电力可穿戴智能装备中的智能供电系统及其控制方法
【专利摘要】本发明是电力可穿戴智能装备中的智能供电系统，包括设有处理器的智能穿戴主机、光伏电源单元、主电池单元和智能电池单元，光伏电源单元的电能输入为光伏电能接入与市电电能接入，其电能输入与各智能电池单元的电能输入连接；主电池单元的电能输入为市电电能接入，其电能输出与各智能电池单元的电能输入连接；处理器具有通用的数据输入与输出控制、数据处理、数据存储、设备协调、接口控制等功能，用以电力可穿戴智能装备系统的基本管理，包括智能电池管控支持和供电自愈管控支持；本发明体系架构清晰、原理技术成熟、技术实现简单，构建可穿戴智能装备的智能供电网络，全面解决对电力可穿戴智能装备的高可靠供电及穿戴式光伏电源智能接入。
【专利说明】电力可穿戴智能装备中的智能供电系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于可穿戴智能装备【技术领域】，具体的说是电力可穿戴智能装备中的智能 供电系统及其控制方法，是一种智能化高可靠供电系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 可穿戴智能装备（又称：穿戴式智能设备、智能穿戴），是可长期穿戴的、高度智能 的设备系统。应用可穿戴智能装备，将使得人们在现场作业时信息感知与处理能力极大提 升。可穿戴智能装备的应用，已由航天、航空、深潜等特殊领域，逐步、逐层进入一般生产领 域、人类日常生活的广阔领域。
[0003] 目前，在已应用可穿戴智能装备的生产与生活领域，对相关设备（装置）的自供 电，普遍采用单一电源模式。
[0004] 检索发现，申请号为201020698325. 9的中国专利申请公开了《腕戴式太阳能供电 装置》，本实用新型公开了一种腕戴式太阳能供电装置，包括电源盒和带体，所述的电源盒 是以具有空腔的结构，空腔中设有可以隐藏和展开的中层电池板和下层电池板，在所述的 电源盒上面设有表层电池板，下部设有控制器，侧面设有与控制器相连的功能键、调压显示 和充放电接口，所述的电源盒底面与带体固定连接构成腕戴式结构，所述的表层电池板、中 层电池板和下层电池板串接在一起构成太阳能电池组与控制器相连构成供电控制系统。采 用上述结构后，使其不占空间便形成大容量的供电装置，并以独有的设计使得太阳能电池 组具有可隐藏和展开的功能，既缩小体积，又太阳光吸收面大，发电量充足，从而满足便携 式电器产品的充电要求，大幅提升人们使用电源的即时性和便利性。
[0005] 检索发现，申请号为201310329478. 4的中国专利申请公开了《可穿戴设备电源管 理的方法和装置》，本发明公开了一种可穿戴设备电源管理的方法和装置。涉及通信技术领 域。采用上述方案后，避免了开启未被使用的功能模块耐听浪费电量，增加了可穿戴设备的 使用时间，进而增加了用户体验。本发明的方法可以包括：检测可穿戴设备的使用状态；根 据可穿戴设备的使用状态确定其工作模式。可应用于可穿戴设备电源管理中。
[0006] 检索发现，申请号为201310658705. 8的中国专利申请公开了《一种带移动充电电 源的安全帽》，本发明涉及一种安全帽。一种带移动充电电源的安全帽，包括安全帽本体，在 所述安全帽本体上还设有移动充电电源装置，所述移动充电电源装置包括太阳能光电板、 电池组、升降压电路装置和USB接口槽，所述太阳能光电板连接所述电池组，所述电池组通 过所述升降压电路装置与所述USB接口槽连接。利用安全帽特殊的穿戴位置，作为移动充 电电源装置，实用性很强。
[0007] 检索发现，申请号为201320707639. 4的中国专利申请公开了《腕带式设备的供电 装置》，本实用新型提出一种腕带式设备的供电装置，包括若干块电池，所述的若干块电池 连接形成腕带状，其与腕带式设备连接从而能够将腕带式设备固定在人体手腕上，同时为 其供电，所述电池内表面与人体手腕相适配，以使当所述电池固定在手腕上时，其供电装置 内表面与手腕表面相接触设置，所述电池之间电连接以形成一个电池组。本实用新型提出 一种腕带式设备的电池组，利用腕带的结构特征，将若干块电池设置成腕带形式，这样即能 够为智能手表或腕带式智能手机等腕带式设备增加电池供电量，保障其正常使用；同时，能 够增加佩戴舒适度、扩展性以及安全系数，使智能手表或智能手机突破电池瓶颈，真正进入 可实际应用的时代。
[0008] 以上现有专利和现行可穿戴智能装备的供电模式主要存在如下关键问题：
[0009] ⑴普遍采用单一电源供电机制。涉及可穿戴智能装备，普遍为单一的设备（装 置），且为其提供电能的种类及途径均为单一，可穿戴智能装备所必需的高可靠供电保障欠 充分。
[0010] ⑵没有充分应用当代智能电池管理电子技术。涉及可穿戴智能装备供电电池的管 理，普遍没有充分设计应用当代智能电池管理的电池状态监测、电池充电、电池休眠等电力 电子技术，更没有设计应用智能电池芯片处理器的开关调度功能，可穿戴智能装备供电电 池自动化运行维护应具备的功能欠缺。
[0011] ⑶没有进行可穿戴智能装备供电系统的顶层设计。电力可穿戴智能装备是由智能 穿戴主机、多功能智能安全帽（视频采集、语音交互、卫星定位等）、分布式电能传感器、体 征传感器、光伏电池（组）等多个智能设备（装置）构成，而现有的可穿戴智能装备系统， 普遍只涉及单一智能设备（装置），更没有从可穿戴智能装备供电系统的顶层进行完整设 计，基本没有解决对电力可穿戴智能装备系统的高可靠供电及穿戴式光伏电源智能接入。
【发明内容】
[0012] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种电力可穿戴智能 装备中的智能供电系统及其控制方法，用于构建可穿戴智能装备的智能供电网络，实现可 穿戴智能装备的分布式智能供电，充分保障对可穿戴智能装备供电的高质量与高可靠性， 及穿戴式光伏电源的智能接入。
[0013] 本发明解决以上技术问题的技术方案是：
[0014] 电力可穿戴智能装备中的智能供电系统，包括设有主机处理器的智能穿戴主机、 光伏电源单元、主电池单元和智能电池单元，智能电池单元分为为各智能设备供电的相应 智能电池单元以及为智能穿戴主机供电的智能电池单元；光伏电源单元的电能输入为光伏 电能接入与市电电能接入，其电能输入出通过电力线与各智能电池单元的电能输入连接； 主电池单元的电能输入为市电电能接入，其电能输出通过电力线与各智能电池单元的电能 输入连接；
[0015] 光伏电源单元包括一个光伏电池组、一个稳压模块、一个输入开关、一个输出开 关、一个电池开关、一个电池芯片处理器、一个蓄电池、一个调压模块和一个通信接口，输入 开关、输出开关和电池开关都是场效应管，稳压模块为通用的二级管稳压电路，光伏电池产 生的电能输出至所述稳压模块，经稳压模块稳压后与市电电能接入的电能一起连接至所述 输入开关的源极，输入开关、输出开关和电池开关的漏极连接在一起，输入开关、输出开关 和电池开关的栅极分别接至电池芯片处理器的3个开关控制指令输出端，输出开关的源极 通过调压模块调压后接至各智能电池单元的电能输入端，电池开关的源极接蓄电池的电能 输入端，蓄电池的电池状态数据输出端接电池芯片处理器的电池状态数据输入端，电池芯 片处理器的电池状态数据输出端通过数据总线连接通信接口，由通信接口将电池状态数据 输出至智能穿戴主机的主机处理器；
[0016] 主电池单元包括一个输入开关、一个输出开关、一个电池开关、一个电池芯片处理 器、一个本地电池、一个调压模块和一个通信接口，输入开关、输出开关和电池开关都是场 效应管，市电电能接入的电能连接至输入开关的源极，输入开关、输出开关和电池开关的漏 极连接在一起，输入开关、输出开关和电池开关的栅极分别接至电池芯片处理器的3个开 关控制指令输出端，输出开关的源极通过调压模块调压后接至各智能电池单元的电能输入 端，电池开关的源极接本地电池的电能输入端,本地电池的电池状态数据输出端接电池芯 片处理器的电池状态数据输入端，电池芯片处理器的电池状态数据输出端通过数据总线连 接所述通信接口，由通信接口将电池状态数据输出至智能穿戴主机的主机处理器；
[0017] 智能电池单元包括一个输入开关、一个负载开关、一个电池开关、一个电池芯片处 理器、一个本地电池和一个通信接口，所述输入开关、负载开关和电池开关都是场效应管， 输入开关的源极连接光伏电源单元和主电池单元的电能输出，输入开关、负载开关和电池 开关的漏极连接在一起，输入开关、负载开关和电池开关的栅极分别接至电池芯片处理器 的3个开关控制指令输出端，负载开关的源极接相应智能设备的电能输入端，电池开关的 源极接相应本地电池的电能输入端，本地电池的电池状态数据输出端接电池芯片处理器的 电池状态数据输入端，电池芯片处理器的电池状态数据输出端通过数据总线连接所述通信 接口，由通信接口将电池状态数据输出至智能穿戴主机的主机处理器。
[0018] 一种电力可穿戴智能装备中的智能供电系统的控制方法，智能穿戴主机按分布式 电力调度方法和供电网络异动重构方法，实时分析判断各智能电池单元的运行状态，自动 向相关智能电池单元发出开关控制指令，控制其电池芯片处理器中的输入开关、电池开关 和负载开关的状态组合，智能实现下表所示的可穿戴智能装备供电系统的高可靠运行模 式；
[0019]
【权利要求】
1. 电力可穿戴智能装备中的智能供电系统，其特征在于：包括设有主机处理器的智能 穿戴主机、光伏电源单元、主电池单元和智能电池单元，所述智能电池单元分为为各智能设 备供电的相应智能电池单元以及为智能穿戴主机供电的智能电池单元；所述光伏电源单元 的电能输入为光伏电能接入与市电电能接入，其电能输入出通过电力线与各智能电池单元 的电能输入连接；所述主电池单元的电能输入为市电电能接入，其电能输出通过电力线与 各智能电池单元的电能输入连接； 所述光伏电源单元包括一个光伏电池组、一个稳压模块、一个输入开关、一个输出开 关、一个电池开关、一个电池芯片处理器、一个蓄电池、一个调压模块和一个通信接口，所述 输入开关、输出开关和电池开关都是场效应管，所述稳压模块为通用的二级管稳压电路，所 述光伏电池产生的电能输出至所述稳压模块，经所述稳压模块稳压后与所述市电电能接入 的电能一起连接至所述输入开关的源极，所述输入开关、输出开关和电池开关的漏极连接 在一起，所述输入开关、输出开关和电池开关的栅极分别接至所述电池芯片处理器的3个 开关控制指令输出端，所述输出开关的源极通过所述调压模块调压后接至各智能电池单元 的电能输入端，所述电池开关的源极接所述蓄电池的电能输入端，所述蓄电池的电池状态 数据输出端接所述电池芯片处理器的电池状态数据输入端，所述电池芯片处理器的电池状 态数据输出端通过数据总线连接所述通信接口，由所述通信接口将电池状态数据输出至所 述智能穿戴主机的主机处理器； 所述主电池单元包括一个输入开关、一个输出开关、一个电池开关、一个电池芯片处理 器、一个本地电池、一个调压模块和一个通信接口，所述输入开关、输出开关和电池开关都 是场效应管，市电电能接入的电能连接至所述输入开关的源极，所述输入开关、输出开关和 电池开关的漏极连接在一起，所述输入开关、输出开关和电池开关的栅极分别接至所述电 池芯片处理器的3个开关控制指令输出端，所述输出开关的源极通过所述调压模块调压后 接至各智能电池单元的电能输入端，所述电池开关的源极接所述本地电池的电能输入端， 所述本地电池的电池状态数据输出端接所述电池芯片处理器的电池状态数据输入端，所述 电池芯片处理器的电池状态数据输出端通过数据总线连接所述通信接口，由所述通信接口 将电池状态数据输出至所述智能穿戴主机的主机处理器； 所述智能电池单元包括一个输入开关、一个负载开关、一个电池开关、一个电池芯片处 理器、一个本地电池和一个通信接口，所述输入开关、负载开关和电池开关都是场效应管， 所述输入开关的源极连接所述光伏电源单元和所述主电池单元的电能输出，所述输入开 关、负载开关和电池开关的漏极连接在一起，所述输入开关、负载开关和电池开关的栅极分 别接至所述电池芯片处理器的3个开关控制指令输出端，所述负载开关的源极接相应智能 设备的电能输入端，所述电池开关的源极接相应本地电池的电能输入端，所述本地电池的 电池状态数据输出端接所述电池芯片处理器的电池状态数据输入端，所述电池芯片处理器 的电池状态数据输出端通过数据总线连接所述通信接口，由所述通信接口将电池状态数据 输出至所述智能穿戴主机的主机处理器。
2. 如权利要求1所述的电力可穿戴智能装备中的智能供电系统，其特征在于：所述 电池芯片处理器为美国美信集成产品公司相应产品，具体为DS278x系列、MAX187x系列、 MAX860x 或 MAX856x 系列。
3. 如权利要求1所述的电力可穿戴智能装备中的智能供电系统，其特征在于：所述主 机处理器为AMR系统处理器。
4.用于权利要求1所述的电力可穿戴智能装备中的智能供电系统的控制方法，其特征 在于：所述智能穿戴主机按分布式电力调度方法和供电网络异动重构方法，实时分析判断 各智能电池单元的运行状态，自动向相关智能电池单元发出开关控制指令，控制其电池芯 片处理器中的输入开关、电池开关和负载开关的状态组合，智能实现下表所示的可穿戴智 能装备供电系统的高可靠运行模式；
上表中，"?"一导通；"〇" 一断开；一任意； 其中，所述分布式电力调度方法具体按以下步骤进行： ㈠ 采集光伏电源单元、主电池单元以及各智能电池单元的状态数据，包括电量、电压、 电流和温度； ㈡判断光伏电源单元、主电池单元以及各智能电池单元是否正常工作，若是，则进入下 一步骤，若否，则进入供电网络异动重构； (Ξ)主电池单元以及各智能电池单元的电量大于90 %时,相应智能电池单元自身向本地 负载供电； (四)主电池单元以及各智能电池单元的电量低于90%时，主电池单元向电量低于90% 的智能电池单元充电，若主电池单元电量低于10%时，切换由光伏电源单元向电量低于 90 %的智能电池单元充电； ㈤当光伏电源单元与主电池单元电量均低于10 %时，则更换主电池单元或接入市电充 电； ㈥当前唯一可向智能穿戴主机供电的电池的电量低于5 %时，则智能穿戴主机自动关 闭； 所述供电网络异动重构方法具体按以下步骤进行： ⑴采集光伏电源单元、主电池单元以及各智能电池单元的状态数据，包括电量、电压、 电流和温度，判断光伏电源单元、主电池单元以及各智能电池单元是否存在供电异动，若 是，则进入下一步骤，若否，则直接进入步骤⑷，所述供电异动包括各智能电池单元内部故 障的自动开断以及主电池单元的热插拔更换； ⑵发出异动警告，并显示存在供电异动的电池的状态和实际电量值； ⑶当各智能电池单元向本地负载供电出现异动时，实时智能接通该电源点智能电池单 元的"输入开关"以及断开"电池开关"，启动重构指令，并按下表进行分布电池异动状态及 重构：
其中，" V " -正常；" X " -故障；-任意； (4)判断智能穿戴主机是否关机，若是，则结束，若否，则返回步骤（1)。
5.如权利要求4所述的电力可穿戴智能装备中的智能供电系统的控制方法，其特征在 于：所述本地供电工作模式为：本地负载用电完全依赖本地的电池提供，本地电源不对外 供电，本模式适用于各智能电池单元； 所述充电模式为：本地电源点的电池电量低于阀值时，实时接入可穿戴智能装备其他 电源点的冗余电能或市电电能，本地电池充电，无论本地负载是否处于"休眠"，本模式适用 于除光伏电源单元外的各智能电池单元和主电池单元，所述阀值取电池额定容量的10%? 20% ； 所述充满模式为：本地电池电量己充达标称电量，断开电池开关，防止本地电池过充 电，若负载开关接通，则直接由外部输入电能供电，本模式适用光伏电源单元、主电池单元 及各智能电池单元； 所述工作异动模式为：本地电池出现内部故障或异动离线，本地负载用电完全依赖可 穿戴智能装备其他电源点的冗余电能接入，本模式适用于智能主电池单元和各智能电池单 J Li 〇
【文档编号】H02J7/00GK104393657SQ201410787482
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】唐晓彤, 朱锡锋, 林万才, 徐立乾 申请人:苏沃智能科技江苏有限公司