一种矿用锂离子蓄电池电源的自动组网方法及系统与流程

本申请属于电池组网技术领域，尤其是涉及一种矿用锂离子蓄电池电源的自动组网方法及系统。

背景技术：

资源短缺、环境污染、生态破坏是全球性的三大危机，这些危机的产生与现代工业对资源的消耗有不可分割的关系。随着工业的发展，锂电池的出现与普及成了缓解这些危机问题的一个重要举措，高效节能的锂电池广泛应用于各个领域。目前，煤矿井下用锂离子蓄电池电源取得了显著的成就，但是由于煤矿井下环境及国家标准对锂离子蓄电池的安全技术要求，限制了锂离子蓄电池电源的容量，从而限制了电源输出能力。

矿用锂离子蓄电池电源作为可靠的供电设备已经广泛的应用于煤矿井下,但由于锂离子电池存在的安全问题,使其在煤矿领域的应用受到很大限制。

矿用锂离子蓄电池电源主要用途及适用范围：电源适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘等爆炸性气体的危险环境中，可作为矿用救生舱、避难硐室、井下通信系统等矿用设施设备的备用电源。矿用锂离子蓄电池电源将先进的锂电池配组技术、充放电管理技术、均衡技术与隔爆技术、通信总线技术等融为一体。

现有电源的缺点：

1、煤矿井下锂离子蓄电池电源(简称电源)现在都是单机输出，没有组网输出这个概念

2、主从结构的矿用锂离子蓄电池电源，如果作为单机应用的，成本高、体积大，不利于井下安装应用

3、大容量矿用锂离子蓄电池电源，作为单一主机，容量大、体积大、造价高，在出现故障的情况下，无法对外输出，影响井下生产、通信的安全与质量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中煤矿井下锂离子蓄电池电源采用单机输出，成本高、体积大，而且在出现故障的情况下，无法对外输出，影响井下生产、通信的安全与质量的问题。

针对上述技术问题，本发明提供一种矿用锂离子蓄电池电源的自动组网方法及系统，将多个锂离子蓄电池电源通过can总线组网，各锂离子蓄电池竞争获得主机权限，对外输出供电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供一种矿用锂离子蓄电池电源的自动组网方法，包括：

在外部交流电源断电时，can总线连接的处于可供电状态的多个参与组网的锂离子蓄电池电源，向can总线广播发送竞争电源主机的消息；

在当前电源主机释放主机权限的情况下，最先发送竞争电源主机消息的锂离子蓄电池电源获得主机权限；

获得主机权限的锂离子蓄电池电源，打开对外供电端口，向外提供电力供应；

没有获得主机权限的锂离子蓄电池电源，则成为电源从机，关闭对外供电端口，等待电源主机释放主机权限后，再次参与电源主机竞争；

如果锂离子蓄电池电源处于单机工作状态，则在可供电状态下，对外供电。

本发明第二方面提供一种矿用锂离子蓄电池电源的自动组网系统，can总线，所述can总线上挂接多个锂离子蓄电池电源；

在外部电源断电时，处于可供电状态的多个参与组网的锂离子蓄电池电源，向can总线广播发送竞争电源主机的消息，竞争主机权限；

在当前电源主机释放主机权限的情况下，最先发送竞争电源主机消息的锂离子蓄电池电源获得主机权限；

获得主机权限的锂离子蓄电池电源，打开对外供电端口，向外提供电力供应；

没有获得主机权限的锂离子蓄电池电源，则成为电源从机，关闭对外供电端口，等待电源主机释放主机权限后，再次参与主机权限的竞争；

如果锂离子蓄电池电源处于单机工作状态，则在可供电状态下，对外供电。

本发明的有益效果是：本发明以can总线通信为载体的自动组网方法，使在线单机锂离子蓄电池电源自适应实现id分配、节点动态增减，并自动随机智能调度一台锂离子蓄电池电源作为电源主机，该电源主机可对外供电，其他电源处于等待状态，不对外供电。在主机电源故障或者电量用完的情况下，可释放主机权限，其他锂离子蓄电池电源通过竞争取得主机权限，并对外供电，无需任何人工或外部干预，从而打破单体由于体积和容量的限制而无法长时间提供电力的缺点，可保证用电设备全功率长时间运行。

本发明竞争主机的方式，是根据时间顺序来确定的，对于最先发送竞争消息的电源才能获得进一步的竞争资格，而其他电源退出竞争。相比现有技术中利用can总线的仲裁机制确定身份id最小的电源获得资格的方式，本发明更能节约资源，速度更快。

本发明对参与竞争的各电源再次分配一个权限id，这个权限id是每个电源内部电源管理模块的控制芯片的sn码，将初始身份id+对应的sn码作为新的身份id，且该新的身份id即始终作为该电源的身份id，每次参与组网时，都以该身份id来确定该电源的身份。本发明不需要每次组网，都重新分配id，节约资源，加快组网进度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是本申请实施例的自组网方法流程图；

图2是本申请实施例竞争流程示意图；

图3是本申请实施例的自组网系统示意图；

图4是本申请实施例的锂离子蓄电池电源结构原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种矿用锂离子蓄电池电源的自动组网方法，如图1所示，包括：

s1:can总线连接的处于可供电状态的多个参与组网的锂离子蓄电池电源，向can总线广播发送竞争电源主机的消息，竞争主机权限；

s2:在当前电源主机释放主机权限的情况下，最先发送竞争电源主机消息的锂离子蓄电池电源获得主机权限；

s3:获得主机权限的锂离子蓄电池电源，打开对外供电端口，向外提供电力供应；

s4:没有获得主机权限的锂离子蓄电池电源，则成为电源从机，关闭对外供电端口，等待电源主机释放主机权限后，再次参与主机权限的竞争；

s5:如果锂离子蓄电池电源处于单机工作状态，则在可供电状态下，对外供电。

如图1所示，本实施例通过can总线连接多个锂离子蓄电池电源，可实现多个锂离子蓄电池电源的自动组网。

在煤矿井下，如果对井下设备进行供电的交流电源突然断电，由于环境复杂，无法及时维修，而且很难及时切换其他外部电源供电。此时，需要锂离子蓄电池进行供电，而供电时间较长的情况下，单靠一个锂离子蓄电池电源无法完成持续供电，这就需要多个锂离子蓄电池接力供电。

本实施例将多个锂离子蓄电池电源通过can总线连接，在外部电源断电的情况下，各锂离子蓄电池电源自动组网，竞争电源主机，只有获得主机权限的锂离子蓄电池电源向外提供电力供应，其他没有获得主机权限的锂离子蓄电池电源作为从机，不提供电力供应。当主机电源故障或者电量用完的情况下，会释放主机权限，其他作为从机的锂离子蓄电池电源再次参与电源主机的竞争，提供电力供应，从而完成持续供电。

可选的是，所述锂离子蓄电池电源的工作方式，可根据现场实际工作情况，现场设置；

如果设置为组网工作，则所述锂离子蓄电池电源参与组网，在可供电状态时，参与主机电源竞争；如果设置为单机工作，则所述锂离子蓄电池电源在可供电状态时，向外供电，提供电力供应。

锂离子蓄电池电源的组网状态(参与组网或者不参与组网)可以现场进行设置，如果设置为不参与组网，则相应的锂离子蓄电池电源设备处于单机状态，对于单机状态的锂离子蓄电池电源，如果处于可供电状态，则打开对外输出提供电力供应；如果处于不可供电状态，则等待电源充电或维修。

因为，实际工作现场，在外部供电电源断电的情况下，可能有些矿井设备实际需要持续供电的时间较短，单个锂离子蓄电池电源即可完成供电，则不需要进行组网，那么可以将该锂离子蓄电池设置为单机状态，不参与组网。

本实施例是以can总线通信为载体的自动组网方法，利用can总线的竞争特点，设计一种自动组网机制，锂离子蓄电池电源通过竞争取得主机权限，无需任何人工或外部干预，从而打破单体由于体积和容量的限制而无法长时间提供电力的缺点，可保证用电设备全功率长时间运行。

锂离子蓄电池组是作为备用电源使用的，在有交流输入存在的情况下，优先使用交流对外输出，交流电源断电时，将自动切换为锂离子蓄电池组对外供电。

可选的是，如图2所示，本实施例锂离子蓄电池电源竞争获得主机权限的步骤包括：

s21:在外部交流电断电时，侦听can总线状态，在can总线处于空闲态时，参与组网的锂离子蓄电池电源向can总线发送竞争电源主机的消息；

s22:can总线确定最先发送竞争电源主机消息的锂离子蓄电池具备继续竞争的资格；

s23:具备继续竞争资格的锂离子蓄电池电源继续向can总线广播发送竞争电源主机的消息，其他没有获得继续竞争资格的锂离子蓄电池电源退出竞争，成为从机；

s24:如果can总线上已有电源主机，则具备继续竞争资格的锂离子蓄电池电源成为从机，等待电源主机释放主机权限；

s25:如果can总线上没有电源主机，则具备继续竞争资格的锂离子蓄电池电源获得主机权限，其他参与竞争的锂离子蓄电池电源成为从机。

本实施例中，各锂离子蓄电池电源在竞争电源主机之前会侦听can总线的状态，如果can总线处于非空闲状态，则退出电源主机的竞争。

当监听到can总线处于空闲态时，can总线上各参与组网的锂离子蓄电池电源会向can总线发送竞争电源主机的消息，can总线选择最先发送竞争电源主机消息的锂离子蓄电池电源具备继续竞争的资格，其他参与竞争的各锂离子蓄电池电源退出竞争。

对于具备继续竞争资格的当前锂离子蓄电池，继续向can总线广播发送其成为电源主机的消息，如果can总线上当前没有电源主机，则获得继续竞争资格的当前锂离子蓄电池成为主机，获得主机权限，并向外供电。can总线上没有获得继续竞争资格的其他锂离子蓄电池电源反馈接收到电源主机命令的响应信息，并成为从机，关闭供电端口，等待电源主机释放主机权限，再次参与主机竞争。

如果can总线上已有电源主机，则获得继续竞争资格的锂离子蓄电池电源会收到电源主机发送的已有主机的消息，并反馈接收到电源主机命令的响应信息，并成为从机，can总线上的其他参与竞争的锂离子蓄电池电源同样反馈接收到电源主机命令的响应信息，并成为从机。

可选的是，参与组网的每台锂离子蓄电池电源均设定一个初始身份id，并在组网时重新分配一个权限id，将初始身份id+权限id组成锂离子蓄电池电源新的身份id。

本实施例锂离子蓄电池电源的初始身份id是锂离子蓄电池出厂时设定的id，是锂离子蓄电池的唯一身份标识，标注了锂离子蓄电池种类、生产日期等信息。

各锂离子蓄电池电源参与组网时，会分配一个新的权限id，该权限id是锂离子蓄电池电源内部电源管理模块对应的控制芯片的sn(产品序列号)码，当再次参与组网时，该新的身份id即固定为该锂离子蓄电池电源的身份标识。

本发明新的身份id即始终作为对应锂离子蓄电池电源的身份id，每次参与组网时，都以该身份id来识别该锂离子蓄电池电源的身份。本发明不需要每次组网都重新分配id，节约资源，加快组网进度。

本实施例是以can总线通信为载体的自动组网方法，利用can总线的竞争特点，设计一种自动组网机制，使在线单机锂离子蓄电池电源自适应实现id分配、节点动态增减，并自动随机智能调度一台锂离子蓄电池电源作为电源主机，该电源主机可对外供电，并在完成供电的情况下可释放主机权限，其他锂离子蓄电池电源通过竞争取得主机权限，无需任何人工或外部干预，从而打破单体由于体积和容量的限制而无法长时间提供电力的缺点，可保证用电设备全功率长时间运行。

实施例2：

本实施例提供一种矿用锂离子蓄电池电源的自动组网系统，如图3所示，包括can总线，所述can总线上挂接多个锂离子蓄电池电源；

在外部电源断电时，处于可供电状态的多个参与组网的锂离子蓄电池电源，向can总线广播发送竞争电源主机的消息，竞争主机权限；

在当前电源主机释放主机权限的情况下，最先发送竞争电源主机消息的锂离子蓄电池电源获得主机权限；

获得主机权限的锂离子蓄电池电源，打开对外供电端口，向外提供电力供应；

没有获得主机权限的锂离子蓄电池电源，则成为电源从机，关闭对外供电端口，等待电源主机释放主机权限后，再次参与主机权限的竞争；

如果锂离子蓄电池电源处于单机工作状态，则在可供电状态下，对外供电。

can总线上多个锂离子蓄电池电源设备启动后，如果锂离子蓄电池电源设备内部设置的工作方式是组网工作，则判断锂离子蓄电池电源的可供电状态，如果电量满足充电要求，且处于正常工作状态，则参与组网。如果设置的是单机工作，则判断锂离子蓄电池电源处于可供电状态时，打开对外供电端口，提供电力供应；否则等待电源充电或维修。

关于锂离子蓄电池的具体组网以及主机电源的竞争，请参阅实施例1。

可选的是，如图4所示，所述锂离子蓄电池电源包括：锂离子电池组、电源管理模块、变压器和交流优先逆变器；

所述锂离子电池组与电源管理模块的信号采集端连接，所述电源管理模块连接至can总线；

所述交流优先逆变器的直流输入端连接锂离子电池组的放电端口，所述交流优先逆变器的交流输入端连接变压器二次侧，所述交流优先逆变器的交流输出端用于连接井下设备；

所述变压器的一次侧连接外部交流电源，所述变压器的二次侧通过锂电池充电机连接至锂离子电池组的充电端口。

变压器将127vac、380v或660vac的输入电压转换成127vac电压，送入交流优先逆变器，在有交流输入存在的情况下，优先使用交流对外输出供电。在交流电源断电时，自动切换为锂离子电池组对外供电。

进一步地，本实施例还包括液晶显示屏，所述液晶显示屏与电源管理模块输出端连接，用于显示供电状态。

在切换为锂离子电池组供电时，对外提供锂离子电池组的供电状态信号，并通过液晶显示屏显示供电状态，可以更方便工作人员查看。

进一步可选的是，本实施例还包括用于对锂离子蓄电池电源工作方式进行切换的遥控器，所述遥控器与电源管理模块无线连接，用于根据现场实际工作情况，现场切换锂离子蓄电池电源为组网工作还是单机工作。

可选的是，参与组网的每台锂离子蓄电池电源均设定一个初始身份id，并在组网时重新分配一个权限id，将初始身份id+权限id组成锂离子蓄电池电源新的身份id。

本实施例关于锂离子蓄电池电源的身份id更新，请参阅实施例1。

以上述依据本申请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申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请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。