接收到欠压信息后使用者可以给电池充电,以继续满足工作需求。此外，可以通过手机app访问服务器，随时调用服务器信息，随时查看当前和之前的所有电压采样数据，服务器上传数据的时间间隔可设为每五分钟一次。采样电压低于第二阈值时，控制主板3切断方舱压缩机供电，云端服务器4发送欠压关机信息到手机，提醒使用人员方舱压缩机已断电，蓄电池需要充电。在电压低于第二阈值时，虽然方舱压缩机已被切断供电，但控制主板3依然可以上传方舱温度及位置信息给云端服务器4，控制主板3至少还可以带电工作24小时，以备使用者及时掌握方舱使用情况。本实施例中，第一阈值和第二阈值分别可设为24.5v和22v。

当蓄电池1欠压，方舱设备已关机时，这时可以启动开关电源2，方舱进入开关电源2供电、充电模式。开关电源2将市电转换直流电，一方面通过液晶霍尔库仑计5给所述蓄电池1充电，另一方面给控制主板3供电，以保证方舱安全稳定的运行。因此，方舱利用物联网技术在方舱电源管理系统的整体协调下使设备端和云端服务器都可以实现实时查看电池使用情况，实现远程监控，达到控制电源提供稳定电压的目的。

电池电源管理系统包括电池参数采样模块26、荷电状态估算模块27、主动均衡控制模块28、电池故障诊断模块29、电池热管理控制模块210。

蓄电池1由多节单体电池串联形成。电池参数采样模块26包括电池监测器，用于采集电池各类参数，包括：单体电池电压、单体电池温度、整组电池电压和整组电池电流。电池参数采样是电池管理系统的核心部分，soc（荷电状态）的估算和均衡系统的控制都是以电池参数的采样数据为基础的。方舱使用者不但能在云端实时查看电压信息，也可以在上位机查看更详细的电池参数。这都依托于电池自身的电池采样模块。

电池参数采样模块26的主要结构包括利用高精度采样电阻采集电流、ltc6804-2芯片采集电压、高精度温度传感器采集温度。高精度采样电阻串联在主回路中，由于串联了电阻，影响了主回路的电流，实际测得的电流有一定的误差，为了把误差降低到最小，使用非常小的电阻，阻值为0.0001欧姆，由于电压和电流成线性相关，测得串联电阻两端的电压即可推算出电流。由于采样电阻两端的电压很小，不能由处理器采集，所以将此信号用差分共模放大器放大后输出给处理器，由处理器分析最终测算出采样电流。

其中，单个ltc6804-2芯片最多可测得串联的12节单体电池的电压。测量精度非常高，总误差仅有1.2mv,测量速度也非常快，时间仅需290us,内部集成了具有频率可编程的三阶噪声滤波器的16位增量累加型adc。而且内部集成了isospi接口，采用了单根双绞线可代替spi进行传输，双绞线电磁干扰敏感度很低，所以在传输数据时抗干扰能力更加强。ltc6804-2芯片有四个地址位，可将每个芯片并联于处理器，处理器通过寻址可最多分辨16个采样芯片，通过并联寻址处理器处理指令的时间比菊链式串行连接处理指令所需的时间更短，加快处理器处理数据的速度。当然，本发明中仅需两个电压采样芯片。温度的采集即采用高精度小型传感器即可。电流、总电压的采样周期可设为20ms,温度的采样周期为16s,采样周期是可优化的，未来可以根据需要重新设计。时刻掌握当前电池详细参数，有利于了解电池使用性能，并为后续对电池的持续优化提供帮助，从而最长久有效的使用电池，节省资源。

荷电状态估算模块27用于计算电池的剩余电量的比例。在上位机或显示屏上显示电池剩余电量比例。采用卡尔曼滤波法进行荷电状态估算，比液晶霍尔库仑计的电量测量精确度更高。液晶霍尔库仑计的安时计量法是对输出电流直接对时间进行积分，需要一个精准的初始soc值，而实际精准的soc值很难得到，由于初始值产生的误差会随着锂电池充放电时间的推移积累下去，这样就会降低测量的精度。但卡尔曼滤波法是通过前一时刻的值来预测下一时刻的值，并通过观测值对预测值进行补偿，通过对误差方差的最小二乘估计来确定补偿加权值。对初始值并不十分敏感，而且收敛性比较好，随着迭代的进行，其值会逐渐靠近真实值。通过更精准的测量电池剩余电量，让使用者通过上位机的监测，更精确的掌握方舱电池的使用情况。从而保证电源供电的稳定性。

蓄电池1由多节单体电池串联形成，由于单体材料、工艺或充电不均等一些因素，导致任何一个单体电池的能量都可能较高或者较低，所以当一个单体电池的能量较高时它可以把能量转出给其他电池，当单体电池能量较低时，它也可以从其他电池获得能量。这种能量的互相转换通过主动均衡控制模块28实现，主动均衡模块的组成主要是ltc3300-1芯片、电池监视器与mcu，均衡系统的均衡算法依托于soc的估算与采样系统，采用ltc3300-1芯片进行均衡控制。ltc3300-1适用于对多节电池的电池组进行基于变压器的双向主动平衡，该器件集成了所有相关的栅极驱动电路、高精度电池感测、故障检测电路和一个带内置看门狗定时器的坚固型串行接口。ltc3300-1芯片所实现的架构是双向同步反激式，每个ltc3300-1平衡芯片最多可连接6个单体电池，包含6个独立的同步反激式控制器，8节单体电池采用两个ltc3300-1芯片即可进行均衡控制。其均衡工作由mcu通过spi接口发送命令进行控制，即mcu根据采集到的电池组中各节电压大小以某种均衡算法控制特定变换器工作（时间、方向），以实现整个电池组的电压均衡。主动均衡电路，与一般常用的被动均衡相比能量的利用率更高。各单体电池的能量如果能尽量得到充足的利用，对提高电池的使用寿命有极大的帮助，这也让方舱的使用能够更持久，因为整个方舱最重要、最容易损坏的部件就是蓄电池，蓄电池的使用寿命直接决定方舱的实际利用率。

通过电池自身的双电源管理系统可以更详细的了解电池参数，最主要的是不需要有网络，云平台对电压的监测对移动用户有较大的帮助，移动用户可以通过手机随时查看电池的电压状态。在无网络的情况下，使用者在与蓄电池通讯的上位机显示屏或led（发光二极管）显示屏上可以观察到更加详细的电池参数。上位机还可以设置过充、过放、过流、过温、欠温的参数阈值。在出现上述异常情况时上位机或显示屏会出现报警预警以提醒使用者。

电池故障诊断模块29实时记录电池工作时的电流、电压、温度等参数，并将这些参数通过连接上位机或基于服务器的远程监控平台，监测者根据电池工作时的电流、电压、温度参数，诊断电池的运行状态。提前发现电池异常与故障判断对方舱的持续高效利用有莫大的帮助。这对物流冷链方舱来说具有里程碑的意义。

电池热管理控制模块210根据电池温度与设定阈值比较，根据差值控制加热模块或者冷却模块对电池进行升温或降温，以预防过温与欠温的异常情况。将电池温度调节到适宜的工作范围内，用以延长电池的使用寿命，保证方舱稳定运行。图4是电池电源管理系统的硬件结构示意图。

以上两种双电源管理系统分别在云端和设备端使电池得到最大程度的监测、保护与利用。设备方舱的整体双电源管理系统能够将采样电压上传云端服务器，方便使用者在任何有网络的地点通过手机访问服务器，来掌握电池的电压状态，起到一个极好的预防作用。电源自身的管理系统能够将更详细的电池参数通过与上位机链接于显示屏上显示，方便设备周边的使用者随时查看详细参数，还可提前分析参数信息，用以提前诊断电池健康状况。能将电池详细参数也上传服务器以实现真正的远程监控与诊断。这样，方舱真正实现了全方位、智能化的电源管理。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。