[发明专利]一种延长多负载电池使用寿命的电流均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池管理和电池应用技术领域，通过均衡分配电池放电电流，从而达到延长电池寿命的目的。

背景技术

地面机器人、航天器、无人机、自主水下航行器等具有自主性的机器人大多采用电池作为能源。电池的能量是有限的，随着机器人技术的飞速发展，尤其是需要长期工作和自主回收的机器人，能耗已成为机器人系统设计的一个重要约束。通过有效的能量管理办法，使机器人在有限的电池能量条件下，延长使用寿命具有很重要的科学意义。

电池能量管理技术首先在嵌入式计算机领域得到重视和发展。基于动态电压(DVS：DynamicVoltageScaling)/频率调节(DFS：DynamicFrequencyScaling)技术和动态功率管理(DPM：DynamicPowerManagement)技术是目前比较成熟的方法。主要研究成果表明，如果任务的执行电流固定，则通过使任务电流按照非递增顺序排列，可以达到减少能耗，延长寿命的目的。例如，D.Rakhmatov等人研究了单处理器上的电池感知任务调度算法，采用静态优先级设定方法，调整任务电流，参考文献“RAKHMATOVD,VRUDHULAS,WALLACHDA.Amodelforbatterylifetimeanalysisfororganizingapplicationsonapocketcomputer[J].IEEETransVLSISyst,2003；11(6)：1019-1030”；LUO.J等人研究了多处理器平台上的电池感知任务调度算法，参考文献“LUOJ,JHANK.Battery-awarestaticschedulingfordistributedreal-timeembeddedsystems[C]//ProcDesAutomConf.LasVegas,USA,2001:444-449”；解玉凤等人基于D.Rakhmatov的静态调度算法，提出了基于动态优先级的电池感知任务调度算法，参考文献“解玉凤,刘雷波,戴锐,魏少军.基于动态优先级的电池感知任务调度算法[J].微电子学,2008,38(3):312-315,319”。因此，这些研究中，电池的负载只有一个，即处理器。

然而，对于自主机器人而言，电池需要对多个负载供电，包括机器人的运动(电机)、探测(传感器)和计算(嵌入式计算机)等负载。所以，针对这个问题，国内外学者主要是通过建立机器人运动、传感器和嵌入式控制器的能耗模型，如E＝KRV²表示机器人以速度v运动R米所需的能量；P_s＝C_s1+C_s0f_s表示传感器以频率f_s工作时所消耗的能量，对机器人任务进行规划，采用模糊控制算法等对电池组管理系统进行保护性功率调节，达到减少能耗损失的目标，参考文献“BinWang,TianmiaoWang,HongxingWei,MengWang,ZiliShao.Power-awareReal-timeTaskSchedulingwithFeedbackControlforMobileRobot[C].IEEEConferenceonIndustrialElectronicsandApplications,Singapore,1240-1245,2008.”“YongguoMei,Yung-HsiangLu,Y.CharlieHu,andC.S.ACaseStudyofMobileRobot’sEnergyConsumptionandConservationTechniques[C].IEEEConferenceonAdvancedRobotics.Seattle,WA,492–497,2005”。然而,现有技术仍然是把电池能量消耗过程看成是一个黑盒子，仅描述一些负载组件工作参数与最终能耗的简单关系，没有说明负载组件与电池能耗的动态关系，使机器人的能量管理是比较粗放和保守的状态，未能使电池能量余度最大化。

发明内容

要解决的技术问题

基于电池的比率容量效应(放电电流越大，电池能量转换效率越低，电池电量下降越快)和还原效应(放电过程中插入适当的空闲时间会使电池恢复一定量的有效电荷)，可以看出，电池寿命严重依赖于放电电流的分布。然而，对于一个多负载电池供电系统，放电电流与各负载工作有直接关系。因此，针对现有技术存在的不足，本发明以机器人多负载电池系统为应用背景，考虑各负载电流的周期性特点，提出了一种均衡放电电流的优化方法，从而延长电池使用寿命。

技术方案