一种多源车载bms系统
阅读说明：本技术 一种多源车载bms系统 (Multi-source vehicle-mounted BMS system ) 是由 谭孝虎 赵达 季卫松 于 2021-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多源车载BMS系统,包括：BMS电池管理单元、动能复得单元、无线充电单元、储能单元、通讯单元、监控单元；本发明不仅通过动能复得单元回收了刹车动能,还增加了无线充电单元,可以通过高压输电线或者无线充电基站为储能单元进行充能,不仅提高了能量复得效率,而且可以有效提高了功率输出,通过多种充能来源,相比现有技术,本发明具有获取供能功率大、占用空间少、重量轻、行进中使用、各种车型均适用的技术优点。(The invention discloses a multi-source vehicle-mounted BMS system, which comprises: the system comprises a BMS battery management unit, a kinetic energy recovery unit, a wireless charging unit, an energy storage unit, a communication unit and a monitoring unit; the invention not only recovers the braking kinetic energy through the kinetic energy recovery unit, but also adds the wireless charging unit, and can charge the energy storage unit through the high-voltage power transmission line or the wireless charging base station, thereby not only improving the energy recovery efficiency, but also effectively improving the power output.)
技术领域
本发明属于车载通信指挥领域，具体指代一种多源车载BMS系统。
背景技术
车载通信指挥系统目前广泛应用于政府、公安、武警、消防、人防、水利防汛、电力抢险、海监巡查等各行业，适用于复杂环境中进行信息的实时移动传输。在恶劣的地理条件、危险的环境，可以第一时间抵达现场并将现场图像传出，是保证特殊环境下应急通信任务及时、高效完成的关键。车载BMS系统可以通过锂电池储能为车载通信指挥系统进行不间断供电，有效地克服了传统移动电源车工作时噪声大、污染环境，安全性能差等缺点。
车载通信指挥系统由于使用环境的特殊性对供电系统提出了很高的需求，目前现有常用的供电方式有如下几种：原车蓄电池供电、加装蓄电池供电、发动机取力供电及外加发电机供电。
车载通信指挥系统当前现有供电技术存在的缺点如下：
1、原车蓄电池供电
此种方法是简单的由原车蓄电池来为车载通信监控系统进行供电，在通信及监控模块功率需求较小的情况下才可以正常使用，如果设备较多功率需求较大的情况下，原车输出功率无法满足设备使用功率会导致原车蓄电池亏电，从而影响车辆启动性能，所以该种方式无法满足较大大功率设备的使用需求。
2、加装蓄电池供电
利用原车蓄电池供电的方式上发展而来的方案，通过加装后备蓄电池来进行供电，由后备蓄电池的储能给车载通信监控系统供电，而当后备蓄电池储能耗尽时则系统无法工作，如果通过原车蓄电池与后备蓄电池并联的方式，仍然会存在第一种方法的使用缺陷，影响车辆启动性能，因此该方法仍然无法满足大功率的使用需求。
3、发动机取力供电
通过在车辆发动机加装取力发电机，利用发动机冗余功率发电来为车载通信指挥系统进行供电，该方法由于需要在发动机舱加装取力发电机，对原车发动机改动较大，一旦设计施工使用不慎容易造成发动机损失，而且并非对所有车型都适合安装，由于各车型的发动机冗余功率不同，安装之后能够稳定输出的功率也并不相同，并且由于使用时需一直保持发动机运转状态，长期使用会导致发动机容易产生故障。
4、加装发电机供电
通过在车辆上加装一台发电机来为车载通信指挥系统进行供电，存在改装量大、占用空间太多、易引起超重等问题，而且因为发电机的使用时需要保证散热良好，车辆高速行进中由于负压的缘故，发电机的热量难以散出，容易导致发电机过热保护，基本上只能在车辆停止或者低速行进状态下才可以使用。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多源车载BMS系统，其采用了能量复得技术和无线充电技术，通过对车辆行驶过程中的动能进行回收，以及行进过程中通过高压输电线以及无线充电基站进行电力补充，可以为车载通信指挥系统进行供电，并且可以满足功率大、占用空间少、重量轻、行进中使用、各种车型均适用的需求。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种多源车载BMS系统，包括：BMS电池管理单元、动能复得单元、无线充电单元、储能单元、通讯单元、监控单元；
所述BMS电池管理单元，用于监测动能回收、检测无线充电状态、监测通讯单元和控制监控单元运行；
所述动能复得单元，用于回收行驶过程中车辆发动机输出的过剩能量以及制动时被浪费的动能，并将回收的能量转化为电能存储至储能单元中；
所述无线充电单元，用于从高压输电线或无线充电基站获取电能并为储能单元充电；
所述储能单元，用于储存动能复得单元及无线充电单元供给的电能，并在BMS电池管理单元控制下对外供能；
所述监控单元，用于实时采集动能复得单元、无线充电单元工作状态信息，以及储能单元中各储能元件的电量、电压、电流、功率、温度信息；
所述通讯单元，用于将监控单元所采集的信息传输给BMS电池管理系统，并将BMS电池管理单元的指令信号发送给动能复得单元、无线充电单元、储能单元。
进一步地，所述动能复得单元包括：液压制动器、液压传感器及电动-发电机；液压制动器为车辆提供制动；液压传感器通过液压变化检测车辆制动状态；电动-发电机有两种工作模式：电动机模式为车辆发动机提供辅助动力，发电机模式将车辆制动时的动能转化为电能存储在储能单元中。
车辆启动时，电动-发电机工作在电动机模式以协助启动车辆发动机；车辆加速过程中，通过将储能单元中的电能转化为机械能，为车辆发动机提供辅助动力；车辆制动时，经由液压传感器检测制动信号，通过液压制动器进行制动，同时切换到发电机模式(即由电动机转化为发电机)，将动能转化为电能存储在储能单元中。
进一步地，所述电动-发电机，其与车辆发动机中的曲轴相连；所述电动-发电机为无刷电机，包括：励磁装置和转子，所述励磁装置用于在车辆制动时产生发电的磁场，所述转子与所述曲轴相连并在曲轴驱动下转动；所述电动-发电机还设有控制励磁装置开闭的行程开关，所述行程开关安装在刹车踏板下，当刹车踏板踩下触碰行程开关则励磁装置打开。
所述励磁装置的启动由刹车来控制，当电动-发电机运转时，该电动-发电机的转子通过曲轴传动以转动，励磁装置未启动时，无法产生工作磁场，电动-发电机无法正常运行，此时电动-发电机不能将动能转化为电能，不消耗电动-发电机的动能；而当车辆制动时，刹车踏板踩下触碰行程开关则励磁装置打开，产生工作磁场，电动-发电机开始正常运行，将电动-发电机空转产生的动能转化为电能，松开刹车踏板，则励磁装置关闭，电动-发电机停止将动能转化为电能；该电动-发电机通过车辆制动时产生的动力输出发电，在车辆制动时启动，将制动时车辆发动机输出的动能转化为电能并存储在储能单元中。动能复得单元具有启动次数少，瞬间功率大的特点。相比较现有技术，本发明通过动能复得单元在制动时对车辆发动机的动能进行回收，不仅提高了能量复得效率，而且有效提高了功率输出，具有功率大、占用空间少、重量轻、行进中使用、各种车型均适用的技术优点。
进一步地，所述无线充电单元采用磁共振无线充电技术，包括：发射侧设备和接收侧设备；发射侧设备包含：发射侧整流滤波电路、高频逆变电路、一次侧串联谐振电路、发射线圈；接收侧设备包含：接收线圈、电子电容电路、接收侧整流滤波电路、DC-DC转换器；
从高压输电线或无线充电基站中提供的电能经过发射侧整流滤波电路、高频逆变电路、一次侧串联谐振电路、发射线圈，利用高频恒定幅值交变磁场发生装置产生谐振磁场，再通过接收线圈、电子电容电路、接收侧整流滤波电路、DC-DC转换器接收无线传输的电能给储能单元，实现远距离充电。
上述无线充电技术可以支持一对多同步通信，同时还具有过温、过压、过流保护和异物检测的功能。该技术由于使用的载体为空间磁场，能量不会像电磁波那般发射出去，所以不会对人体造成辐射伤害。
进一步地，所述储能单元由铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池、超级电容中的一种或几种构成，可以根据需求进行配置，满足不同状态下对于功率、电压、寿命、储能效率、功率密度、能力密度等多种技术参数的需求。
进一步地，所述通讯单元由RS-485模块、RS-232模块、Bluetooth模块组成。
进一步地，所述监控单元由电池电量传感器、电池电流传感器、电池电压传感器、电池功率传感器、电池温度传感器、动能复得单元状态监控传感器、无线充电单元状态监控传感器组成。
本发明的有益效果：
1、动能复得技术和无线充电技术的联合运用：不仅通过动能复得单元回收了刹车动能，还增加了无线充电单元，可以通过高压输电线或者无线充电基站为储能单元进行充能，不仅提高了能量复得效率，而且可以有效提高了功率输出，通过多种充能来源，相比现有技术，本发明具有获取供能功率大、占用空间少、重量轻、行进中使用、各种车型均适用的技术优点。
2、多种储能元件联合组成的储能单元：结合超级电容功率密度高与锂电池能量密度高的特点，再辅以铅酸蓄电池各自特点（成本低、易替换），通过电源管理模块统一管理，可以将超级电容与锂电池进行并联，使用超级电容作为锂电池与电机间的功率过渡模块，从而降低大功率充放电对锂电池寿命的影响，并可以保证对能量复得技术所回收能量的充分储存。
3、统一的主控单元：BMS电池管理系统在车载系统中同时可以作为整个系统的主控单元，省去了额外在为通讯模块及监控模块增加一个主控单元，这样整个系统中的主控单元不但可以监测车辆本身的状态信息，还可以有效监测后期加装的通讯设备和监控设备的状态信息，真正起到了整车整系统的监测控制功能。
附图说明
图1为本发明示例中系统的结构原理图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1所示，示例中，本发明的一种多源车载BMS系统，包括：BMS电池管理单元、动能复得单元、无线充电单元、储能单元、通讯单元、监控单元；
所述BMS电池管理单元，用于监测动能回收、检测无线充电状态、监测通讯单元和控制监控单元运行；
所述动能复得单元，用于回收行驶过程中车辆发动机输出的过剩能量以及制动时被浪费的动能，并将回收的能量转化为电能存储至储能单元中；
所述无线充电单元，用于从高压输电线或无线充电基站获取电能并为储能单元充电；
所述储能单元，用于储存动能复得单元及无线充电单元供给的电能，并在BMS电池管理单元控制下对外供能；
所述监控单元，用于实时采集动能复得单元、无线充电单元工作状态信息，以及储能单元中各储能元件的电量、电压、电流、功率、温度信息；
所述通讯单元，用于将监控单元所采集的信息传输给BMS电池管理系统，并将BMS电池管理单元的指令信号发送给动能复得单元、无线充电单元、储能单元。
优选示例中，所述动能复得单元包括：液压制动器、液压传感器及电动-发电机；液压制动器为车辆提供制动；液压传感器通过液压变化检测车辆制动状态；电动-发电机有两种工作模式：电动机模式为车辆发动机提供辅助动力，在启动或者加速时效果明显；发电机模式将车辆制动时的动能转化为电能存储在储能单元中。
车辆启动时，电动-发电机工作在电动机模式以协助启动发动机；车辆加速过程中，通过将储能单元中的电能转化为机械能，为车辆发动机提供辅助动力，在启动或加速时效果明显；车辆制动时，经由液压传感器检测制动信号，通过液压制动器进行制动，同时切换到发电机模式(即由电动机转化为发电机)，将动能转化为电能存储在储能单元中。
优选示例中，所述电动-发电机，其与车辆发动机中的曲轴相连；所述电动-发电机为无刷电机，包括：励磁装置和转子，所述励磁装置用于在车辆制动时产生发电的磁场，所述转子与所述曲轴相连并在曲轴驱动下转动；所述电动-发电机还设有控制励磁装置开闭的行程开关，所述行程开关安装在刹车踏板下，当刹车踏板踩下触碰行程开关则励磁装置打开。
所述励磁装置的启动由刹车来控制，当电动-发电机运转时，该电动-发电机的转子通过曲轴传动以转动，励磁装置未启动时，无法产生工作磁场，电动-发电机无法正常运行，此时电动-发电机不能将动能转化为电能，不消耗电动-发电机的动能；而当车辆制动时，刹车踏板踩下触碰行程开关则励磁装置打开，产生工作磁场，电动-发电机开始正常运行，将电动-发电机空转产生的动能转化为电能，松开刹车踏板，则励磁装置关闭，电动-发电机停止将动能转化为电能；该电动-发电机通过车辆制动时产生的动力输出发电，在车辆制动时启动，将制动时车辆发动机输出的动能转化为电能并存储在储能单元中。动能复得单元具有启动次数少，瞬间功率大的特点。相比较现有技术，本发明通过动能复得单元在制动时对车辆发动机的动能进行回收，不仅提高了能量复得效率，而且有效提高了功率输出，具有功率大、占用空间少、重量轻、行进中使用、各种车型均适用的技术优点。
优选示例中，所述无线充电单元采用磁共振无线充电技术，包括：发射侧设备和接收侧设备；发射侧设备包含：发射侧整流滤波电路、高频逆变电路、一次侧串联谐振电路、发射线圈；接收侧设备包含：接收线圈、电子电容电路、接收侧整流滤波电路、DC-DC转换器。
从高压输电线或无线充电基站中提供的电能经过发射侧整流滤波电路、高频逆变电路、一次侧串联谐振电路、发射线圈，利用高频恒定幅值交变磁场发生装置产生谐振磁场，再通过接收线圈、电子电容电路、接收侧整流滤波电路、DC-DC转换器接收无线传输的电能给储能单元，实现远距离充电。
上述无线充电技术可以支持一对多同步通信，同时还具有过温、过压、过流保护和异物检测的功能。该技术由于使用的载体为空间磁场，能量不会像电磁波那般发射出去，所以不会对人体造成辐射伤害。
优选示例中，所述储能单元由铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池、超级电容中的一种或几种构成，可以根据需求进行配置，满足不同状态下对于功率、电压、寿命、储能效率、功率密度、能力密度等多种技术参数的需求。
优选示例中，所述通讯单元由RS-485模块、RS-232模块、Bluetooth模块组成。
优选示例中，所述监控单元由电池电量传感器、电池电流传感器、电池电压传感器、电池功率传感器、电池温度传感器、动能复得单元状态监控传感器、无线充电单元状态监控传感器组成。
本发明系统的工作原理如下：动能复得单元和无线充电单元为系统的两大能量来源，动能复得单元回收了刹车动能，无线充电单元接收高压输电线或者无线充电基站传输的电能，将能量储存在储能单元中；储能单元采用多种储能元件联合组成，结合超级电容功率密度高与锂电池能量密度高的特点，再辅以铅酸蓄电池各自特点（成本低、易替换），则用于储存动能复得单元和无线充电单元提供的能量，并在必要时释放；监控单元用于实时采集动能复得单元、无线充电单元工作状态信息，以及储能单元中各储能元件的电量、电压、电流、功率、温度信息；储能单元用于将监控单元所采集的信息传输给BMS电池管理系统，并将BMS电池管理单元的指令信号发送给动能复得单元、无线充电单元、储能单元；所述BMS电池管理单元用于监测动能回收、检测无线充电状态、监测通讯单元和控制监控单元运行。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
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