一种野战光储能电源系统的制作方法

1.本发明涉及储能领域，尤其涉及一种野战光储能电源系统。


背景技术：

2.近年来，储能材料技术发展迅速，越来越多的移动式储能被应用，尤其在野战过程中，常常需要有合适的储能电源。但现阶段的储能方案可以完成能量的稳定的充放，但是长期在野外作战可能会遇到不同的温度，而且在电压不同时容量也是会实时发送变化。而传统的方法难以对各个单电池进行单独监测，且每次监测的数据之间难以很好配合，造成传统的储能电源系统容易产生寿命短，易于过热，容量不稳定等问题。


技术实现要素：

3.为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种野战光储能电源系统，以解决储能电源系统容易寿命短、运行不稳定的问题。
4.本专利提供了一种野战光储能电源系统，包括电压测量模块、温度测量模块、电池组、主控模块、从控模块、驱动模块、均衡模块、光电池组输出模块。所述电压测量模块提取所述电池组的电压值；所述温度测量模块用于测量所述电池组的温度；所述主控模块和所述从控模块共同控制所述驱动模块；所述电池组经过所述驱动模块向所述光电池组输出模块提供电压；所述均衡模块连接所述电池组的输出。
5.优选地，所述电池组由15节18650电池串联电池组成；所述电压测量模块连接到所述电池组的每节18650电池的两端；所述主控模块通过所述驱动模块对其充放电过程控制。
6.优选地，所述电压测量模块采用开关选通阵列控制和单体电池电压采集，所述主控模块通过对继电器开关的控制选通待测的单体电池。
7.优选地，所述从控模块与主控模块同时运行，通过光纤对所述主控模块和所述从控模块之间相互传递温度和电压信息。
8.优选地，所述主控模块采用单片机作为主控芯片，通过程序生成pwm信号，接入利用分频模块产生15路的pwm信号，所述pwm信号分别控制mos管的开启和闭合。
9.优选地，所述均衡模块采用cuk电路原理对电池电压进行均衡，将相邻的所述18650电池之间的电压进行均衡，通过所述从控模块控制所述cuk电路的mos管完成能量的储存和释放的过程。
10.优选地，所述温度测量模块采用数字型单线式温度传感器，并将温度测量部分进行隔离，各18650电池之间的温度单独测量。
11.优选地，所述主控模块通过所述驱动模块的驱动信号输入进行控制，进而实现对温度和电池输出的控制。
12.优选地，所述主控模块通过电压计算电池容量，根据不同电压和温度确定电池容量和输出电流大小。
13.优选地，所述从控制器根据各个单电池的电压获取电池之间的电压差，进而控制
所述各18650电池的充放电实现协调控制。
14.同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
15.(1)本发明中采用主从控制方案，单独监视各电池的电压、温度和容量，进而确保整体电压与容量变化可控；
16.(2)本发明中采用各18650电池独立的监视，并加入了均衡控制策略，可有效抑制因为能量不均而造成过度损坏电池，提升电源系统中电池的使用寿命。
附图说明
17.图1为本发明提出的一种野战光储能电源系统结构图；
18.图2为本发明提出的一种野战光储能电源系统的电压测量模块；
19.图3为本发明提出的一种野战光储能电源系统的温度测量模块；
20.图4为本专利提出的一种野战光储能电源系统的均衡模块；
21.图5为本专利提供的一种野战光储能电源系统的主控流程图；
22.图6为本专利提供的一种野战光储能电源系统的从控流程图。
具体实施方式
23.为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
24.如图1所示，为本发明提出的一种野战光储能电源系统结构图。所述野战光储能电源系统包括电压测量模块、温度测量模块、电池组、主控模块、从控模块、驱动模块、均衡模块、光电池组输出模块。其中，所述电压测量模块提取所述电池组的电压值；所述温度测量模块用于测量所述电池组的温度；所述主控模块和所述从控模块共同控制所述驱动模块；所述电池组经过所述驱动模块向所述光电池组输出模块提供电压；所述均衡模块连接所述电池组的输出。
25.所述电池组由15节18650电池串联电池组成；所述从控模块的输入源为ad入口，用于接收所述电压测量模块的电压信号。
26.所述主控模块采用mcu产生pwm信号，接入xc9572分频编程产生15路pwm信号分别控制mos管的开启和闭合。
27.所述电压测量模块连接到所述电池组的每节18650电池的两端。
28.如图2所示，为本发明提出的一种野战光储能电源系统的电压测量模块。开关选通阵列控制和单体电池电压采集通过对继电器开关的控制选通待测的单体电池，开关选通信号通过xc9572cpld芯片控制，需要从mc9s08dz48输出5个io信号，接入xc9572产生20路io信号，控制继电器闭合，继电器选择4路固态光耦继电器ps2501-4，继电器开关阵列控制结构和单体电池电压采集结构。
29.选通第1节电池为例，输入为1，对应了五位输入为00001，此时对应的k1～k16的输出为1100000000000000；选通第2节电池为例，输入为2，输入为00010，k1～k16输出为0110000000000000；选通第3节电池为例，输入为3，输入为00011，k1～k16输出为0011000000000000；以下类推根据可以通过不同的输入，获取到所需要选择不同的电池的
电压和电流。选通电池之后经mc3303运放，滤波稳压之后接入所述从控模块的ad入口。
30.如图3所示，为本发明提出的一种野战光储能电源系统的温度测量模块。温度测量采用结构简单，准确度高，便于实现拓展的数字型单线式温度传感器ds18b20，同时采用iso7421对温度测量部分进行隔离。
31.如图4所示，为本发明提出的一种野战光储能电源系统的均衡模块。所述均衡模块采用cuk电路原理对电池电压进行均衡，将能量通过中间元件完成储存和释放的过程。所述的均衡模块利用pwm波进行导通关断控制，进而实现充放电过程控制。图4中的相邻电池为bn和b
n+1
，电池bn的两端电压为vbn，电池vb
n+1
的两端电压为vb
n+1
，电池bn一侧由电感ln与电容cn和电阻rn；电池b
n+1
一侧由电感l
n+1
与电容c
n+1
和电阻r
n+1
。所述的cuk电路中的能量流通主要靠控制mos管qn和mos管q
n+1
进行控制。具体导通过程如下：
32.假设vbn＞vb
n+1
，pwmn分为t
on
和t
off
两个周期，处于t
on
时控制q1导通，电池bn向电感ln储能，而且电容c
n+2
上存储的能量对电池b
n+1
充电，电感l
n+1
也对电池b2进行充电；
33.处于t
off
时qn断开，b
n+1
，l
n+1
，d
n+1
形成电流回路进行能量转移对b
n+1
进行充电，其中快慢通过控制pwm的占空比来实现；当vb
n+1
＞vbn时工作过程类似。
34.如图5所示，为本发明提出的一种野战光储能电源系统的主控流程图。所述主控模块通过如下流程进行对所述驱动模块的驱动信号输入进行控制，进而实现对温度和电池输出的控制。具体流程如下：
35.m1：所述温度测量模块获取各个单电池的温度，并转化为电信号的模拟量，传递给所述主控模块；
36.m2：所述电压测量模块获取各个单电池的端电压，并转化为电信号的模拟量，传递给所述主控模块；
37.m3：所述主控模块通过数字滤波算法降低信号的噪声；
38.m4：所述主控模块通过电压计算电池容量，具体计算公式如下：f(x)＝2.5-(-0.05921*x^9+0.6365*x^8-2.909*x^7+7.419*x^6-11.66*x^5+11.69*x^4-7.315*x^3+2.71*x^2-0.9667*x+4.083)；
39.m5：所述主控模块通过温度预估电池的最优放电速度，进而控制所述驱动模块的输出；
40.m6：所述驱动模块控制电池的放电频率，进而实现控制电源的输出的能量多寡的控制。
41.如图6所示，为本发明提出的一种野战光储能电源系统的从控流程图。所述从控制器用于根据各个单电池的电压获取电池之间压差，进而控制各个电池的充放电实现协调控制，提升电池寿命。具体的从控制器流程如下：
42.s1：执行控制命令，依次提取单电池的电压；
43.s2：获取各单电池的电池温度；
44.s3：进行ad转换处理，进而将所获得模拟量变为数字量；
45.s4：通过所述从控制模块进行电压差计算，并输出电压；
46.s5：所述均衡模块收到所述从控制模块对各单电池进行均衡控制，对相邻电池的电压差均衡；
47.s6：对电压数据进行更新返回，重新恢复到步骤s1。
48.通过上述方式可以实现对用于野战储能电源系统的主从控制实现对电源放电过程的精度控制和协调控制，提升电池寿命和电池容量。
49.需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

技术特征：
1.一种野战光储能电源系统，其特征在于，包括电压测量模块、温度测量模块、电池组、主控模块、从控模块、驱动模块、均衡模块、光电池组输出模块；所述电压测量模块提取所述电池组的电压值；所述温度测量模块用于测量所述电池组的温度；所述主控模块和所述从控模块共同控制所述驱动模块；所述电池组经过所述驱动模块向所述光电池组输出模块提供电压；所述均衡模块连接所述电池组的输出。2.根据权利要求1所述的一种野战光储能电源系统，其特征在于，所述电池组由15节18650电池串联电池组成；所述电压测量模块连接到所述电池组的每节18650电池的两端；所述主控模块通过所述驱动模块对其充放电过程控制。3.根据权利要求1所述的一种野战光储能电源系统，其特征在于，所述电压测量模块采用开关选通阵列控制和单体电池电压采集，所述主控模块通过对继电器开关的控制选通待测的单体电池。4.根据权利要求1所述的一种野战光储能电源系统，其特征在于，所述从控模块与主控模块同时运行，通过光纤对所述主控模块和所述从控模块之间相互传递温度和电压信息。5.根据权利要求1所述的一种野战光储能电源系统，其特征在于，所述主控模块采用单片机作为主控芯片，通过程序生成pwm信号，接入利用分频模块产生15路的pwm信号，所述pwm信号分别控制mos管的开启和闭合。6.根据权利要求1所述的一种野战光储能电源系统，其特征在于，所述均衡模块采用cuk电路原理对电池电压进行均衡，将相邻的所述18650电池之间的电压进行均衡，通过所述从控模块控制所述cuk电路的mos管完成能量的储存和释放的过程。7.根据权利要求1所述的一种野战光储能电源系统，其特征在于，所述温度测量模块采用数字型单线式温度传感器，并将温度测量部分进行隔离，各18650电池之间的温度单独测量。8.根据权利要求1所述的一种野战光储能电源系统，其特征在于，所述主控模块通过所述驱动模块的驱动信号输入进行控制，进而实现对温度和电池输出的控制。9.根据权利要求1所述的一种野战光储能电源系统，其特征在于，所述主控模块通过电压计算电池容量，根据不同电压和温度确定电池容量和输出电流大小。10.根据权利要求1所述的一种野战光储能电源系统，其特征在于，所述从控制器根据各个单电池的电压获取电池之间的电压差，进而控制所述各18650电池的充放电实现协调控制。

技术总结
本发明提出了一种野战光储能电源系统。它包括电压测量模块、温度测量模块、电池组、主控模块、从控模块、驱动模块、均衡模块、光电池组输出模块。其中，所述电压测量模块提取所述电池组的电压值；所述温度测量模块用于测量所述电池组的温度；所述主控模块和所述从控模块共同控制所述驱动模块；所述电池组经过所述驱动模块向所述光电池组输出模块提供电压；所述均衡模块连接所述电池组的输出。该野战光储能电源系统采用主从控制的方法，分别对单体电池的容量、电压和温度进行监控，进而通过均衡控制和控制各单体电池的输出能量，提升电源系统中电池的使用寿命。电池的使用寿命。电池的使用寿命。


技术研发人员：姚承勇 宁涛 曹世宏 胡国昌 王县 张宇 丁建桥
受保护的技术使用者：中国人民解放军32181部队
技术研发日：2020.09.08
技术公布日：2022/3/7