[发明专利]一种内置电池供电式消防栓仪表及电源管理方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源管理系统与方法及以该电源管理系统构建的消防栓仪表，具体地说，涉及一种能有效提高电池中电能利用率的电源管理方法与系统及以该电源管理系统构建的内置电池供电式消防栓仪表。

背景技术

在现有消防栓水压表等仪表中，基本上是采用外部电源进行供电，但由于受限于消防栓现场安装工况及密封安全性等要求，需要采用内置电池的方式以解决仪表现场供电不便及安全性问题，但在采用内置电池进行供电时，随着电池供电电压的降低而无法满足系统用电需求时，不仅需要进行频繁地更换电池，且存在电池电能利用率偏低的问题；此外，随着物联网技术的发展与普及，需在此类消防栓仪表中加入无线传输模块以实现数据网络化，使电池的更换频率进一步加大，导致内置式电池这种安全的供电方式在消防栓仪表等设备中的应用进一步受限。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种内置电池供电式消防栓仪表，以在提高内置供电电池电能利用率的同时，优化该仪表的功耗管理；本发明的另一目的是提供一种适于上述消防栓仪表使用的电源管理方法；本发明的再一目的是提供一种用于构建上述消防栓仪表的电源管理系统。

为了实现上述主要目的，本发明提供的内置电池供电式消防栓仪表包括无线传输单元、数据采集单元、壳体及内置于壳体内的电池连接端子与电源管理系统，电源管理系统包括控制单元、超级电容、升压单元、第一降压单元与第二降压单元；升压单元受控制单元控制地在需启动无线传输单元时，将电连接在所述电池连接端子上的电池的输出电压升压至高于第一电压，以对超级电容进行预充电，及当超级电容的输出电压低于电压阈值时，将电池的输出电压升压至高于第二电压以对超级电容进行补充充电；第一降压单元受控制单元控制地将经升压单元升压至高于第一电压的电压与经预充电后的超级电容的输出电压并联，再降压至适配无线传输单元并供给无线传输单元工作；第二降压单元用于将超级电容的输出电压降压至适配控制单元与数据采集单元并供给它们工作。

在工作过程中，由于在供电电池与耗电单元间设置了升压单元，从而可将供电电池的输出电压升压至大于各负载的工作电压，以在电池输出电压低于负载工作电压时仍能为它们进行供电，有效地提高供电电池的电能利用率；当无线传输单元需启动并进行数据传输时，先对超级电容进行预充电，再通过第一降压单元联合经预充电后的超级电容与升压单元的输出电压，并将二者的输出电压并联后再降压至无线传输单元的工作电压，以利用超级电容可提供大瞬态电流的特点，为无线传输单元提供启动时所需的大瞬态电流，从而不会把前端电压拉得太低，并在无线传输单元正常工作后，升压单元持续为无线传输单元的正常工作提供大电流，且基于超级电容两端仍与升压单元的输出端并联而可同时对超级电容进行补充充电；在整个过程中，利用超级电容为控制单元与数据收集单元等其他负载供电，以在超级电容输出电压低于电压阈值时或无线传输单元需启动时之外的其他时间内，升压单元及第一降压单元均处于休眠状态或停机状态，有效地优化了整个仪表的功耗管理。

具体的方案为电池连接端子与升压单元间耦接有防止电池反接的防反接单元，以防止电池反接时对后续电路造成破坏；防反接单元包括两个漏极相连接的P沟道场效应管，一个的源极与电池连接端子电连接，另一个的源极与升压单元电连接，两个的栅极相连后通过偏置电阻接地。通过将防反接电路设置成由两个串联的场效应管构成，以替代现有技术中的二极管，可有效地降低防反接单元上的压降。

优选的方案为升压单元的分压参考网络中串联有通断控制开关，所述通断控制开关与升压单元同步受控于升压控制信号；升压单元的输入端与输出端间并联有续流二极管，续流二极管的正极与输入端电连接。通断控制开关基于升压控制信号控制分压参考网络与升压单元同步通断电，以在升压单元不工作时，断开分压参考网络以减少对超级电容上电能的不必要消耗，进一步优化设备的功耗管理。通过在升压单元的两端旁接续流二极管，从而可在首次启动或超级电容中电压由于未及时更换电池而偏低时，使电池的供电电压直接通过该续流二极管以对超级电容进行启动充电，以将超级电容的输出电压充电至高于控制单元的工作电压，从而可供电给控制单元工作而可控制升压单元等负载进行工作；并在超级电容的输出电压高于供电电池的供电电压时，使续流二极管截止而降低功耗。