CN113541286A - 移动式x射线机的自适应供电方法及高压发生装置 - Google Patents

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CN113541286A CN202010309909.0A CN202010309909A CN113541286A CN 113541286 A CN113541286 A CN 113541286A CN 202010309909 A CN202010309909 A CN 202010309909A CN 113541286 A CN113541286 A CN 113541286A
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金红元
陶遥
王天威
蒲良员
李新田
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Abstract

本申请提供一种移动式X射线机的自适应供电方法及高压发生装置，首先获取电池的运行信息，判断所述电池所处的状态；若确定所述电池处于故障状态，选择第一控制值。若确定电池未出现故障，则判断所述电池的剩余电量是否小于低电量阈值，若小于则确定所述电池处于低电量状态，选择第二控制值；若不小于，则确定所述电池处于正常状态，选择第三控制值。最后，获取电容充电器的电路参数信息，并基于所述电路参数信息以及所述第一控制值或所述第二控制值或所述第三控制值调整所述电容充电器的工作状态。本申请根据电池的不同工况，自适应不同的电容充电器的充电策略，从而可以保证移动式X射线机的高压发生装置以最优的状态运行，提高运行的可靠性。

Description

移动式X射线机的自适应供电方法及高压发生装置
技术领域
本申请涉及X射线机领域，特别是涉及移动式X射线机的自适应供电方法及高压发生装置。
背景技术
移动式X射线机由于能够户外诊断，方便快速获得病人或动物的X射线图像，进而对病人或动物进行诊断，因此在户外诊断、抢险救灾等场合发挥着极其重要的作用。
其中，移动式X射线机一般需要配置有一个大容量的电池，工作时可由外部市电网或内部的电池共同供电。但是当电池失效后，移动式X射线机是无法在仅由市电网供电条件下进行曝光工作的。而高压发生装置的现有供电逻辑并不能根据电池的不同工况(如电池正常、电池故障、电池欠压等状态)做到自适应控制，存在可靠性差的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对现有高压发生装置的供电逻辑并不能根据电池的不同工况(如电池正常、电池故障、电池欠压等状态)做到自适应，存在可靠性差的问题，提供一种X射线机的自适应供电方法及高压发生装置。
第一方面，本方案提供一种X射线机的自适应供电方法，该方法包括：
获取所述电池的运行信息，判断所述电池所处的状态；若确定所述电池处于故障状态，选择第一控制值；若确定所述电池未出现故障，则判断所述电池的剩余电量是否小于低电量阈值，若小于则确定所述电池处于低电量状态，选择第二控制值，若不小于则确定所述电池处于正常状态，选择第三控制值；获取电容充电器的电路参数信息，并基于所述电路参数信息以及所述第一控制值或所述第二控制值或所述第三控制值调整所述电容充电器的工作状态。
第二方面，本方案提供一种X射线机的自适应供电方法，该方法包括：获取电池的运行信息；确定所述电池是否故障，若故障，选择第一控制值；若确定所述电池未出现故障，则选择第三控制值；获取电容充电器的电路参数信息，并基于所述电路参数信息以及所述第一控制值或所述第三控制值调整所述电容充电器的工作状态。
第三方面，本方案提供一种X射线机的自适应供电方法，该方法包括：获取电池的运行信息；确定所述电池是否正常，若正常，选择第三控制值；若不正常，则选择第一控制值；获取电容充电器的电路参数信息，并基于所述电路参数信息以及所述第一控制值或所述第三控制值调整所述电容充电器的工作状态。
第四方面，本案提供一种高压发生装置，包括：电池充电器，所述电池充电模块的输入端用于电连接电网；电池，所述电池充电器的输出端电连接所述电池；电容充电器，所述电容充电器的输入端与所述电池电连接；储能电容，所述电容充电器的输出端电连接所述储能电容；高压变换电路，电连接于所述储能电容与X射线产生单元之间，为所述X射线产生单元供电；控制单元，电连接于所述电池和所述电容充电器，用于执行如上述的自适应供电方法。
与现有技术相比，上述的自适应供电方法及高压发生装置，首先获取电池的运行信息，判断所述电池所处的状态；若确定电池处于故障状态，则选择第一控制值。若确定电池未出现故障，则进一步基于状态信息确定电池的剩余电量是否过低。若确定电池的剩余电量过低，则选择第二控制值。若确定电池的剩余电量正常，则选择第三控制值。最后，获取电容充电器的电路参数信息，并基于电路参数信息以及第一控制值或第二控制值或第三控制值调整电容充电器的工作状态。本申请采用上述供电方法能够根据电池的不同工况，自适应不同的电容充电器的工作策略，不管是在接入电网或者离网的状态下，都可以保证高压发生装置以最优的状态运行，提高运行的可靠性，进而提升X射线机的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的高压发生装置的原理框图；
图2为本申请一实施例提供的高压发生装置的局部原理框图；
图3为本申请一实施例提供的自适应供电方法状态切换的示意图；
图4为本申请一实施例提供的自适应供电方法工作状态划分示意图；
图5为本申请一实施例提供的控制器的控制逻辑电路图一；
图6为本申请一实施例提供的控制器的控制逻辑电路图二；
图7为本申请一实施例提供的控制器的控制逻辑电路图三；
图8为本申请一实施例提供的高压发生装置的在不同状态下的电特性；
图9为本申请一实施例提供的控制逻辑框图；
图10为本申请另一实施例提供的控制逻辑框图；
图11为本申请一实施例提供的高压发生装置的自适应供电方法的流程图。
附图标记说明：
10 高压发生装置
100 电池
101 电网
102 电池母线
110 控制单元
200 电容充电器
201 输出电流采样
202 输出电压采样
203 输入电压采样
204 输入电压采样
300 电池充电器
400 储能电容
500 高压变换电路
600 X射线产生单元
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，一种应用于X射线机的高压发生装置10的结构示意图。如图所示，高压发生装置10可包括三级变换。第一级变换包括电池100和电池充电器300。电池充电器300的输入端用于电连接电网101。电池充电器300的输出端电连接一电池100。电池充电器300接收电网电压用于为电池100充电。第二级变换包括电容充电器200和储能电容400。电容充电器200的输入端与电池100电连接。电容充电器200的输出端电连接储能电容400。第三级变换包括高压变换电路500和X射线产生单元600。高压变换电路500的输入端电连接储能电容400。高压变换电路500的输出端连接X射线产生单元600并为其供电。本申请主要针对第一级变换中电池的不同工况(如电池正常、电池故障、电池欠压等)做到对第二级变换中电容充电器200的自适应控制。
在一个实施例中，如图2所示，高压发生装置10还包括控制单元110。本案对控制单元110的形式不做限定。在一些实施例中，控制单元110可以包括多个控制板，不同的控制板执行不同的功能。在一些实施例中，控制单元110可以包括单片机、DSP等数字处理芯片。控制单元110能够实现电池100、电容充电器200等等信息的获取、运算，以及对电池充电器300、电容控制器的控制等，都在本申请的保护范围内。在一些实施例中，控制单元还可以包括多个控制器，不同的控制器执行不同的功能与运算。本案不以此为限。
进一步的，本申请一实施例提供一种自适应供电方法，如图3所示，自适应的方法具体包括：
S100：获取电池100的运行信息，判断电池所处的状态。
在一个实施例中，可通过控制单元110获取电池100的运行信息，判断电池所处的状态。例如电池100可以处于故障状态、低电量状态以及正常状态。具体的，在一些实施例中，控制单元110可以通过电池管理***获取电池100的运行信息。电池管理***可实时监控电池100的运行信息，并将电池100的运行信息实时记录，便于后续查询以及调用。电池运行信息包括：故障信息、电池电压、电池电流和SOC信息等等。控制单元110可以通过通讯的方式获得电池管理***中存储的电池100的运行信息。在一些实施例中，控制单元还可以通过采样电路获取电池母线电压，通过计算和判断得到电池的电量信息、故障信息。本案不以此为限。
S110：判断电池100是否处于故障状态，若电池100处于故障状态执行步骤131，选择第一控制值；若电池100没有出现故障执行步骤S120。
在一些实施例中，若确定电池100处于故障状态，则控制单元110选择第一控制值C1。具体的，控制单元110装载第一控制值C1控制电容充电器200。在一个实施例中，第一控制值可以是电压控制信号或电流控制信号或功率控制信号。在一个实施例中，步骤131是指选择第一控制值。进一步的，若电池100未出现故障，则执行步骤S120。
S120：判断电池100的剩余电量是否小于低电量阈值，若电池100的剩余电量小于低电量阈值，则执行S132，选择第二控制值；若确定电池100的剩余电量不小于低电量阈值，则执行S133，选择第三控制值。
在一个实施例中，控制单元110若确定电池100未出现故障，则根据状态信息进一步判断电池100的剩余电量是否过低。具体的，控制单元110可将电池100的剩余电量与低电量阈值进行比较。若电池100的剩余电量小于低电量阈值，则确定电池100的剩余电量过低，电池处于低电量状态。此时控制单元110可装载第二控制值C2控制电容充电器200。若电池100的剩余电量大于或等于低电量阈值，则说明电池100的剩余电量正常，即电池处于正常状态。此时控制单元110可装载第三控制值C3控制电容充电器200。
在一个实施例中，低电量阈值可根据实际需求进行设定。例如，低电量阈值可以是电池100额定容量的10％或8％等，本案不以此为限。在一些实施例中，第一控制值C1、第二控制值C2和第三控制值C3可以是电压控制信号或电流控制信号或功率控制信号。在一些实施例中，第一控制值可以等于第二控制值。在另一些实施例中，第二控制值可以等于第三控制值，本案不以此为限。
S140：获取电容充电器200的电路参数信息，并基于电路参数信息以及相应的控制值调整电容充电器200的工作状态。
在一个实施例中，控制单元110获取电容充电器200的电路参数信息，并基于电路参数信息以及第一控制值或第二控制值或第三控制值调整电容充电器200的工作状态。在一个实施例中，电路参数信息可包括电容充电器200的输出功率、输入功率、输入电压、输入电流或者输出电流中的至少一种。
在一些实施例中，通过步骤S110、S120的判断，可以将电池的状态划分为三种：第一种：故障状态。电池处于故障状态，从电路中切断，不能充电和放电；对应电容充电控制器装载第一控制值。第二种：电池低电量状态。虽然电池无故障，可以充电或小功率、小电量放电。此种状态电池需要尽快充电；对应电容充电控制器装载第二控制值。第三种：正常状态。电池正常运行，可以在电池规格范围内充电或放电；对应电容充电控制器装载第三控制值。
需要说明的是，上述的判断是基于电池充电器300连接于电网101的情况下。而在实际中，电池充电器300可能未与电网101连接。图4为本申请的一实施例的***工作状态划分示意图，如图4所示，以电池充电器300是否连接电网(有无市电接入)可以分为两种情况进行考虑：
若市电接入时，即电池充电器300的输入端与电网101连接。若电池处于故障状态下，电池可能无法正常工作。但是由于前级有电池充电器300进行供电，以维持电池母线稳定为前提需求，电容充电器可以使用合适的功率为储能电容充电(例如选择第三控制值)。后级电路正常工作，可以输出高压，并产生指定剂量的X射线。若电池处于低电量状态下，虽然前级有电池充电器300进行供电，为保护电池避免出现电池过度放电情况为前提需求，电容充电器可以使用合适的功率为储能电容充电(例如选择第二控制值)。后级电路正常工作，可以输出高压，并产生指定剂量的X射线。若电池处于正常状态下，电容充电器可以以额定最大功率为储能电容充电(例如，选择第三控制值)。后级电路正常工作，可以输出高压，并产生指定剂量的X射线。
无市电接入时，即电池充电器300的输入端没有与电网101连接。此时若电池处于正常状态下，电容充电器可以以额定最大功率为储能电容充电。后级电路正常工作，可以输出高压，并产生指定剂量的X射线。无市电接入时电池处于正常状态下与有市电接入时电池处于正常状态下的控制基本类似，此处不再展开。若电池故障或低电量状态下，电容充电器不工作，后级电路不工作，不可以输出高压，不可以产生X射线，即无法开机或者只能处于待机状态。
需要说明的是，在一些实施例中，可能会根据电池信息只将电池分为两种工作状态，例如判断电池是否正常或者是否故障，即有些情况下可以不考虑或者不单独考虑电池的低电量状态。此时只需要根据电池是否故障或者电池是否正常选择第一控制值和第三控制值。例如，在一些实施例中，判断电池是否故障，若故障，选择第一控制值；若确定所述电池未出现故障，则选择第三控制值；获取电容充电器的电路参数信息，并基于电路参数信息以及第一控制值或第三控制值调整电容充电器的工作状态。其中，在一些实施例中，还可以将低电量状态算在电池没有故障时的工作模式中。在另一些实施中，判断确定电池是否正常，若正常，选择第三控制值；若不正常，则选择第一控制值；获取电容充电器的电路参数信息，并基于电路参数信息以及第一控制值或第三控制值调整电容充电器的工作状态。进一步的，在一些实施例中，还可以将低电量状态划分入电池不正常时的工作模式中。相应的控制都属于本申请的保护范围。
进一步的，在一些实施例中，若电池处于获取故障状态，若控制单元110获取的是电容充电器200的输出功率，则可以设置第一控制值为第一输出功率参考值；若控制单元110获取的是电容充电器200的输入电压，则可以设置第一控制值为第一输入电压参考值；若控制单元110获取的是电容充电器200的输入电流，则第一控制值可以设置为第一输入电流参考值；进而控制单元110可以根据相应的电路参数信息与相应的参考值做差值，根据差值结果并按照预设控制算法得到状态运算信号调整电容充电器200的工作状态。
在一些实施例中，若电池处于获取低电量状态，若控制单元110获取的是电容充电器200的输出功率，则可以设置第二控制值为第二输出功率参考值；若控制单元110获取的是电容充电器200的输入电压，则可以设置第二控制值为第二输入电压参考值；若控制单元110获取的是电容充电器200的输入电流，则可以设置第二控制值为第二输入电流参考值；进而控制单元110可以根据相应的电路参数信息与相应的参考值做差值，根据差值结果并按照预设控制算法得到状态运算信号调整电容充电器200的工作状态。
在一些实施例中，若电池处于获取正常状态，若控制单元110获取的是电容充电器200的输出功率，则可以设置第三控制值为第三输出功率参考值；若控制单元110获取的是电容充电器200的输入电压，则可以设置第三控制值为第三输入电压参考值；若控制单元110获取的是电容充电器200的输入电流，则可以设置第三控制值为第三输入电流参考值；进而控制单元110可以根据相应的电路参数信息与相应的参考值做差值，根据差值结果并按照预设控制算法得到状态运算信号调整电容充电器200的工作状态。
通过采用上述实施例自适应供电方法能够根据电池100的不同工况，自适应选择不同的电容充电器200的充电策略，从而可以保证高压发生装置10以最优的状态运行，提高运行的可靠性，进而提升X射线机的稳定性。
进一步的，请参见图5，在一个实施例中，获取的电路参数信息为电容充电器200的输出功率。此时第一控制值C1可以设置为第一输出功率参考值P10；第二控制值C2可以设置为第二输出功率参考值P20；第三控制值C3可以设置为第三输出功率参考值P30。即控制单元110将电容充电器200的输出功率与相应工况下选择的控制参考值做差值。根据差值结果并按照预设控制算法得到状态运算信号调整电容充电器200的输出功率。其中，控制单元110可通过输出电流采样201和输出电压采样202获取电容充电器200的当前输出电流和当前输出电压，并将二者相乘即可得到当前输出功率。在一个实施例中，输出电流采样201可以是电流传感器；输出电压采样202可以是电压传感器或电阻采样电路等，本案不以此为限。在一个实施例中，预设控制算法可以是PID算法，预设控制算法也可以是其它控制算法，具体可根据实际需求进行选择。
具体的，例如，若电池100出现故障，控制单元110可将输出功率与第一输出功率参考值P10做差值。同时控制单元110可基于差值结果按照预设控制算法得到状态运算信号，并根据状态运算信号调整电容充电器200的输出功率。其中，第一输出功率参考值P10可依据电池充电器300的额定输出功率进行设置。
同样的，若电池100的剩余电量过低，控制单元110将输出功率与第二输出功率参考值P20做差值。同时控制单元110可基于差值结果按照预设控制算法得到状态运算信号，并根据状态运算信号调整电容充电器200的输出功率。其中，第二输出功率参考值P20可依据电池充电器300的额定输出功率进行设置。
其中，以电池充电器300的额定输出功率P0o(max)为参考，可以在额定输出功率P0o(max)的基础上减去一个较小量εp来设定第一输出功率参考值P10和第二输出功率参考值P20。例如可以表示为：
C1＝C2＝P10＝P20＝P0o(max)-εp
例如，若额定输出电流P0o(max)＝1kW，第一输出功率参考值P10和第二输出功率参考值P20可以设置在900W左右。需要说明的是，第二输出功率参考值和第三输出功率参考值可以根据实际情况进行设定，不以此为限，并且两者可以相等也可以不相等。
若电池100的剩余电量正常，即此时高压发生装置10运行正常，此时控制单元110可将当前输出功率与第三输出功率参考值P30做差值，同时控制单元110可按照预设控制算法基于差值结果得到状态运算信号，并根据状态运算信号调整电容充电器200的输出功率。其中，第三输出功率参考值P30可依据电容充电器200的输出功率上限值设置。以电路设计的最大功率P1o(max)为参考，第三输出功率参考值可以设置为该电路的最大功率P1o(max)，例如可以表示为：
C3＝P30＝P1o(max)
需要说明的是，第三输出功率参考值P30可以根据实际情况进行设置，本案不以此为限。
控制单元110根据电池100的不同工况，分别设置不同的控制值，例如第一输出功率参考值、第二输出功率参考值、第三输出功率参考值，相应调整电容充电器200的输出功率，自适应调整不同工况下电容充电器200的充电策略，从而提高高压发生装置10运行的可靠性。
请参见图6，在一个实施例中，获取的电路参数信息为电容充电器200的输入电压VBbus。此时第一控制值C1可以设置为第一输入电压参考值U10。第二控制值C2可以设置为第二输入电压参考值U20。第三控制值C3可以设置为第三输入电压参考值U30。即控制单元110将电容充电器200的输入电压与相应工况下选择的输入电压参考值做差值。根据差值结果并按照预设控制算法得到状态运算信号调整电容充电器200的输入电压。此时，其中，控制单元110可通过输入电压采样203获取电容充电器200的输入电压，即也可以说是电池电压VBbus。在一个实施例中，输入电压采样203可以是电压传感器或者电阻分压电路等。通过控制输入电压，最终实现对电容充电器输出功率的调整，实现输入功率与输出功率的匹配。
具体的，若电池100出现故障，控制单元110可将输入电压与第一输入电压参考值U10做差值。同时控制单元110可基于差值结果按照预设控制算法得到状态运算信号，并根据状态运算信号调整电容充电器200的输入电压。其中，第一输入电压参考值U10可依据电池100的最高电压设置。通过设置第一输入电压参考值，可以使得电池100因故障从电池母线102中脱开后，电池母线102电压还能被维持在一个较高值，以保证电路的传输功率处于一个较高的水平。
其中，以电池100的最高电压UB(max)为参考，在最高电压UB(max)的基础上减去一个较小量εUmax来设定第一输入电压参考值U10。例如可以表示为：
C1＝U10＝UB(max)-εUmax
例如，电池100的最高电压UB(max)为52V，则第一输入电压参考值可设置为50V。第一输入电压参考值的具体数值可以根据实际情况进行设定，本案不以此为限。
在电池100出现低电量状况时，此时控制单元110选择第二输入电压参考值U20，并将输入电压与第二输入电压参考值U20做差值。控制单元110按照预设控制算法基于差值结果得到状态运算信号，进一步可根据状态运算信号调整电容充电器200的输入电压。其中，第二输入电压参考值同样可依据电池100的最低电压设置。通过设置第二输入电压参考值其能够实现自动调节变换输出功率，保证电池100不会出现大电流过度放电的情况。
若电池100的剩余电量正常，即此时控制单元110可将当前输入电压与第三输入电压参考值U30做差值。并且控制单元110可按照预设控制算法基于差值结果得到状态运算信号，并根据状态运算信号调整电容充电器200的输入电压。其中，第三输入电压参考值U30可以依据电池100的最低电压设置。当高压发生装置10运行正常时，通过设置第三输入电压参考值U30，能够保证对后级***稳定供电。
其中，以电池100的最低电压UB(min)为参考，可以在最低电压UB(min)的基础上加上一个较小量εUmin来设定第二输入电压参考值U20和第三输入电压参考值U30。例如可以表示为：
C2＝C3＝U20＝U30＝UB(min)+εUmin
例如，若电池100的最低电压UB(min)为40V，则可设置第二输入电压参考值和第三输入电压参考值为42V。需要说明的是，第二输入电压参考值和第三输入电压参考值可以根据实际情况进行设定，不以此为限，两者可以相等也可以不相等。
根据电池100的不同工况，控制单元110控制电容充电器200的输入电压，从而调整电容充电器200的输出功率，进而实现自适应不同的电容充电器200的充电策略，提高高压发生装置10运行的可靠性。
请参见图7，在一个实施例中，获取电容充电器200的电路参数信息为电容充电器200的输入电流I1i。此时第一控制值C1可以设置为第一输入电流参考值I10。第二控制值C2可以设置为第二输入电流参考值I20。第三控制值C3可以设置为第三输入电流参考值I30。即控制单元110将电容充电器200的输入电流与相应工况下选择的输入电流参考值做差值，根据差值结果并按照预设控制算法得到状态运算信号调整电容充电器200的输入电流。其中，控制单元110可通过输入电流采样204获取电容充电器200的输入电流I1i。在一个实施例中，输入电流采样204可以是电流传感器等。
具体的，例如，当电池100出现故障，控制单元110将输入电流与第一输入电流参考值I10做差值。进而控制单元110基于差值结果按照预设控制算法得到状态运算信号，并根据状态运算信号调整电容充电器200的输入电流。其中，可依据电池充电器300的额定输出电流设置第一输入电流参考值I10。电池100出现故障，电池100从电池母线102上脱开时，通过第一输入电流参考值I10能够保证电池母线102上的电压始终由电池充电器300所控制。
当电池100出现低电量情况，控制单元110可将输入电流与第二输入电流参考值I20做差。控制单元110基于差值结果按照预设控制算法得到状态运算信号，并根据状态运算信号调整电容充电器200的输入电流。其中，可依据电池充电器300的额定输出电流设置第二输入电流参考值I20。采用上述逻辑能够保证电池母线102上流出的电流小于最大流入电流(即电池充电器300的输入电流)，在电池100处于低电量的情况下，能够保证电池100始终处于充电状态。
在一些实施例中，可依据电池充电器300的额定输出电流设置第一输入电流参考值I10和第二输入电流参考值I20。其中，以电池充电器300的额定输出电流I0o(max)为参考，在额定输出电流I0o(max)的基础上减去一个较小量εI来设定第一输入电流参考值I10和第二输入电流参考值I20。例如可以表示为：
C1＝C2＝I10＝I20＝I0o(max)-εI
例如，若额定输出电流I0o(max)＝10A，第一输入电流参考值I10和第二输入电流参考值I20可以设置在8A左右。需要说明的是，第二输入电流参考值和第三输入电流参考值可以根据实际情况进行设定，不以此为限，并且两者可以相等也可以不相等。
当电池100电量正常时，即此时可以保证高压发生装置10的正常运行，控制单元110可将输入电流与第三输入电流参考值I30做差值。控制单元110可按照预设控制算法基于差值结果得到状态运算信号，并根据状态运算信号调整电容充电器200的输入电流。其中，可依据电容充电器200的额定输入电流设置第三输入电流参考值I30。例如可以设置第三输入电流参考值I30在电容充电器的额定输入电流I1i(max)之上或者不做限制，例如可以表示为：C3＝I30≥I1i(max)。通过设置第三输入电流参考值I30以保证电池充电器能够以最大功率进行工作。
需要说明的是，图5、图6、图7实施例中将第一控制值、第二控制值以及第三控制值的设定都是同一个控制量，本案不以此为限。在一些实施例中，还可以将第一控制值C1、第二控制值C2以及第三控制值C3的设定根据不同的控制量，例如可以将第一控制值C1可以设置为第一输出功率参考值P10，第二控制值C2可以设置为第二输入电压参考值U20；第三控制值可以设置为第三输入电流参考值I30。
也就是说，可根据电池100的不同工况，控制单元110控制电容充电器200的输入电流，从而调整电容充电器200的输出功率，进而实现不同的状态下电容充电器200的充电策略，提高高压发生装置10运行的可靠性。
具体的，如图8所示，t0之前电池处于状态III(正常状态)。t0时刻控制单元110检测到电池100电量过低或者欠压，此时将电池100从状态I切换至状态II(低电量状态)。上述三种(输出功率、输入电压以及输入电流)采用第二控制值的控制逻辑均可以使电容充电器200的输入电流下降，并稳定电池充电器300的输入电流在额定输出电流I0o(max)下。当输入电流稳定后，有较少的能量流入电池100，此时电池100电量可以缓慢从状态II(低电量状态)恢复直至转入状态III(正常状态)。
例如t1时刻控制单元110确定电池100发生故障，也即电池100从状态III(正常状态)切换至状态I(故障状态)的时刻。由于电池母线102中缺少电池100做电压支撑，上述三种(输出功率、输入电压以及输入电流)采用第一控制值的控制逻辑均可以使电容充电器200的输入电压下降，输出功率下降，并在t2时刻之后使得输入电流稳定且小于电池充电器300的额定输出电流I0o(max)。此后***电压回升，最终稳定在低电压参考值(输入电压控制)或者电池最高电压(输入电流控制或者输出功率控制)附近。
在一个实施例中，控制单元110可以通过电池管理***获取电池100的故障和电量信息等。在另一些实施例中，控制单元110可通过电压采集电路(如电压传感器、电阻采样电路等)获取电容充电器200当前采样周期采样得到的输入电压UB以及上一采样周期采样得到的输入电压UB ’。将两个相邻采样周期采样得到的输入电压进行做差并取绝对值，得到差值结果|△UB|。将差值结果|△UB|与预设变化参考值△UBref进行比较，若|△UB|>△UBref，则确定电池母线102的电压变化过大，即电池100处于故障工况。将电池从母线102脱开，并且确定电池100出现故障后，选择第一控制值C1。若差值结果小于或等于预设变化参考值，则确定电池100未出现故障。其中，电容充电器200的输入电压及是电池的端电压。
进一步的，若|△UB|≤△UBref，确认电池没有出现故障后，则将当前采样周期采样得到的输入电压UB与预设电压参考值Uup进行比较。若当前采样周期采样得到的输入电压UB小于预设电压参考值Uup，即UB<Uup，则确定电池100的电量过低，此时选择第二控制值C2。若当前采样周期采样得到的输入电压大于或等于预设电压参考值，即UB≥Uup，则确定电池100的电量正常，此时选择第三控制值C3。在一个实施例中，预设电压参考值可以是电池100额定电压的10％。在一个实施例中，一个采样周期的时间可根据实际需求进行设定，例如可以为100μs。
在一个实施例中，还可通过输出电流采样201和输出电压采样202获取电容充电器200的输出电流和输出电压。在一个实施例中，输出电流采样201可以是电流传感器。输出电压采样202可以是电压传感器或电阻采样电路等。
进一步的，图9为一实施例的完整的电容充电器的控制框图，如图9所示，在一个实施例中，控制单元110将电容充电器200的输出电压与输出电压基准进行比较，产生输出电压运算信号。控制单元110将输出电压运算信号作为输出电流基准与电容充电器200的输出电流进行比较，产生输出电流运算信号；同时可将输出电流运算信号与状态运算信号(输出功率环的输出)竞争输出。其中，该图中以输出功率作为示意，即根据电池状态，装载不同的输出功率参考值进行控制；在其他实施例中，还可以选择输入电压或者输入电流进行控制。
图10为另一实施例的完整的电容充电器的控制框图，如图10所示，控制单元110可将状态运算信号(输入电压环的输出)作为输出电流基准与电容充电器200的输出电流进行比较，并产生输出电流运算信号。同时可通过控制单元110将电容充电器200的输出电压与输出电压基准进行比较，并产生输出电压运算信号。再将输出电压运算信号与输出电流运算信号竞争输出。即输出电压运算信号与输出电流运算信号之间，信号强的输出。其中，该图中以输入电压作为示意，即根据电池状态，装载不同的输入电压参考值进行控制；在其他实施例中，还可以选择输入功率或者输入电流进行控制。
本申请采用上述实施例的自适应供电方法步骤能够根据电池100的不同工况，自适应控制电容充电器200采用不同的充电策略，从而可以保证高压发生装置10以最优的状态运行，提高运行的可靠性，进而提升X射线机的稳定性。
进一步的，在一些实施例中，控制单元110包括***控制器和电容充电控制器。其中，***控制器与电池100电连接。***控制器通过电池管理***获取电池100的运行信息。电池的运行信息包括：故障信息、电池电压、电池电流和SOC(State of Charge，荷电状态)信息等等。并且***控制器根据电池100的运行信息判断电池处于故障状态、低电量状态或者正常状态。电容充电控制器与电容充电器200电连接，并且与***控制器之间通讯交换信息。电容充电控制器用于采样电容充电器200的电路参数信息，并根据电池的状态进行相应的运算进而控制电容充电器。例如，电容充电控制器用于采样述电容充电器200的输出功率、输入电压或者输入电流等等。
进一步的，***控制器和电容充电控制器之间通信连接，相互交换信息，彼此协调工作。其中，***控制器与电池管理***直接通讯，获取电池信息全面，可获得判断所需要的全部信息，例如电池电压、电流、SOC、故障状态。但是一般通信间隔时间长，并且通讯存在较长的延时，使得信息更新速度慢。在实际中，电池故障可能会发生在电池与***控制器通信之前，电池母线102电压就会因功率失衡而跌落，导致***宕机，或者是触发较为严重的保护，会严重影响到***稳定性以及使用体验。因此，可以通过电容充电控制器对电池的状态加以补充判断。因为电池剩余容量与电池母线102的电压在一定程度上呈正相关，电容充电控制器可以从电池母线102采样获得电池端电压。通过比较电池母线电压变化率是否过大或者设定电压阈值判断电池SOC是否过低进一步判断电池的状态。但是单纯采样电压进行判断的方式精准度较差且电池母线电压容易受实时的电流影响，故精准度较差，容易造成误判。因此，电容充电控制器与***控制器需要制定合适的协同工作机制扬长避短。
以控制单元110包括***控制器和电容充电控制器为例，关于上述三种状态切换的状态图如图11所示。按各状态间的转换过程，可分为以下几种情况：
①电池正常状态—>电池故障状态：***控制器检测到电池处于故障状态，则直接将程序切换到电池故障状态。同时***控制器下达指令给电容充电控制器，令电容充电控制器同步进入故障状态，使电容充电控制器调整控制值至第一控制值。
在一些实施例中，电容充电控制器实时检测电池母线102电压的变化率，如果变化率偏大，则切换为故障状态，控制值由第三控制值调整为第一控制值。在此之后，将故障状态的信号上报(这一信号可以只用一个0/1信号反馈而不需要复杂的通信协议)给***控制器。***控制器在接收到故障状态的上报后，会在下一次与电池通信时，二次确认电池的故障状态。若电池的确进入了故障状态，则将程序状态切换到电池故障状态。否则，保持程序状态为电池正常状态，同时，下达指令到电容充电控制器，令其控制值恢复为第三控制值。
②电池故障状态—>电池正常状态：***控制器周期性地与电池通信，当检测到电池状态为非故障状态(正常或低电量)后，将程序状态切换到电池正常状态。同时，将切换指令(这一指令可以值用一个0/1信号发送而不需要复杂的通信协议)下发给电容充电控制器。电容充电控制器在接收到指令信号后，切换为正常状态，将控制值由第一控制值调整为第三控制值。
③电池正常状态—>电池低电量状态：***控制器周期性地与电池通信，当检测到电池SOC小于预设的低电量阈值后，将程序状态切换到电池低电量状态。同时，将切换指令(这一指令可以值用一个0/1信号发送而不需要复杂的通信协议)下发给电容充电控制器。电容充电控制器在接收到指令信号后，切换为低电量状态，将控制值由第三控制值调整为第二控制值。
④电池低电量状态—>电池正常状态：***控制器周期性地与电池通信，当检测到电池SOC大于预设的解除低电量阈值(略大于低电量阈值)后，将程序状态切换到电池正常状态。同时，将切换指令(这一指令可以值用一个0/1信号发送而不需要复杂的通信协议)下发给电容充电控制器。电容充电控制器在接收到指令信号后，切换为正常状态，控制值由第二控制值调整为第三控制值。
⑤电池低电量状态—>电池故障状态：***控制器周期性地与电池通信，当检测到电池进入故障状态后，将程序状态切换到电池故障状态。同时，将切换指令(这一指令可以值用一个0/1信号发送而不需要复杂的通信协议)下发给电容充电控制器。电容充电控制器在接收到指令信号后，切换为故障状态，控制值由第二控制值调整为第一控制值。
⑥电池正常状态—>电池正常状态：***控制器通信获取电池状态为正常时，保持电池正常状态。
⑦电池故障状态—>电池故障状态：***控制器通信获取电池状态为故障(包括无法与电池进行通信)时，保持电池故障状态。
⑧电池低电量状态—>电池低电量状态：***控制器通信获取的SOC不大于预设的解除低电量阈值时，保持电池低电量状态。
最后，电池故障状态—>电池低电量状态，这个变化过程在实际使用中，没有直接跳转可能。这个变化过程是通过②+③间接实现：在一次通信中，***控制器获得了电池正常信息以及低电量信息，在状态转换过程中，先转换为正常状态，再转为低电量状态，最后，以低电量状态为准，下达指令给电容充电器200，令其控制值由第一控制值调整为第二控制值。
需要说明的是，在一些实施例中，可能会根据电池信息只将电池分为两种工作状态，例如判断电池是否正常或者是否故障。即有些情况下可以不考虑或者不单独考虑电池的低电量状态，此时只需要根据电池是否故障或者电池是否正常选择第一控制值和第三控制值，因此可能只需要执行判断①和②即可，本案不以此为限。
需要说明的是，在一些实施例中，电容充电控制器可以通过与***控制器通讯获悉电池所处的状态，选择相应的控制值，并且根据电路参数信息与相应的控制值进行运算调整电容充电器的工作状态。在另一些实施例中，***控制器也根据电池所处的状态选择相应的控制值，并将相应的控制值通过通讯的方式发送给电容充电控制器，电容充电控制器根据接收的控制值以及电路参数信息进行运算信号调整电容充电器的工作状态。
综上所述，不管高压发生装置是在连网或者离网的状态下，采用本申请的自适应供电方法都能够根据电池100的不同工况，自适应控制电容充电器200采用不同的充电策略，从而可以保证高压发生装置10以最优的状态运行，提高运行的可靠性，进而提升X射线机的稳定性。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (21)

1.一种移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，包括：
获取电池的运行信息，确定所述电池所处的状态；
若确定所述电池处于故障状态，选择第一控制值；
若确定所述电池未出现故障，则判断所述电池的剩余电量是否小于低电量阈值，若小于则确定所述电池处于低电量状态，选择第二控制值，若不小于则确定所述电池处于正常状态，选择第三控制值；
获取电容充电器的电路参数信息，并基于所述电路参数信息以及所述第一控制值或所述第二控制值或所述第三控制值调整所述电容充电器的工作状态。
2.如权利要求1所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，所述电路参数信息包括电容充电器的输入功率、输出功率、输入电压、输入电流以及输出电流。
3.如权利要求2所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，若电池处于获取故障状态，设置第一控制值为第一输出功率参考值、第一输入电压参考值或者第一输入电流参考值，并将所述电路参数信息与相应的参考值做差值，根据差值结果并按照预设控制算法得到状态运算信号调整所述电容充电器的工作状态。
4.如权利要求3所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，依据电池充电器的额定输出功率设置所述第一输出功率参考值；依据所述电池的最高电压设置所述第一输入电压参考值；依据电池充电器的额定输出电流设置所述第一输入电流参考值。
5.如权利要求2所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，若电池处于获取低电量状态，设置第二控制值为第二输出功率参考值、第二输入电压参考值或者第二输入电流参考值，并将所述电路参数信息与相应的参考值做差值，根据差值结果并按照预设控制算法得到状态运算信号调整所述电容充电器的工作状态。
6.如权利要求5所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，依据电池充电器的额定输出功率设置所述第二输出功率参考值；依据所述电池的最低电压设置所述第二输入电压参考值；依据电池充电器的额定输出电流设置所述第二输入电流参考值。
7.如权利要求2所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，若电池处于获取正常状态，设置第三控制值为第三输出功率参考值、第三输入电压参考值或者第三输入电流参考值，并将所述电路参数信息与相应的参考值做差值，根据差值结果并按照预设控制算法得到状态运算信号调整所述电容充电器的工作状态。
8.如权利要求7所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，依据所述电容充电器的输出功率上限值设置所述第三输出功率参考值；依据所述电池的最低电压设置所述第三输入电压参考值；依据所述电容充电器的额定输入电流设置所述第三输入电流参考值。
9.如权利要求1所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，所述获取电池的运行信息是指：通过电池管理***获取所述电池的运行信息；所述电池的运行信息包括故障信息、电池电压、电池电流、SOC信息。
10.如权利要求1所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，所述获取电池的运行信息，确定所述电池所处的状态的步骤包括：
获取所述电容充电器在当前采样周期采样得到的输入电压以及上一采样周期采样得到的输入电压；
将两个相邻采样周期采样得到的所述输入电压进行做差得到差值结果；
若所述差值结果的绝对值大于一预设变化参考值，则确定所述电池处于故障状态，选择所述第一控制值；
若所述差值结果的绝对值小于或等于所述预设变化参考值，则确定所述电池未出现故障，则将所述当前采样周期采样得到的输入电压与预设电压参考值进行比较，若所述当前采样周期采样得到的输入电压小于所述预设电压参考值，则确定所述电池处于低电量状态，选择所述第二控制值；
若所述当前采样周期采样得到的输入电压大于或等于所述预设电压参考值，则确定所述电池处于正常状态，选择所述第三控制值。
11.如权利要求3、5、7所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，还包括：
采样所述电容充电器的输出电压和输出电流；
将所述电容充电器的输出电压与输出电压基准进行比较，产生输出电压运算信号；
将所述输出电压运算信号作为输出电流基准与所述电容充电器的输出电流进行比较，产生输出电流运算信号并与所述状态运算信号竞争输出。
12.如权利要求3、5、7所述的移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，还包括：
采样所述电容充电器的输出电压和输出电流；
将所述状态运算信号作为输出电流基准与所述电容充电器的输出电流进行比较，产生输出电流运算信号；
将所述电容充电器的输出电压与输出电压基准进行比较，产生输出电压运算信号并与所述输出电流运算信号竞争输出。
13.一种移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，包括：
获取电池的运行信息；确定所述电池是否故障，若故障，选择第一控制值；若确定所述电池未出现故障，则选择第三控制值；
获取电容充电器的电路参数信息，并基于所述电路参数信息以及所述第一控制值或所述第三控制值调整所述电容充电器的工作状态。
14.一种移动式X射线机的自适应供电方法，其特征在于，包括：
获取电池的运行信息；确定所述电池是否正常，若正常，选择第三控制值；若不正常，则选择第一控制值；
获取电容充电器的电路参数信息，并基于所述电路参数信息以及所述第一控制值或所述第三控制值调整所述电容充电器的工作状态。
15.一种高压发生装置，其特征在于，包括：
电池充电器，所述电池充电模块的输入端用于电连接电网；
电池，所述电池充电器的输出端与所述电池电连接；
电容充电器，所述电容充电器的输入端与所述电池电连接；
储能电容，所述电容充电器的输出端与所述储能电容电连接；
高压变换电路，电连接于所述储能电容与X射线产生单元之间，为所述X射线产生单元供电；以及
控制单元，电连接于所述电池和所述电容充电器，用于执行如权利要求1-9任一项所述的高压发生装置的自适应供电方法。
16.如权利要求15所述的高压发生装置，其特征在于，所述控制单元包含***控制器和电容充电控制器，所述***控制器与所述电池电连接，所述电容充电控制器与所述电容充电器电连接，所述***控制器和所述电容充电控制器之间通信连接。
17.如权利要求16所述的高压发生装置，其特征在于，所述***控制器通过电池管理***获取所述电池的运行信息，并根据所述电池的运行信息判断电池处于故障状态、低电量状态或者正常状态，所述运行信息包括：故障信息、电池电压、电池电流和SOC信息。
18.如权利要求17所述的高压发生装置，其特征在于，所述电容充电控制器通过与所述***控制器通讯获悉所述电池所处的状态，选择相应的控制值，并且根据电路参数信息与相应的控制值做差值，并按照预设控制算法得到状态运算信号调整所述电容充电器的工作状态。
19.如权利要求17所述的高压发生装置，其特征在于，所述***控制器根据所述电池所处的状态选择相应的控制值，并将所述控制值通过通讯发送给所述电容充电控制器，所述电容充电控制器根据电路参数信息与相应的控制值做差值，并按照预设控制算法得到状态运算信号调整所述电容充电器的工作状态。
20.如权利要求18或19所述的高压发生装置，其特征在于，所述电容充电控制器采样所述电容充电器的输入电压，当检测到输入电压的变化率大于预设变化参考值时，所述电容充电控制器选择第一控制值进行运算，并且上报故障信息给所述***控制器。
21.如权利要求20所述的高压发生装置，其特征在于，所述***控制器根据所述电容充电控制器发送的故障信息以及所述电池的运行信息二次判断所述电池所处的状态，并将电池状态信息或者相应的控制值发送给所述电容充电控制器。
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