一种直流电量计算设备及方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种直流电量计算设备及方法。

背景技术

蓄电池是一种可以实现化学能转换为电能的能量存储装置，随着新型蓄电池技术的发展，蓄电池已应用于各行各业。目前我国地铁隧道施工均采用盾构机挖掘，挖掘的过程中产生的渣土是通过隧道水平运输电机车运输至井口，管片及砂浆等施工材料是通过隧道水平运输电机车从井口运输至隧道内部。蓄电池系统为隧道水平运输电机车提供电能，驱动隧道水平运输电机车行走。

由于蓄电池系统电压较高、输出电流范围宽，电流的采集及电量计算难度较高。目前现有技术采用霍尔传感器采集电流，霍尔传感器将电流信号通过磁感应技术转换成电压信号，通过导线传递给采集模块，由于霍尔传感器采样精度有限，模拟信号经过导线传递容易受到干扰，导致电流采集精度有限，蓄电池系统电量计算偏差较大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种直流电量计算设备及方法，可以解决现有技术中的电流采集精度有限，蓄电池系统电量计算偏差较大的问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种直流电量计算设备，所述设备包括：电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元及电源处理单元；其中，所述电压检测单元输出端与所述数据处理单元输入端电连接、所述数据处理单元的输出端与所述高压隔离单元高压侧输入端电连接，所述电源处理单元的输出端与所述高压隔离单元低压侧输入端电连接，且所述电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元及电源处理单元集成于一体形成所述设备，所述设备与高压蓄电池组串联；

所述高压蓄电池组用于存储能量，且为所述直流电量计算设备的计算目标；

所述电压检测单元用于检测所述高压蓄电池组两端的电流对应的微弱电压信号；

所述数据处理单元用于对所述微弱电压信号进行信号变换，以得到所述高压蓄电池组的目标数字信号及所述目标数字信号对应的目标电量，并将所述目标电量传输至所述高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元，所述目标数字信号为所述微弱电压信号对应的数字信号；

所述高压隔离单元用于对高压侧与低压侧进行隔离保护，所述高压侧为所述高压蓄电池组所在的所述高压隔离单元的一侧，低压侧为相对所述高压侧的另一侧；

所述电源处理单元用于将外部电源输入的电压进行稳压处理，并对所述设备进行稳定供电。

第二方面提供一种直流电量计算方法，所述方法应用于如权利要求1-6任一项所述直流电量计算设备，所述方法包括：

获取电压检测单元检测到的微弱电压信号；

对所述微弱电压信号进行信号变换，得到目标数字信号，所述目标数字信号为所述微弱电压信号对应的数字信号；

根据所述目标数字信号及预设的电量算法，得到高压蓄电池组的目标电量；

将所述目标电量传输至所述高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元。

采用本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明提供一种直流电量计算设备，设备包括：电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元及电源处理单元；其中，所述电压检测单元输出端与所述数据处理单元输入端电连接、所述数据处理单元的输出端与所述高压隔离单元高压侧输入端电连接，所述电源处理单元的输出端与所述高压隔离单元低压侧输入端电连接，且所述电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元及电源处理单元集成于一体形成所述直流电量计算设备，所述直流电量计算设备与高压蓄电池组串联。通过将电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元及电源处理单元集成于一体形成的直流电量计算设备，电连接于高压蓄电池组，利用数据处理单元将电压检测单元产生的微弱电压信号处理成目标数字信号，并采用电流积分完成高压蓄电池组的目标电量计算，进而将目标电量发送至高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元，实现了高速、高精度的电流采集及电量计算功能，使得蓄电池组管理系统的主控单元可以及时掌握高压蓄电池组的电量状态；并且高压隔离单元将高压侧与低压安全侧的进行隔离，其耐压值可以达到AC5000Vrms，进一步保证设备安全及人员安全，可以实现一种低成本、高稳定且易于使用的直流电量计算设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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。

其中：

图1为本发明实施例中一种直流电量计算设备的应用环境示意图；

图2为本发明实施例中一种直流电量计算方法的流程示意图；

图3为本发明实施例中一种直流电量计算设备的另一应用环境示意图；

图4为本发明实施例中一种直流电量计算方法的另一流程示意图；

图5为本发明实施例中一种预设温度与阻值线性拟合函数的函数曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例中一种直流电量计算设备的应用环境结构框图，如图1所示直流电量计算设备100包括：电压检测单元102、数据处理单元103、高压隔离单元104及电源处理单元105；其中，电压检测单元102输出端与数据处理单元103输入端电连接、数据处理单元103的输出端与高压隔离单元104高压侧输入端电连接，电源处理单元105的输出端与高压隔离单元104低压侧输入端电连接，且电压检测单元102、数据处理单元103、高压隔离单元104及电源处理单元105集成于一体形成直流电量计算设备100，直流电量计算设备100与高压蓄电池组101串联。

需要说明的是，高压蓄电池组101用于存储能量，且为直流电量计算设备100的计算目标，高压蓄电池组101是由一个或者一个以上蓄电池包及相应附件构成的能量存储装置，其中，相应附件包括不限于蓄电池组管理系统、高压电路、低压电路、热管理系统及机械总成等，利用直流电量计算设备100对高压蓄电池组101进行目标电量计算，以良好掌控高压蓄电池组101的电量情况。

其中，蓄电池组管理系统用于监视蓄电池的电量、总电压、单体电压、总电流、温度、绝缘电阻、荷电状态、功率状态等状态信息，并为蓄电池提供通信、安全、电芯均衡及管理控制，并提供与应用设备通信接口的系统。

电压检测单元102用于检测高压蓄电池组101两端的电流对应的微弱电压信号。

需要说明的是，电压检测单元102包括但不限于分流器等电流传感器，直流电量计算设备100与高压蓄电池组101串联，当高压蓄电池组101内电流变化，则会导致电压检测单元102内部电流同时发生变化进而产生电压，根据欧姆定律可以得到微弱电压信号。

示例性的，分流器的电阻的阻值为100μΩ，采样精度为0.01A，因此，对应电压就是1μV，使得分流器检测高压蓄电池组101两端的电流对应微弱电压信号。

数据处理单元103用于对微弱电压信号进行信号变换，以得到高压蓄电池组101的目标数字信号及目标数字信号对应的目标电量，并将目标电量传输至高压蓄电池组101的蓄电池组管理系统的主控单元，目标数字信号为微弱电压信号对应的数字信号。

在一种可行实现方式中，信号变换包括但不限于信号采集、信号滤波、模数转换以及电量计算等信号转换方式。

可以理解的是，得到目标电量后，可以将目标电量信号传输至高压蓄电池组101的蓄电池组管理系统的主控单元，以使得对所述高压蓄电池组101的性能及工作参数进行有效实时的管理。

高压隔离单元104用于对高压侧与低压侧进行隔离保护，高压侧为高压蓄电池组101所在的高压隔离单元104的一侧，低压侧为相对高压侧的另一侧。

需要说明的是，高压蓄电池组的电压范围高达400～750V，电流输出的电流范围高达±800A。由于蓄电池系统电压较高、输出电流范围宽，蓄电池系统总电压高达750V，对操作人员及低压设备都有危害，因此，设置高压隔离单元104使高压危险测与低压安全测的之间实现隔离保护，确保用电安全。

示例性的，高压隔离单元104包括但不限于采用电磁隔离的方法进行隔离保护，其中，可以实现绝缘电阻大于20MΩ且漏电流小于2mA，以保护人员及设备的安全。

电源处理单元105用于将外部电源输入的电压进行稳压处理，并对直流电量计算设备100进行稳定供电。

示例性的，外部电源采用32V宽电压，利用电源处理单元105将输入的宽电压降压至稳定5V对直流计算设备进行供电，确保用电安全及稳定。

本发明提供一种直流电量计算设备，设备包括：电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元及电源处理单元；其中，所述电压检测单元输出端与所述数据处理单元输入端电连接、所述数据处理单元的输出端与所述高压隔离单元高压侧输入端电连接，所述电源处理单元的输出端与所述高压隔离单元低压侧输入端电连接，且所述电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元及电源处理单元集成于一体形成所述直流电量计算设备，所述直流电量计算设备与高压蓄电池组串联。通过将电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元及电源处理单元集成于一体形成的直流电量计算设备，电连接于高压蓄电池组，利用数据处理单元将电压检测单元产生的微弱电压信号处理成目标数字信号，并采用电流积分完成高压蓄电池组的目标电量计算，进而将目标电量发送至高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元，实现了高速、高精度的电流采集及电量计算功能，使得蓄电池组管理系统的主控单元可以及时掌握高压蓄电池组的电量状态；并且高压隔离单元将高压侧与低压安全侧的进行隔离，其耐压值可以达到AC5000Vrms，进一步保证直流电量计算设备安全及人员安全，可以实现一种低成本、高稳定且易于使用的直流电量计算设备。

请参阅图2，图2为本发明实施例中一种直流电量计算方法，图2所示方法应用于如图1所示的直流电量计算设备，方法包括：

201、获取电压检测单元检测到的微弱电压信号；

其中，微弱电压信号为高压蓄电池组101两端的电流对应的微弱电压信号。

可以理解的是，电压检测单元102与高压蓄电池组101串联，高压蓄电池组101内电流变化，则会导致电压检测单元102内部电流同时发生变化，根据欧姆定律可以将电流转换为微弱电压信号。

202、对所述微弱电压信号进行信号变换，得到目标数字信号，所述目标数字信号为所述微弱电压信号对应的数字信号；

需要说明的是，信号变换包括但不限于信号采集、信号滤波、模数转换以及电量计算等信号转换方式。

203、根据所述目标数字信号及预设的电量算法，得到高压蓄电池组的目标电量；

在一种可行实现方式中，预设的电量算法可以为利用欧姆定律求解目标数字信号对应的目标电流，再对目标电流进行与电流对应的时间进行电流积分计算，从而求解到高压蓄电池组的目标电量。

204、将所述目标电量传输至所述高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元。

在一种可行实现方式中，将积分得到的目标电量传输至高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元，用于指示高压蓄电池组的工作状态，以使主控单元可根据指示对高压蓄电池组进行管理。

本发明提供一种直流电量计算方法，方法应用于直流电量计算设备，方法包括：获取电压检测单元检测到的微弱电压信号；对所述微弱电压信号进行信号变换，得到目标数字信号，所述目标数字信号为所述微弱电压信号对应的数字信号；根据所述目标数字信号及预设的电量算法，得到高压蓄电池组的目标电量；将所述目标电量传输至所述高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元。通过将电压检测单元产生的微弱电压信号处理成目标数字信号，并采用预设的电量算法完成高压蓄电池组的目标电量计算，进而将目标电量发送至高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元，实现了高速、高精度的电流采集及电量计算功能，使得蓄电池组管理系统的主控单元可以及时掌握高压蓄电池组的电量状态。

示例性的，在本发明实施例中的一种直流电量计算设备以适用于盾构机挖掘系统中的高压蓄电池组为例进行说明，盾构机挖掘系统常用于隧道挖掘，例如地下交通、地下商场等地下施工。盾构机挖掘系统还包括有隧道水平运输电机车，隧道水平运输电机车的作用在于管片及砂浆等施工材料从井口运输至隧道内部。而蓄电池系统则为隧道水平运输电机车提供电能，驱动隧道水平运输电机车行走。

请继续参阅图3，图3为本发明实施例中一种直流电量计算设备的另一应用环境示意图，如图3所示直流电量计算设备300包括：电压检测单元302、数据处理单元303、高压隔离单元304、电源处理单元305及通讯单元306；其中，所述电压检测单元302输出端与所述数据处理单元303输入端电连接、所述数据处理单元303的输出端与所述高压隔离单元304高压侧输入端电连接，所述电源处理单元305的输出端与所述高压隔离单元304低压侧输入端电连接，所述通讯单元306连接于所述高压隔离单元304的低压侧，且所述电压检测单元302、数据处理单元303、高压隔离单元304、电源处理单元305及所述通讯单元306集成于一体形成所述直流电量计算设备300，所述直流电量计算设备300与高压蓄电池组301串联。

可以理解的是，图3所示高压蓄电池组301以及直流电量计算设备300中电压检测单元302、数据处理单元303、高压隔离单元304、电源处理单305中部分内容与图1中的高压蓄电池组101以及直流电量计算设备100中电压检测单元102、数据处理单元103、高压隔离单元104及电源处理单105的描述相似，为避免重复在此不做赘述。

在一种可行实现方式中，所述数据处理单元303包括：微控制模块、差分滤波电路；所述差分滤波电路的输入端与所述电压检测单元302输出端电连接，所述差分滤波电路的输出端与所述微控制模块输入端电连接；

所述差分滤波电路用于对所述微弱电压信号进行滤波处理，得到滤波电压信号；

在一种可行实现方式中，利用差分滤波电路对微弱电压信号进行信号变换处理，其中，差分滤波电路可以为RC低通滤波电路，利用RC低通滤波电路对电压检测单元302检测到的微弱电压信号进行滤波处理，得到滤波电压信号，并将滤波电压信号传输至微控制模块继续信号变换。

所述微控制模块用于对所述滤波电压信号以预设采集机制进行采集，得到所述目标数字信号及所述目标数字信号对应的目标电量。

需要说明的是，微控制模块将得到的滤波电压信号进一步执行信号变换，通过信号采集、模数转换以及电量计算等，得到目标电量，并将目标电量传输至蓄电池组管理系统的主控单元。

在一种可行实现方式中，所述微控制模块包括微控制芯片、全差分模数转换电路及预设个数的热敏电阻；所述全差分数模转换电路的输入端与所述差分滤波电路的输出端电连接，所述全差分数模转换电路的输出端与所述微控制芯片电连接，所述热敏电阻与所述微控制芯片电连接；

所述热敏电阻用于检测环境温度，并将所述环境温度传输至所述微控制芯片。

需要说明的是，热敏电阻检测到的环境温度用以指示所述微控制芯片得到电压检测单元302的电阻值，以用于计算目标电量。

示例性的，热敏电阻可以为NTC(Negative Temperature Coefficient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料，其中，NTC数量包括但不限于4个，且均与微控制芯片电连接。

所述全差分模数转换电路用于对所述滤波电压信号以预设采集机制进行采集，得到所述目标数字信号，并将所述目标数字信号传输至所述微控制芯片。

其中，全差分模数转换电路将经差分滤波电路输入的目标电压信号即滤波电压信号进行采集并转换为目标数字信号。

预设采集机制包括采集频率、每个采集周期的采集次数及周期循环次数，采集频率可以为T，每个采集周期的采集次数为N，周期的循环次数为M。

示例性的，采集频率T可以为1ms/次，每个采集周期的采集次数N为10，周期的循环次数为10。

并且，每执行一个采集周期则对10个滤波电压信号进行梯形滤波，得到10个滤波数字信号，缓存每个滤波数字信号；当采集周期达到周期循环次数10时，则对所述10*10个滤波数字信号进行二次滤波，以平滑数据，得到目标数字信号。

所述微控制芯片用于接收所述环境温度及所述目标数字信号，并根据所述环境温度、所述目标数字信号及预设电量算法，得到所述目标电量，并将所述目标电量传输至所述高压蓄电池组301的蓄电池组管理系统的主控单元。

在一种可行实现方式中，预设电量算法包括但不限于欧姆定律、温度与阻值线性拟合函数以及电流积分等。

在本发明实施例中，高压隔离单元304选取型号为Adum6201，集成型号为IsoPower的隔离式DC-DC转换器，当电源处理单元305将5.0V电源输入时，可提供400mW的稳压隔离功率为数据处理电路供电。Adum6201还集成了两路数字隔离器，为数字信号传递提供通道。Adum6201的隔离电压为5000Vrms，满足电机车电压等级下的加强绝缘要求(依据标准GB/T18384.3-2015 7.3.3.3.2)。

在本发明实施例中，所述电源处理单元305包括：防反接电路、瞬态抑制电路、滤波电路、超低电磁干扰电路及开关稳压器；外部电源输入的宽电压经所述防反接电路、瞬态抑制电路、滤波电路、超低电磁干扰电路输入至所述开关稳压器；开关稳压器用于将所述外部电源输入的宽电压进行降压处理，及为所述直流电量计算设备300进行供电。

示例性的，开关稳压器选取型号为LT8619，LT8619是一款紧凑型、高效率、高速、同步、单片式、降压型开关稳压器，输出纹波低于10mVp-p，可以很好的为其他电路供电。

通讯单元306包括但不限于汽车局域网通信数据总线(Controller AreaNetwork，CAN)，采用数据通信协议，为直流计算设备与对应建立通信的终端提供数据传输通道。

在一种可行实现方式中，通讯单元306包括具有滤波电路及瞬态抑制电路的CAN收发器，目标电量经过滤波电路及瞬态抑制电路，传递至CAN总线。CAN收发器型号可以为NXP的TJA1042，TJA1042为符合ISO11898标准的高速CAN收发器可为总线信号提供差分发送驱动能力和对差分驱动接受能力；滤波电路采用TDK专用的共模滤波器，瞬态抑制电路采用Littelfuse专用的TVS，寄生电容小、响应快、功率峰值大，使得数据传递稳定不失真。

在本发明实施例中，所述直流电量计算设备300还包括：上位机管理单元。

上位机管理单元用于对所述高压蓄电池组301的性能参数进行调试、标定及分析，以及直流计算设备的性能参数进行调试、标定及分析。

本发明提供一种直流电量计算设备，设备包括：电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元、电源处理单元及通讯单元；其中，所述电压检测单元输出端与所述数据处理单元输入端电连接、所述数据处理单元的输出端与所述高压隔离单元高压侧输入端电连接，所述电源处理单元的输出端与所述高压隔离单元低压侧输入端电连接，所述通讯单元连接于所述高压隔离单元的低压侧，且所述电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元、电源处理单元及所述通讯单元集成于一体形成所述设备，所述直流电量计算设备与高压蓄电池组串联。通过将电压检测单元、数据处理单元、高压隔离单元、电源处理单元及通讯单元集成于一体形成的直流电量计算设备，电连接于高压蓄电池组，利用数据处理单元将电压检测单元产生的微弱电压信号处理成目标数字信号，并采用电流积分完成高压蓄电池组的目标电量计算，进而将目标电量发送至高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元，实现了高速、高精度的电流采集及电量计算功能，使得蓄电池组管理系统的主控单元可以及时掌握高压蓄电池组的电量状态；并且高压隔离单元将高压侧与低压安全侧的进行隔离，其耐压值可以达到AC5000Vrms，进一步保证设备安全及人员安全，可以实现一种低成本、高稳定且易于使用的直流电量计算设备，并且通讯单元和上位机管理单元还可以进行数据交互，实现高压蓄电池组的性能参数进行调试、标定及分析。

请继续参阅图4，图4为本发明实施例中一种直流电量计算方法的另一流程示意图，如图4所示方法包括：

401、获取电压检测单元302检测到的微弱电压信号；

402、利用差分滤波电路对所述微弱电压信号进行滤波，得到滤波电压信号；

403、利用全差分模数转换电路以预设采集频率T及预设采集次数为N的采集周期对所述滤波电压信号进行预设周期循环次数M的信号采集，得到M组采集信号，所述M组采集信号包括N个滤波电压信号；

404、对每组所述采集信号分别进行梯形滤波，得到N*M个滤波数字信号；

405、对所述N*M个滤波数字信号进行二次滤波，得到目标数字信号；

示例性的，采集频率T可以为1ms/次，每个采集周期的采集次数N为10，周期的循环次数为10，每执行一个采集周期则对10个滤波电压信号进行梯形滤波，得到10个滤波数字信号，缓存每个滤波数字信号；当采集周期达到周期循环次数10时，则对所述10*10个滤波数字信号进行二次滤波，其中，二次滤波可以为流水滤波，以平滑数据，得到目标数字信号。

406、根据所述目标数字信号及预设的电量算法，得到高压蓄电池组301的目标电量；

在本发明实施例中，步骤406具体包括：

i、获取所述电压检测单元302的电阻值；

其中，所述步骤i之前还包括：获取所述热敏电阻检测到的环境温度；利用所述环境温度及预设温度与阻值线性拟合函数确定所述电压检测单元302电阻值。

请参阅图5，图5为本发明实施例中一种预设温度与阻值线性拟合函数的函数曲线示意图，其中，分流器阻值为100μΩ，预设温度与阻值线性拟合函数如下所示：

y＝1×10-

式中，y表示分流器阻值，x代表热敏电阻检测到的环境温度。

ii、利用所述目标数字信号、所述电压检测单元302的电阻值及欧姆定律确定目标电流；

iii、对目标电流及时间进行积分计算，得到所述高压蓄电池组301的目标电量。

可以理解的是，电量Q＝Iⅹt,式中I为目标电流、t为时间。

示例性的，积分计算采用梯形积分，周期为10ms，对电流及时间进行梯形积分得到目标电量。

407、将所述目标电量传输至所述高压蓄电池组301的蓄电池组管理系统的主控单元。

在一种可行实现方式中，通过汽车局域网通信数据总线(Controller AreaNetwork，CAN)的数据通信协议，将目标电量传输至蓄电池组管理系统的主控端元。

本发明提供一种直流电量计算方法，方法应用于直流电量计算设备，方法包括：获取电压检测单元检测到的微弱电压信号；对所述微弱电压信号进行信号变换，得到目标数字信号，所述目标数字信号为所述微弱电压信号对应的数字信号；根据所述目标数字信号及预设的电量算法，得到高压蓄电池组的目标电量；将所述目标电量传输至所述高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元。通过将电压检测单元产生的微弱电压信号处理成目标数字信号，并采用预设的电量算法完成高压蓄电池组的目标电量计算，进而将目标电量发送至高压蓄电池组的蓄电池组管理系统的主控单元，实现了高速、高精度的电流采集及电量计算功能，使得蓄电池组管理系统的主控单元可以及时掌握高压蓄电池组的电量状态。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

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。

以上所述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本申请专利范围的限制。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。