低功耗电池管理系统、方法以及铁路货车与流程

本发明涉及铁路货车领域，具体地，涉及一种低功耗电池管理系统、方法以及铁路货车。

背景技术：

货物运输是铁路运输的重要组成部分，把铁路上用于载运货物的车辆统称为铁路货车。按其用途不同，可分为通用货车和专用货车。主要类型有棚车、敞车、罐车、平板车等。中国铁路的年货物发送量居世界第一位，达30亿吨。可运送煤炭、谷物、液体、家畜、武器弹药、水泥、各种大型货物、各种物资等。可见，货物运输在铁路运输中是非常重要的一部分。

由于铁路货车属于无源大型运载设备，并且车体可安装空间有限、运行环境极端，一般设置电池模块以满足货车物联网设备信息传输、定位使用。但是现有技术中对设备的功耗和电池的用电没有进行有效地管理，使的电池电量的消耗过快，造成设备的工作时间缩短，间接地影响了铁路货车的正常工作。

因此，提供一种在使用过程中对设备的功耗和电池的用电进行合理地管理，从而达到低功耗的目的，使得电池电量的使用时间更长的低功耗电池管理系统、方法以及铁路货车是本发明亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中对设备的功耗和电池的用电没有进行有效地管理，使的电池电量的消耗过快，造成设备的工作时间缩短，间接地影响了铁路货车的正常工作的问题，从而提供一种在使用过程中对设备的功耗和电池的用电进行合理地管理，从而达到低功耗的目的，使得电池电量的使用时间更长的低功耗电池管理系统、方法以及铁路货车。

为了实现上述目的，本发明提供了一种低功耗电池管理系统，所述低功耗电池管理系统包括：

状态检测模块，用于检测铁路货车的运动状态；

工作模式设定模块，根据所述铁路货车的运动状态设定铁路货车上功耗负载运行的工作模式：

当所述铁路货车为运动状态时，设定为工作节电模式；

当所述铁路货车为静止状态时，设定为休眠节电模式；其中，

在所述工作节电模式中，所述功耗负载运行的间隔周期小于在所述休眠节电模式中的间隔周期。

优选地，所述状态检测模块包括：加速度传感器。

优选地，所述功耗负载在所述工作节电模式中的间隔周期为在所述休眠节电模式中的间隔周期的1/10-1/12。

优选地，所述系统还包括：

一级电池模块，优先对所述功耗负载进行供电；

二级电池模块，在所述一级电池模块电量不足的情况下，对所述功耗负载进行供电；

三级电池模块，在所述一级电池模块和所述二级电池模块电量都不足的情况下，对所述功耗负载进行供电。

优选地，所述一级电池模块为超级电容；

所述二级电池模块为可充电电池；

所述三级电池模块为不可充电电池。

优选地，所述低功耗电池管理系统还包括：充电模块，用于给所述一级电池模块进行充电和所述二级电池模块进行充电。

优选地，所述充电模块中的部分电能是通过将所述铁路货车运行过程中产生的振动动能转化所得。

本发明还提供了一种低功耗电池管理方法，所述方法包括：

对所述铁路货车的运动状态进行检测；

根据所述铁路货车的运动状态设定铁路货车上功耗负载运行的工作模式：

当所述铁路货车为运动状态时，设定为工作节电模式；

当所述铁路货车为静止状态时，设定为休眠节电模式；其中，

在所述工作节电模式中，所述功耗负载运行的间隔周期小于在所述休眠节电模式中的间隔周期。

优选地，所述对所述铁路货车的运动状态进行检测是通过加速度传感器执行的。

优选地，所述功耗负载在所述工作节电模式中的间隔周期为在所述休眠节电模式中的间隔周期的1/10-1/12。

优选地，所述方法还包括：

优先利用所述一级电池模块对所述功耗负载进行供电；

在所述一级电池模块电量不足的情况下，利用所述二级电池模块对所述功耗负载进行供电；

在所述一级电池模块和所述二级电池模块电量都不足的情况下，利用所述三级电池模块对所述功耗负载进行供电。

优选地，所述一级电池模块使用超级电容；

所述二级电池模块使用可充电电池；

所述三级电池模块使用不可充电电池。

优选地，利用所述充电模块对所述一级电池模块进行充电和所述二级电池模块进行充电。

优选地，所述充电模块中的部分电能是通过将所述铁路货车运行过程中产生的振动动能转化所得。

本发明还提供了一种铁路货车，所述铁路货车包括所述的低功耗电池管理系统。

根据上述技术方案，本发明提供的低功耗电池管理系统、方法和铁路货车在使用时的有益效果为：克服现有技术中对设备的功耗和电池的用电没有进行有效地管理，使的电池电量的消耗过快，造成设备的工作时间缩短，间接地影响了铁路货车的正常工作的问题，可以有效地延长电池电量的使用时间，间接地延长铁路货车上定位设备的使用时间。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种优选的实施方式中提供的低功耗电池管理系统的结构示意图；

图2是本发明的一种优选的实施方式中提供的低功耗电池管理系统中对功耗负载的供电的原理图；

图3是本发明的一种优选的实施方式中提供的低功耗电池管理方法的流程框图；

图4是本发明的一种优选的实施方式中提供的电池供电的管理方法的流程框图；

图5是本发明的一种优选的实施方式中提供的低功耗电池管理系统运用在铁路货车上对定位设备以及电池进行管理的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

首先，针对所述低功耗电池管理系统进行详细地阐述，如图1所示，本发明提供了一种低功耗电池管理系统，其特征在于，所述低功耗电池管理系统包括：

状态检测模块，用于检测铁路货车的运动状态；

工作模式设定模块，根据所述铁路货车的运动状态设定铁路货车上功耗负载运行的工作模式：

当所述铁路货车为运动状态时，设定为工作节电模式；

当所述铁路货车为静止状态时，设定为休眠节电模式；其中，

在所述工作节电模式中，所述功耗负载运行的间隔周期小于在所述休眠节电模式中的间隔周期；

完成工作模式地设定后，就需要利用电池对功耗负载进行供电操作。

在上述方案中，根据铁路货车的运动状态来调节其功耗模式，定位设备和加速度传感器等就是属于一种功耗负载，以下对功耗负载的说明都使用定位设备以及加速度传感器进行阐述。

很明显铁路货车在静止状态下，定位设备不用频繁地对其进行位置获取(甚至可以不用对其进行位置获取)，如果还是像运动状态下一样的工作模式，则电池的电量就浪费了，本发明的系统通过降低铁路货车在静止状态下的设备功耗，从而将这部分的电量节约下来，则可以提高电池地使用时间；

其中，就定位设备运行的间隔周期而言，无论是运动状态，还是静止状态，功耗负载的间隔周期的计时起点为设备的当次唤醒时间开始，终点时间到下一次唤醒时止，这里的唤醒也可以理解为，重新对铁路货车的状态进行检测，例如：当检测到铁路货车的状态为静止时，可以将功耗负载休眠一端时间(比如2个小时)，休眠时间达到后，对铁路状态在次进行获取；当检测到铁路货车的状态为运动时，则启动定位设备，获取铁路货车的位置信息，然后更新位置信息，完成更新后，可以关掉功耗负载休息一段时间(比如15分钟)，休息时间达到后，对铁路状态在次进行获取。以此循环下去。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述状态检测模块包括：加速度传感器。在对铁路货车的状态进行检测时，利用的就是这个加速度传感器，首先在我们现有的铁路货车的数据库里(或者实验获取的数据库里)，分析或者在铁路不同状态下的加速度数据，然后得出加速度与铁路货车状态的关系，这样在以后的使用过程中，就可以通过获取的加速度数据直接推断出货车的运动状态；在这里需要说明的是，由于铁路货车运行中存在震动，以及其他货车干扰的因素，如果使用速度传感器来检测其运行状态，准确度较差。而使用加速度传感器的原因就是其检测的准确度好；而且铁路或者在正常的行驶过程中一般不会存在绝对的匀速状态，所以这种情况对加速度传感器的影响概率几乎没有。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述功耗负载在所述工作节电模式中的间隔周期为在所述休眠节电模式中的间隔周期的1/10-1/12。

在上述方案中，本申请文件限定了两种工作模式下，功耗负载的间隔周期之间的关系，这个关系也只是一种优选的方案，并不是必要条件。

举个例子：当货车处于运动状态时，其定位及通信的间隔周期可设定为15分钟，此时货车采用工作节电模式；当货车处于静止状态时，可延时其定位及通信的间隔周期至2小时；此时货车采用休眠节电模式，从而进一步降低定位装置的电池消耗。供电部分还将采用超级电容，以降低GPRS(或3G/4G)通信时较高的峰值电池对电池的冲击，提高电池寿命及有效容量，在车载终端休眠时存储能量，工作时释放能量。

如图2所示，在本发明的一种优选的实施方式中，所述系统还包括：

一级电池模块，优先对所述功耗负载进行供电；

二级电池模块，在所述一级电池模块电量不足的情况下，对所述功耗负载进行供电；

三级电池模块，在所述一级电池模块和所述二级电池模块电量都不足的情况下，对所述功耗负载进行供电；其中，

所述一级电池模块为超级电容；

所述二级电池模块为可充电电池；

所述三级电池模块为不可充电电池。

本发明中电池部分是本项目实现的关键，在上述方案中，在本项目采用多电池融合方案：

优选地，利用锂亚电池、磷酸铁锂电池、超级电容三部分组成为系统供电。利用锂亚电池的能量高密度、适合高低温、自放电系数小的优势，来为系统供电，同时利用磷酸铁锂电池的可充电性，在振动发电模式下充电，即在运动状态下利用动能发点并对磷酸铁锂电池充电，来保证电池容量。从用电方面，正常状态采用磷酸铁锂电池电量，由于货车车辆不可能一直运动，所以在磷酸铁锂电池没电的情况下，采用锂亚电池供电，从而延长系统寿命。

在上述方案中，本发明合理地设置有多个电池融合方案，还根据各个电池的特点制定了对应的电池用电逻辑，不仅提高了电量地合理利用，延长了电量的使用时候，而且还对延长电池的使用寿命有一定的帮助。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述低功耗电池管理系统还包括：充电模块，用于给所述一级电池模块进行充电和所述二级电池模块进行充电。

在上述方案中，本发明利用充电模块对所述一级电池模块和所述二级电池模块进行充电，从而进一步提高电量的使用时间。

而所述充电模块的电量可以通过其他能量转化而来，这样才能达到真正地节能目标，在本发明的一种优选的实施方式中，所述充电模块中的部分电能是通过将所述铁路货车运行过程中产生的振动动能转化所得。

在上述方案中，本发明有效地利用了铁路货车运行时产生的振动动能，将这一部分能量有效地利用起来，并且转化成电能进行使用，可以进一步提高铁路货车上功耗负载的工作时间。

其次，针对所述低功耗电池管理方法进行详细地阐述，如图3所示，本发明还提供了一种低功耗电池管理方法，其特征在于，所述方法包括：

对所述铁路货车的运动状态进行检测；

根据所述铁路货车的运动状态设定铁路货车上功耗负载运行的工作模式：

当所述铁路货车为运动状态时，设定为工作节电模式；

当所述铁路货车为静止状态时，设定为休眠节电模式；其中，

在所述工作节电模式中，所述功耗负载运行的间隔周期小于在所述休眠节电模式中的间隔周期。

在上述方案中，根据铁路货车的运动状态来调节其功耗模式，定位设备就是属于一种功耗负载，以下对功耗负载的说明都使用定位设备进行阐述。

很明显铁路货车在静止状态下，定位设备不用频繁地对其进行位置获取，如果还是像运动状态下一样的工作模式，则电池的电量就浪费了，本发明的系统通过降低铁路货车在静止状态下的设备功耗，从而将这部分的电量节约下来，则可以提高电池地使用时间；

其中，就定位设备运行的间隔周期而言，无论是运动状态，还是静止状态，功耗负载的间隔周期的计时起点为设备的当次唤醒时间开始，终点时间到下一次唤醒时止，这里的唤醒也可以理解为，重新对铁路货车的状态进行检测，例如：当检测到铁路货车的状态为静止时，可以将功耗负载休眠一端时间(比如2个小时)，休眠时间达到后，对铁路状态在次进行获取；当检测到铁路货车的状态为运动时，则启动定位设备，获取铁路货车的位置信息，然后更新位置信息，完成更新后，可以关掉功耗负载休息一段时间(比如15分钟)，休息时间达到后，对铁路状态在次进行获取。以此循环下去。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述对所述铁路货车的运动状态进行检测是通过加速度传感器执行的。

在上述方案中，在对铁路货车的状态进行检测时，利用的就是这个加速度传感器，首先在我们现有的铁路货车的数据库里(或者实验获取的数据库里)，分析或者在铁路不同状态下的加速度数据，然后得出加速度与铁路货车状态的关系，这样在以后的使用过程中，就可以通过获取的加速度数据直接推断出货车的运动状态；在这里需要说明的是，由于铁路货车运行中存在震动，以及其他货车干扰的因素，如果使用速度传感器来检测其运行状态，准确度较差。而使用加速度传感器的原因就是其检测的准确度好；而且铁路或者在正常的行驶过程中一般不会存在绝对的匀速状态，所以这种情况对加速度传感器的影响概率几乎没有。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述功耗负载在所述工作节电模式中的间隔周期为在所述休眠节电模式中的间隔周期的1/10-1/12。

在上述方案中，本申请文件限定了两种工作模式下，功耗负载的间隔周期之间的关系，这个关系也只是一种优选的方案，并不是必要条件。

举个例子：当货车处于运动状态时，其定位及通信的间隔周期可设定为15分钟，此时货车采用工作节电模式；当货车处于静止状态时，可延时其定位及通信的间隔周期至2小时，此时货车采用休眠节电模式，从而进一步降低定位装置的电池消耗。供电部分还将采用超级电容，以降低GPRS(或3G/4G)通信时较高的峰值电池对电池的冲击，提高电池寿命及有效容量，在车载终端休眠时存储能量，工作时释放能量。

如图4所示，在本发明的一种优选的实施方式中，准确地说是对于电池供电的管理方法包括：

优先利用所述一级电池模块对所述功耗负载进行供电；

在所述一级电池模块电量不足的情况下，利用所述二级电池模块对所述功耗负载进行供电；

在所述一级电池模块和所述二级电池模块电量都不足的情况下，利用所述三级电池模块对所述功耗负载进行供电；其中，

所述一级电池模块使用超级电容；

所述二级电池模块使用可充电电池；

所述三级电池模块使用不可充电电池。

本发明中电池部分是本项目实现的关键，在上述方案中，在本项目采用多电池融合方案：

优选地，利用锂亚电池、磷酸铁锂电池、超级电容三部分组成为系统供电。利用锂亚电池的能量高密度、适合高低温、自放电系数小的优势，来为系统供电，同时利用磷酸铁锂电池的可充电性，在振动发电模式下充电，即在运动状态下利用动能发点并对磷酸铁锂电池充电，来保证电池容量。从用电方面，正常状态采用磷酸铁锂电池电量，由于货车车辆不可能一直运动，所以在磷酸铁锂电池没电的情况下，采用锂亚电池供电，从而延长系统寿命。

在上述方案中，本发明合理地设置有多个电池融合方案，还根据各个电池的特点制定了对应的电池用电逻辑，不仅提高了电量地合理利用，延长了电量的使用时候，而且还对延长电池的使用寿命有一定的帮助。

在本发明的一种优选的实施方式中，利用所述充电模块对所述一级电池模块进行充电和所述二级电池模块进行充电。

在上述方案中，本发明利用充电模块对所述一级电池模块和所述二级电池模块进行充电，从而进一步提高电量的使用时间。

而所述充电模块的电量可以通过其他能量转化而来，这样才能达到真正地节能目标，在本发明的一种优选的实施方式中，所述充电模块中的部分电能是通过将所述铁路货车运行过程中产生的振动动能转化所得。

在上述方案中，本发明有效地利用了铁路货车运行时产生的振动动能，将这一部分能量有效地利用起来，并且转化成电能进行使用，可以进一步提高铁路货车上功耗负载的工作时间。

最后，本发明还提供了一种铁路货车，所述铁路货车包括所述的低功耗电池管理系统。

如图5所示，为将低功耗电池管理系统运用在铁路货车上对定位设备以及电池进行管理的流程图；其中，首先对铁路货车的加速度值进行获取，获取的间隔周期可以为5分钟，然后根据获取的加速度值判断铁路货车是否发生振动，这里的振动有前后方向的，也有上下方向的，可以通过获取的加速度值进行判断，如果没有振动，则可以判断铁路货车为静止状态，此时为休眠节电模式，休眠的时间可以为2个小时，这里可以理解为功耗负载运行的间隔周期为2个小时，2个小时之后，加速度等模组又进行运行。

如果有振动则判断为铁路货车在运动，则立即唤醒终端，开启通信、定位、加速度模组，再常识连接卫星、基站等直到与卫星、基站成功连接，再进行时效校准，然后判断注册的运营商，比如是中国联通、中国电信还是中国移动的基站，不同的运营商利用的信号模式不同，然后利用开启GPS开关，如果无法开启，则说明该信号较弱无法进行卫星导航，则切换成基站定位的方式，如果成功则正常使用卫星定位的方式，不管哪种定位方式都建立链路发送数据信息，如果信息发送不成功，则保存在存储区待下次发送，如果发送成功，则读取设置信息，更新相关信息(例如铁路货车的位置信息)，完成刷更新后，再关闭通信模组以及加速度传感器等进行休眠，比如休眠15分钟，这里可以理解为功耗负载运行的间隔周期为15分钟，15以后，加速度传感器又启动进行运行，重新检测铁路或者的加速度来获取其运动状态。

以上为电池管理系统与功耗负载结合的工作流程。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。