CN103944255B - 一种用于新能源移动基站的辅助电源装置及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于新能源移动基站的辅助电源装置，其包括新能源供电支路、蓄电池供电支路、监控两供电支路的运行状态并收集运行状态数据的监控单元、与监控单元相连接以接收上述运行状态数据的控制单元以及根据上述控制单元的控制信号而选择性地在两供电支路之间切换供电源的电源切换单元；本发明还提供一种适用于上述辅助电源装置的相应的供电方法，在保证上述辅助电源装置供电不间断的同时，也减少蓄电池的能源损耗；而且在蓄电池的输出电压不足时能够及时切断蓄电池供电支路的供电，避免其出现过放电的状态，提高蓄电池的寿命，降低移动基站的运行维护成本。

Description

一种用于新能源移动基站的辅助电源装置及其供电方法

技术领域

本发明涉及一种辅助电源装置的电源供给技术，尤其涉及一种用于新能源基站的辅助电源装置，以及辅助电源装置的供电方法

背景技术

目前，鉴于环境恶化和资源匮乏等问题的日益严重，大力开发风能、太阳能等清洁的新能源已经成为未来能源使用的必然趋势，如根据太阳能和风能在不同的季节和时间上互补特点而发展起来的风光互补发电技术等。然而，在建立新能源移动基站时，由于资源的不确定性，如风能的不稳定性和太阳能的间歇性等，以及基站建设过程中，容量配置不合理等诸多因素，导致出现发电与用电负荷的不平衡问题。而风电和光电系统都必须通过蓄电池储能才能稳定供电，但由于每天的发电量受天气的影响很大，如此会导致系统的蓄电池长期处于亏电状态。另外，由于移动基站大多数供电设备的辅助电源取自蓄电池，为此，在蓄电池处于亏电的情况下，供电至上述辅助电源无疑加重了蓄电池的负担，使得蓄电池出现过放电的现象；而且，蓄电池长期处于过放电状态还会导致其发生不可逆损坏，降低其使用寿命。为此，如何对蓄电池的状态进行监控管理、减少其用电消耗、避免蓄电池由于长期得不到有效充电而导致过放电情况的发生是目前设计新能源移动基站的辅助能源装置时迫切需要考虑的问题。

经过调查可知，现有技术中对于辅助电源装置的设计均未考虑输入电源的能效管理，如中国专利CN2648681Y公开了一种大功率不间断电源设备的辅助电源装置，为多模块冗余并联结构，用于使辅助电源装置在各种情况下不掉电，以提高整个供电单元的可靠性；而另一中国专利CN1801572A公开了一种带辅助电源的通信电源模块，用于保证通信电源模块的各子模块在电压异常时也能正常工作，其技术方案增加设置的第二辅助电源输入端同时与电池或系统母排和整个模块电压输出端相连，但是其本质也是属于冗余电源范畴。

在实现本发明的过程中，发明人发现：目前存在的辅助电源装置，对于如何节约输入电源的能效、如何对电源装置的状态进行监控等问题均未作考虑。为此，在将上述辅助电源装置用于蓄电池容量较小或蓄电池长期得不到有效充电的新能源移动基站时，同样会出现很多问题，比如：蓄电池的亏空，降低蓄电池的使用寿命，增加了移动基站用户管理维护成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于新能源移动基站的辅助电源装置，其可减少蓄电池的能源损耗、保证其可得到充分的充电时间、并对其电源状态进行监控管理，避免蓄电池的寿命下降。

具体的，本发明提供以下技术方案：

一种用于新能源移动基站的辅助电源装置，包括：

新能源供电支路；

蓄电池供电支路；

监控单元，与所述新能源供电支路和所述蓄电池供电支路均分别相互连接以监控所述新能源供电支路和所述蓄电池供电支路的运行状态，并采集运行状态数据；

控制单元，与所述监控单元相连接以接收所述运行状态数据；

其中，所述辅助电源装置还包括一电源切换单元，其与所述控制单元相连接，并与所述蓄电池供电支路均分别相互连接，用于根据所述控制单元的控制信号而在所述新能源供电支路和所述蓄电池供电支路之间选择性地切换。

具体的，所述状态数据包括由所述新能源供电支路输出的第一输出电压和由所述蓄电池供电支路输出的第二输出电压；且所述控制单元存储有一第一阈值，所述控制单元根据所述第一输出电压与所述第一阈值的比较结果而输出不同的控制信号至所述电源切换单元以在所述新能源供电支路和所述蓄电池供电支路之间选择性地切换。

而且，进一步地，为了避免所述蓄电池放电过度而受损的问题，优选的，所述控制单元还存储有一第二阈值，所述控制单元在所述第二输出电压低于所述第二阈值时自动切断蓄电池供电支路的供电。

更进一步地，为了在电源充足时可以及时启动供电以保证移动基站的正常使用，优选的，所述控制单元在所述第一输出电压不低于所述第一阈值时，启动所述新能源供电支路。

另外，本发明还提供一种适用于上述新能源移动基站的辅助电源装置的供电方法，该方法包括以下步骤：

采集所述新能源供电支路的运行状态数据，其中，所述运行状态数据包括所述新能源供电支路的第一输出电压；

比较所述第一阈值与所述第一输出电压，若所述第一输出电压低于所述第一阈值时，从所述新能源供电支路切换至所述蓄电池供电支路；若所述第一输出电压不低于所述第一阈值时，启动/切换至所述新能源供电支路以进行供电。。

进一步地，所述方法还包括以下步骤以避免蓄电池过度放电而影响寿命：比较所述第二阈值与所述第二输出电压，若所述第二输出电压低于所述第二阈值时，切断所述蓄电池供电支路的供电。

通过采用上述的辅助电源装置和供电方法，由于控制单元采集供电支路的运行状态数据以进行比对，且该辅助电源装置还设有电源切换单元，其可根据不同的控制信号而选择性地对上述新能源供电支路和蓄电池供电支路进行切换以保证供电量充足，并可在新能源供电支路的输出电压充足时，使得蓄电池得到充分的充电时间，减少其能源损耗；而且在蓄电池的输出电压不足时能够及时切断蓄电池供电支路的供电，避免其出现过放电的状态，提高蓄电池的寿命，降低移动基站的运行维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例一辅助电源装置的组成示意图；

图2为本发明实施例一适用于辅助电源装置的供电方法示意图；

图3为本发明实施例二辅助电源装置的具体组成示意图；

图4为本发明实施例二辅助电源装置各组成单元的具体连接示意图；

图5为本发明实施例二新能源输入电压下控制单元的驱动电压曲线示意图；

图6为本发明实施例三辅助电源装置的组成示意图；

图7为本发明实施例四辅助电源装置的具体组成示意图。

附图标记：

1太阳能电池，2风力发电机，3隔离变压整理单元，4主反激电源，5监控单元，6从反激电源，7蓄电池，8远程通信单元，9控制单元，10本地通信单元，11电源切换单元，12、13输出二极管，14、24输入端子，15、25电压传感器，16、26输入滤波电容，17、27、28功率开关管，18、29变压器，19、21、30、32整流二极管，23、38输出二极管，31、33输出电容，34、35输出侧驱动电阻，36输入侧驱动电阻，37光耦元件，100新能源供电支路，110蓄电池供电支路，120监控单元，130控制单元，140电源切换单元。

具体实施方式

本发明的主要技术方案在于设有一电源切换单元，其可在新能源供电支路的输出电压低于预定阈值时切换至由蓄电池供电支路进行供电，且辅助电源装置的控制单元在监控到上述蓄电池供电支路的输出电压低于特定值时切断该供电支路的电压输出，避免蓄电池受损而影响其使用寿命。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释。

实施例一：

图1为实施例一中辅助电源装置的组成示意图。如图1所述，该辅助电源装置包括：新能源供电支路100，包括一新能源供电端，用于给移动基站的设备供电；蓄电池供电支路110，包括一蓄电池(组)，亦用于给移动基站的设备供电；监控单元120，其输入端分别与上述新能源供电支路100和所述蓄电池供电支路110连接，以监控上述两供电支路运行状态，并采集运行状态数据；控制单元130，与上述监控单元120的输出端相连接，用于接收其收集的运行状态数据；电源切换单元140，与上述控制单元130相连接以接收上述控制单元130输出的控制信号，亦与上述两供电支路相连接以根据所接收的控制信号，选择性地在上述两供电支路之间切换，使得不同阶段以不同的供电支路为设备供电。

此外，上述监控单元120采集的运行状态数据包括两供电支路分别输出的输出电压，即新能源供电支路100的第一输出电压V1与蓄电池供电支路110的第二输出电压V2；而上述控制单元130中还存储有与上述两输出电压相对应的阈值，即第一阈值W1和第二阈值W2，其根据第一输出电压V1与第一阈值W1的比较结果而输出不同的控制信号至电源切换单元140以在所述新能源供电支路100和所述蓄电池供电支路110之间选择性地切换。

图2为本实施例的辅助电源装置的供电方法步骤示意图。下面结合图2对本实施例里的辅助电源装置进行详细描述。

具体的，若第一输出电压V1≥W1，即此时新能源供电支路100具有足够的输出电压，则控制单元130启动上述新能源供电支路100为设备进行供电，并且，如步骤S1所述，采集该新能源供电支路100的运行状态数据，包括其输出电压值；显然，此时无需利用蓄电池供电支路110进行供电，可降低蓄电池的损耗；

如步骤S2所述，比较上述新能源供电支路100的输出电压与预存在控制单元130的阈值，即当监控单元120监控到上述第一输出电压V1<W1时，此时新能源供电支路100的输出电压不足，则控制单元130输出控制信号至电源切换单元140，以切换至蓄电池供电支路110进行供电，从而保证辅助电源装置的供电连续性；

而当监控单元130监控到上述第二输出电压V2<W2时，即此时蓄电池供电支路110的输出电压不足，如接近为空，如果继续供电则会造成蓄电池出现过放电现象，故优选地，此时上述控制单元130自动切断上述蓄电池供电支路110的供电，避免蓄电池受损；则此时，上述辅助电源装置停止为设备供电。

进一步地，当监控单元监控到上述第一输出电压V1恢复至≥W1时，上述控制单元130自动启动上述新能源供电支路100为设备供电，避免对移动基站的正常运作造成过大影响。

在本实施例中，上述第一阈值和第二阈值均为一特定值，然而，本领域普通技术人员应理解，考虑到误差问题，上述第一阈值和第二阈值也可设置为一特定区间值，如具有上限值和下限值的数值区间。

显然，采用上述技术方案，可提高能源的使用效率，降低蓄电池的损耗，提高蓄电池的使用寿命，并使得辅助电源装置尽可能地可以及时供电，最大程度上的减少移动基站的停滞时间，使其得到最大程度的利用。

实施例二：

图3为本发明实施例二辅助电源装置的具体组成示意图。图4则为本实施例辅助电源装置的各单元具体组成示意图。本实施例中，以“风能与太阳能互补技术”作为新能源的具体例子进行说明，并对两供电支路的具体组成作详细描述。

如图3所示，本实施例中，新能源供电支路100包括新能源供电端和主反激电源4。其中，所述新能源供电端包括太阳能电池1、风力发电机2以及隔离变压整理单元3，其中，所述太阳能电池1的输出端与所述隔离变压整理单元3的输出端分别经由反接二极管12、13而连接至主反激电源4。如图4所示，所述主反激电源4由输入端子14、电压传感器15、输入滤波电容16、功率开关管17、变压器18、整流二极管19和21、输出电容20和22、输出二极管23依次连接组成；如此，则太阳能电池1和隔离变压整理单元3的输出电压即经由输入端子14而供给至移动基站的设备。

同样，如图3所示，蓄电池供电支路110包括蓄电池7和从反激电源6，其中，所述从反激电源6的输入端与所述蓄电池7相连接，输出端则分别与所述监控单元5和所述电源切换单元11相连接。如图4所示，所述从反激电源6由输入端子24、电压传感器25、输入滤波电容26、功率开关管27、功率开关管28、变压器29、整流二极管30和32、输出电容31和33、输出二极管38依次连接组成；如此，蓄电池7的输出电压即经由输入端子24而供给至移动基站的设备。

另外，如图4所示，本实施例中，电源切换单元11由输出侧驱动电阻34和35、光耦元件37、输入侧驱动电阻36依次连接组成。

具体的，上述主反激电源4和从反激电源6采用以下方式而与上述电源切换单元11相连接：主反激电源4和从反激电源6分别引出一个隔离绕组电源(由变压器18、整流二极管19/30和20/31分别组成形成)，该电源正极分别连接输出侧驱动电阻35和34，光耦元件37的发射极连接到功率开关管28的栅极，功率开关管28的漏极与主、从反激电源4和6引出的隔离绕组电源的负极相连。而且，上述主反激电源4和从反激电源6分别引出另外一组隔离绕组电源(由变压器29、整流二极管21/32和22/33分别组成形成)为控制单元9供电。并且，为了防止电源反复切换时，该两个隔离绕组电源并联会相互影响，主反激电源4、从反激电源6的该隔离绕组电源分别通过输出二极管23和38并接到一起，该两个隔离绕组电源的负极直接连接到一起，并与控制单元9的基准地相连。

此外，本实施例中，上述控制单元9的核心元件为数据信号处理器(简称DSP)，其可通过内置的数据转换单元将上述监控单元5输入的模拟信号转换成DSP可以处理的数字信号，以便于上述控制单元9判断辅助电源装置的供电支路的运行状态，精确地控制供电支路的切换。

此外，为了保证供电支路切换时不造成辅助电源的供电间断，优选的，本实施例中，存储在控制单元的第一阈值为一数据区间【X1，X2】，其中，上限值为X1，下限值为X2。

图5为新能源输入电压下控制单元的驱动电压曲线示意图，以下根据图4和图5对本实施例的辅助电源装置的工作情况进行介绍：

(1)如图5所示，控制单元9经由电压传感器15对输入端子14的两端电压进行检测，当该端子14两端的电压V11≥X1时，控制单元9通过DSP输出驱动信号P为零电压，在该零电压驱动信号作用下，使光耦元件37的集电极关闭，进而驱动功率开关管28关闭，从而切断蓄电池供电支路110的供电，最大限度地减少通过蓄电池7供电的时间，可降低蓄电池7的损耗；

(2)在既无风也无光照的条件下，控制单元9经由电压传感器15检测到上述输入端子14两端电压V11<X2、不足以为设备供电时，如图5所示，控制单元9通过DSP输出驱动信号P为正电压，在该正电压驱动信号作用下，图4中的光耦元件37的集电极侧导通，进而驱动功率开关管28导通，切换为蓄电池供电支路110以利用蓄电池7给设备供电，则此时由于在切入蓄电池供电支路110之前，辅助电源装置仍可有风力发电机2或太阳能电池1等新能源供电，辅助电源装置的供电不存在任何间断的可能性，如此提高了电源供电的连续性和可靠性；

(3)当控制单元9通过电压传感器25检测到上述输入端子24两端的电压低于存储在控制单元9内部预存的第二阈值Y2时，控制单元9关闭上述功率开关管28，切断上述蓄电池供电支路110的供电，避免蓄电池7出现过放电现象；而且，在利用蓄电池供电支路110为设备供电时，若监控到上述输入端子14的输出电压V11再次≥X1时，重复上述步骤(1)；

(4)辅助电源装置在两供电支路均无充足电源供应时，当风力发电机2或太阳能电池1正常工作以输出足够电压时，则控制单元9检测到上述输入端子14的输出电压V11≥X1时，自动启动上述新能源供电支路100以为设备供电。

上述步骤(1)-(4)依据实际情况而重复实施。

本实施例中，由于电源切换单元采用光电开关，电源的切换速度可以达到毫秒级以下，保证了系统供电的不间断性，最大限度的减少辅助电源装置对蓄电池供电的依赖性，提高了为辅助电源供电的能效。本领域普通技术人员应理解，上述电源切换单元也可根据具体需求而选用其他合适的开关元件，不限于上述光电开关。

除了前述的技术效果外，采用上述技术方案，由于蓄电池的电量均由其他电源设备充电得到，将蓄电池为辅助电源供电切换到风力发电机隔离整流电压或太阳能电池电压为辅助电源供电，可以减少一级能量变换过程，进一步提高了能源利用率。

实施例三：

本实施例与实施例一和二的不同之处在于，辅助电源装置除前述组成部件外，还包括与所述控制单元相连接的通信单元。

为方便表示，本实施例以实施例二为基础对技术方案作出描述，其中，图6为本实施例的辅助电源装置的组成示意图。如图6所示，确切地说，上述通信单元包括用于收集本地其他外设的运行状态信息的本地通信单元和用于将采集到的所有信息上传到远端监控中心的远程通信单元。

具体地，本地通信单元中内置电压、电流、温度、光强度等多种传感器，并提供RS485/RS232等多种总线，可以采集外设的运行状态信息；远程通信单元采用GPRS等远程通信方式，将控制单元汇总的各种信息上传到远端监控平台，完成智能化监控。

显然，采用上述技术方案，不仅具有实施例一或二所述的技术效果，也使得辅助电源装置具备远程监控功能，可远程观测系统参数，并对系统进行最优控制。

实施例四：

本实施例与前三个实施例的不同之处在于将上述辅助电源装置用作冗余备份电源。图7为本实施例的辅助电源装置组成示意图(以实施例二的电路为基础进行修改)。如图7所示，所述主反激电源和从反激电源的输出端，即输出二极管23和38直接与控制单元连接。如此，新能源供电支路(如风力发电机隔离整流电压或太阳能电池)启动该辅助电源后，控制单元9的DSP直接控制输出正电压驱动信号给光耦元件37，驱动功率开关管28导通，由于此后功率开关管28一直处于导通状态。采用该技术方案，辅助电源装置此时为双备份冗余电源，可以有效提高辅助电源的可靠性。

本领域普通技术人员应理解，上述实施例中所述的新能源供电支路、蓄电池供电支路、控制单元等也可采用其它合适结构，只要能够实现上述功能即可，无需拘泥于上述具体描述。

综上所述，采用本发明的技术方案，可以减少蓄电池能源损耗；而且在蓄电池的输出电压不足时能够及时切断蓄电池供电支路的供电，避免其出现过放电的状态，提高蓄电池的寿命，降低移动基站的运行维护成本。

最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于新能源移动基站的辅助电源装置，包括：

新能源供电支路(100)；

蓄电池供电支路(110)；

监控单元(5、120)，与所述新能源供电支路(100)和所述蓄电池供电支路(110)分别连接，以监控所述新能源供电支路(100)和所述蓄电池供电支路(110)的运行状态，并采集运行状态数据；

控制单元(9、130)，与所述监控单元(5、120)相连接，以接收所述运行状态数据；其特征在于：

所述辅助电源装置还包括电源切换单元(11、140)，所述电源切换单元与所述控制单元(9、130)相连接，并分别与所述新能源供电支路(100)、蓄电池供电支路(110)相互连接，用于根据所述控制单元(9、130)的控制信号而在所述新能源供电支路(100)和所述蓄电池供电支路(110)之间选择性地切换；

所述状态数据包括由所述新能源供电支路(100)输出的第一输出电压和由所述蓄电池供电支路(110)输出的第二输出电压；且所述控制单元(9、130)存储有第一阈值，所述控制单元(9、130)根据所述第一输出电压与所述第一阈值的比较结果而输出不同的控制信号至所述电源切换单元(11、140)以在所述新能源供电支路(100)和所述蓄电池供电支路(110)之间选择性地切换；

所述控制单元(9、130)还存储有第二阈值，所述控制单元(9、130)在所述第二输出电压低于所述第二阈值时自动切断蓄电池供电支路(110)的供电；

所述控制单元(9、130)在所述第一输出电压不低于所述第一阈值时，启动所述新能源供电支路(100)进行供电；

所述新能源供电支路(100)包括新能源供电端和主反激电源(4)，其中，所述主反激电源(4)的输入端与所述新能源供电端相连接，输出端则分别与所述监控单元(5、120)和所述电源切换单元(11、140)相连接；

所述主反激电源(4)由输入端子(14)、电压传感器(15)、输入滤波电容(16)、功率开关管(17)、变压器(18)、整流二极管(19、21)、输出电容(20、22)、输出二极管(23)依次连接组成；

所述蓄电池供电支路(110)包括蓄电池(7)和从反激电源(6)，其中，所述从反激电源(6)的输入端与所述蓄电池(7)相连接，输出端则分别与所述监控单元(5)和所述电源切换单元(11)相连接；

所述从反激电源(6)由输入端子(24)、电压传感器(25)、输入滤波电容(26)、功率开关管(27)、功率开关管(28)、变压器(29)、整流二极管(30、32)、输出电容(31、33)、输出二极管(38)依次连接组成。

2.如权利要求1所述的用于新能源移动基站的辅助电源装置，其特征在于，所述新能源供电端包括太阳能电池(1)、风力发电机(2)以及隔离变压整理单元(3)，其中，所述太阳能电池(1)的输出端与所述隔离变压整理单元(3)的输出端分别与所述主反激电源(4)相连接。

3.如权利要求1所述的用于新能源移动基站的辅助电源装置，其特征在于，所述电源切换单元(11)由输出侧驱动电阻(34、35)、光耦元件(37)、输入侧驱动电阻(36)依次连接组成。

4.如权利要求1所述的用于新能源移动基站的辅助电源装置，其特征在于，所述辅助电源装置还包括与所述控制单元(9、130)相连接的通信单元，其中，所述通信单元包括用于收集本地其他外设的运行状态信息的本地通信单元(10)和用于将采集到的所有信息上传到远端监控中心的远程通信单元(8)。

5.一种用于新能源移动基站的辅助电源装置的供电方法，所述用于新能源移动基站的辅助电源装置的供电方法为权利要求1～4中任一所述的用于新能源移动基站的辅助电源装置，所述供电方法包括以下步骤：

采集所述新能源供电支路(100)的运行状态数据，其中，所述运行状态数据包括所述新能源供电支路(100)的第一输出电压；

比较所述第一阈值与所述第一输出电压，若所述第一输出电压低于所述第一阈值时，从所述新能源供电支路(100)切换至所述蓄电池供电支路(110)；若所述第一输出电压不低于所述第一阈值时，启动/切换至所述新能源供电支路(100)以进行供电。

6.如权利要求5所述的供电方法，其特征在于，所述供电方法还包括以下步骤：

比较所述第二阈值与所述第二输出电压，若所述第二输出电压低于所述第二阈值时，切断所述蓄电池供电支路(110)的供电。