CN105490335A - 一种长寿命直流系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长寿命直流系统及实现方法，系统包括CPU控制器、温度传感器、电流传感器、蓄电池以及程控整流器，CPU控制器与程控整流器、温度传感器、电流传感器连接；电流传感器连接在蓄电池与整流器之间的连接线上，可以采集蓄电池的充电、放电电流数据；本发明提供的方法是根据环境温度、蓄电池的温度、蓄电池容量多个因素智能调节整流器的输出，保证整流器的输出满足负载供电的需要，同时还保证蓄电池处于安全的充放电状态。采用本发明的技术方案，根据外部环境温度/蓄电池温度智能调节整流器的输出，使蓄电池避免因高温充电损坏，也避免因低温充电不充分导致容量下降，从而，延长了蓄电池的使用期限，也延长了直流系统的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及直流系统的研究领域，特别涉及一种长寿命直流系统及实现方法。
背景技术
直流系统大量应用于各种通信、信息处理的场合。在外部供电中断情况下，需要直流系统的蓄电池为设备提供动力保障，万一蓄电池失效，会给通信、信息行业带来巨大的损失甚至灾难，因此直流系统的安全性不言而喻。作为后备电源的蓄电池组在使用过程中，为了保证其容量，一般处于浮充状态，由整流器(又叫做充电器)对其进行浮充。
由于移动通信的高速发展，很多移动通信的基站是无人值守、无空调环境的，这些基站，俗称边际站。边际站经常出现大量的蓄电池快速损坏的情况，直流系统的寿命大大缩短。蓄电池快速损坏，很大部分的原因在于蓄电池没有安全的工作环境，在夏季，户外温度高达40℃甚至更高，在边际站内安装的蓄电池温度可以达到50℃以上，在如此高温的状态下，整流器对蓄电池进行常规的浮充，高温环境下蓄电池内部化学反应加剧，蓄电池外部温度高，对蓄电池充电将导致蓄电池内部温度过高，最终导致蓄电池膨胀、损坏、失效。而在冬季，部分地区户外温度很低，蓄电池化学反应速率大大降低，常规的充电电压、浮充电压是无法使蓄电池处于满充电状态的，蓄电池长期处于化学反应不充分的状态，导致极板硫化相对严重，也影响了蓄电池的寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种长寿命直流系统及实现方法，采用本发明提供的长寿命直流系统实现方法，根据外部环境温度/蓄电池温度智能调节整流器的输出，使蓄电池避免因高温充电损坏，也避免因低温充电不充分导致容量下降，从而，延长了蓄电池的使用期限，也延长了直流系统的寿命。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提出的一种长寿命直流系统，包括CPU控制器、温度传感器、电流传感器、蓄电池以及程控整流器，CPU控制器与程控整流器、温度传感器、电流传感器连接；电流传感器连接在蓄电池与整流器之间的连接线上，可以采集蓄电池的充电、放电电流数据；
所述温度传感器，用于采集直流系统环境温度、蓄电池温度；
所述CPU控制器用于根据采集到的环境温度、蓄电池温度、电流传感器数据进行处理，并对整流器进行精确的控制；所述温度控制器
所述程控整流器，用于精确调整输出电压，在不同温度条件下，实现对蓄电池充电的精确控制。
作为优选的技术方案，所述CPU控制器通过接口的方式与程控整流器连接，或者作为单独部件直接置入整流器内部，作为程控整流器的某一部件进行工作。
作为优选的技术方案，所述CPU控制器，可采集外部各种传感器的状态以及数据，当采集到环境温度15°以下，蓄电池温度45°以下时，控制程控整流器的输出，按照蓄电池标称容量的1.2倍对蓄电池进行充电容量控制；当采集到环境温度在15℃以上、30℃以下，蓄电池温度在45°以下时，控制程控整流器按照常规方式对蓄电池充电，当采集到环境温度高于30℃或者蓄电池温度高于45℃时，控制程控整流器的输出电压降低，直至电流传感器检测到蓄电池充电电流为0为止。
作为优选的技术方案，所述CPU控制器，所述的电流传感器为一个或者多个，可分别检测一组或者多组的蓄电池与整流器回路之间的电流，所述电流传感器的量程根据蓄电池容量以及充电、放电电流配置。
作为优选的技术方案，所述温度传感可以是一个或者是多个，可分别检测环境温度以及多个蓄电池的温度。
本发明还提供一种长寿命直流系统的实现方法，包括下述步骤：
S1、在常温下，整流器给蓄电池充电，蓄电池处于浮充状态；
S2、蓄电池的极柱上或者外壳上装有温度传感器，用于实时检测蓄电池的温度，当温度达到设置的温度限值时，CPU控制器控制整流器的降低输出电压，当输出电压降低到设定值，电流传感器检测到蓄电池的充电电流为零时，控制整流器停止降低输出电压；
S3、当环境温度或蓄电池温度低于温度限制时，CPU控制器调节整流器的输出电压，满足蓄电池浮充的需要；
S4、电流传感器检测蓄电池是否存在放电电流，当整流器输出电压过低时，蓄电池放电，影响蓄电池的储能，当外部交流断电时，影响蓄电池的供电能力，因此当电流传感器检测到蓄电池存在放电电流时，CPU控制器控制整流器的输出，调节输出电压，避免蓄电池放电；
S5、当外部环境温度或蓄电池温度低于某一个设定值时，CPU控制器控制整流器的输出电压升高，保证在低温环境下，可以让蓄电池充分充电，避免温度低时，蓄电池不能满充电而导致蓄电池化学反应不充分，硫酸铅结晶体快速形成，蓄电池储能下降。
作为优选的技术方案，所述电流传感器采用穿心式的电流互感器，电流互感器跨接到整流器输出与蓄电池中间的连线上，当蓄电池充电时，这个互感器输出充电电流的数据，蓄电池放电时，这个互感器输出放电电流的数据；CPU控制器采集这些模拟量，经过CPU内部的A/D转换处理，获得蓄电池的充电电流值、放电电流值。
作为优选的技术方案，当检测到环境温度在15℃以上且30℃以下，蓄电池温度在45℃以下时，CPU控制器判断其为安全的蓄电池充电温度，控制整流器输出正常的浮充电压。
作为优选的技术方案，当环境温度升高，环境温度超过30℃时或者蓄电池温度高于45℃时，CPU控制器控制整流器降低输出电压，同时，通过电流互感器检测蓄电池的充电/放电电流。如果检测到电流互感器的充电电流超过0.1A，命令整流器继续降低输出电压，直到电流互感器采集到的充电电流为0A。
作为优选的技术方案，CPU控制器对整流器的输出电压进行闭环控制，采用闭环控制的方式，保证蓄电池在高温状态下，几乎没有充电电流，如果控制过程中，电流传感器检测到蓄电池处于放电状态，CPU控制器控制整流器提高输出电压直至电流传感器检测不到放电电流为止，保证蓄电池不会对外放电。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、采用本发明实现的装置可以检测蓄电池使用环境温度、蓄电池极柱温度，蓄电池充电电流、蓄电池放电电流并控制整流器的输出；CPU控制器根据蓄电池使用环境温度、蓄电池极柱温度、蓄电池充电电流、蓄电池放电电流数据等执行相应的算法，控制整流器的输出，保证整流器满足负载供电的前提下，使蓄电池处于安全的充电放电状态，从而延长直流系统的寿命。
2、本发明温度传感器有一个或者多个，用于采集直流系统环境温度、蓄电池温度，温度传感器均与CPU控制器连接；CPU控制器根据采集到的环境温度、蓄电池温度、电流传感器数据进行算法处理，对整流器进行精确的控制，保证整流器的输出满足负载供电的前提下，调节蓄电池的充电电流，使蓄电池一直处于安全状态，从而，延长蓄电池的寿命，保证了整个直流系统的安全性。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图；
图2是本发明的长寿命直流系统的实现方法逻辑图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种长寿命直流系统，包括CPU控制器、温度传感器、电流传感器、蓄电池以及程控整流器，CPU控制器与程控整流器、温度传感器、电流传感器连接；电流传感器连接在蓄电池与整流器之间的连接线上，可以采集蓄电池的充电、放电电流数据；
所述温度传感器，用于采集直流系统环境温度、蓄电池温度；所述温度传感可以是一个或者是多个，可分别检测环境温度以及多个蓄电池的温度。
所述CPU控制器用于根据采集到的环境温度、蓄电池温度、电流传感器数据进行处理，并对整流器进行精确的控制；所述CPU控制器通过接口的方式与程控整流器连接，或者作为单独部件直接置入整流器内部，作为程控整流器的某一部件进行工作。所述CPU控制器，可采集外部各种传感器的状态以及数据，当采集到环境温度15℃以下，蓄电池温度45℃以下时，控制程控整流器的输出，按照蓄电池标称容量的1.2倍对蓄电池进行充电容量控制；当采集到环境温度在15℃以上、30℃以下，蓄电池温度在45℃以下时，控制程控整流器按照常规方式对蓄电池充电。当采集到环境温度高于30℃或者蓄电池温度高于45℃时，控制程控整流器的输出电压降低，直至电流传感器检测到蓄电池充电电流为0为止。
所述程控整流器，用于精确调整输出电压，在不同温度条件下，实现对蓄电池充电的精确控制，其具备精确到0.05V或者更高精度的输出电压调整功能。
所述的电流传感器为一个或者多个，可分别检测一组或者多组的蓄电池与整流器回路之间的电流，所述电流传感器的量程根据蓄电池容量以及充电、放电电流配置。
本实施例中，各个工作状态温度值可以根据实际需要调整，原则上就是高温环境下蓄电池不充坏，低温下蓄电池充电容量有保障；并且全部功能模块可以在整流器内部实现，外置适当的传感器，整体以整流器的功能体现。
本发明牵涉的电压等级、功率等级范围很大，本实施例针对边际站实际使用的蓄电池以及整流器进行详细描述。
目前，移动通信边际站常规使用的直流系统，通常是采用150AH，12V蓄电池单体组成的48V电源。为保证本发明的可靠实现，本发明采用的器件都是工业级器件，保证在宽温度环境下，本系统均可以安全工作。
本发明硬件电路采用8路A/D采集端口的CPU控制器，配置1个30A的电流互感器，5个温度传感器，输出电压范围43.2V—60V、调节电压变化步长在0.05V的整流器构成。
电流传感器采用穿心式的电流互感器，互感器跨接到整流器输出与蓄电池中间的连线上。当蓄电池充电时，这个互感器输出充电电流的数据，蓄电池放电时，这个互感器输出放电电流的数据。CPU控制器可以采集这些模拟量，经过CPU内部的A/D转换处理，获得蓄电池的充电电流值、放电电流值。电流互感器精度为0.1％，可以分辨出0.03A电流的变化。
温度电阻采用RT-103，精度为0.5℃。当我们检测到环境温度在15℃以上，30℃以下、蓄电池温度在45℃以下时，CPU控制器判断其为安全的蓄电池充电温度，控制整流器输出正常的浮充电压。
当环境温度升高，环境温度超过30℃时或者蓄电池温度高于45℃时，CPU控制器控制整流器降低输出电压，同时，通过电流互感器检测蓄电池的充电/放电电流。如果检测到电流互感器的充电电流超过0.1A，命令整流器继续降低输出电压，直到电流互感器采集到的充电电流为0A。
CPU控制器对整流器的输出电压进行闭环控制，采用这个闭环控制的方式，保证蓄电池在高温状态下，几乎没有充电电流。如果控制过程中，电流传感器检测到蓄电池处于放电状态，CPU控制器控制整流器提高输出电压直至电流传感器检测不到放电电流为止，保证蓄电池不会对外放电。
当温度传感器检测到外部温度较低，比如环境温度低于15℃并且蓄电池温度低于45℃时，CPU控制器控制整流器在正常的浮充电压53.5V的基础上逐步提升，同时，检测蓄电池的温度，当蓄电池温度超过45℃时，停止提高输出电压，避免蓄电池因浮充电压过高而导致发热等安全问题。原则上，低温环境下蓄电池充电容量为蓄电池标称容量的1.2倍，满足这个充电容量要求，就基本可以保证蓄电池处于满充电状态。
如图2所示，本实施例还提供一种长寿命直流系统的实现方法，包括下述步骤：
S1、在常温下，整流器给蓄电池充电，蓄电池处于浮充状态；
S2、蓄电池的极柱上或者外壳上装有温度传感器，用于实时检测蓄电池的温度，当温度达到设置的温度限值时，CPU控制器控制整流器的降低输出电压，当输出电压降低到设定值，电流传感器检测到蓄电池的充电电流为零时，控制整流器停止降低输出电压；
S3、当环境温度或蓄电池温度低于温度限制时，CPU控制器调节整流器的输出电压，满足蓄电池浮充的需要；
S4、电流传感器检测蓄电池是否存在放电电流，当整流器输出电压过低时，蓄电池放电，影响蓄电池的储能，当外部交流断电时，影响蓄电池的供电能力，因此当电流传感器检测到蓄电池存在放电电流时，CPU控制器控制整流器的输出，调节输出电压，避免蓄电池放电；
S5、当外部环境温度或蓄电池温度低于某一个设定值时，CPU控制器控制整流器的输出电压升高，保证在低温环境下，可以让蓄电池充分充电，避免温度低时，蓄电池不能满充电而导致蓄电池化学反应不充分，硫酸铅结晶体快速形成，蓄电池储能下降。
其中，所述电流传感器采用穿心式的电流互感器，电流互感器跨接到整流器输出与蓄电池中间的连线上，当蓄电池充电时，这个互感器输出充电电流的数据，蓄电池放电时，这个互感器输出放电电流的数据；CPU控制器采集这些模拟量，经过CPU内部的A/D转换处理，获得蓄电池的充电电流值、放电电流值。
其中，本实施例中定义环境温度≥30℃为高温，蓄电池温度≥45℃为高温，环境温度≤15℃为低温，蓄电池温度≤15℃为低温。传感器电流如果是负值时，表示蓄电池放电，则需要提高电压，不能让传感器电流为负值。当检测到环境温度在15℃以上且30℃以下，蓄电池温度在45℃以下时，CPU控制器判断其为安全的蓄电池充电温度，控制整流器输出正常的浮充电压。
其中，当环境温度升高，环境温度超过30℃时或者蓄电池温度高于45℃时，CPU控制器控制整流器降低输出电压，同时，通过电流互感器检测蓄电池的充电/放电电流。如果检测到电流互感器的充电电流超过0.1A，命令整流器继续降低输出电压，直到电流互感器采集到的充电电流小于0.1A甚至到0A为止。
其中，CPU控制器对整流器的输出电压进行闭环控制，采用闭环控制的方式，保证蓄电池在高温状态下，几乎没有充电电流，如果控制过程中，电流传感器检测到蓄电池处于放电状态，CPU控制器控制整流器提高输出电压直至电流传感器检测不到放电电流为止，保证蓄电池不会对外放电。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种长寿命直流系统，其特征在于，包括CPU控制器、温度传感器、电流传感器、蓄电池以及程控整流器，CPU控制器与程控整流器、温度传感器、电流传感器连接；电流传感器连接在蓄电池与整流器之间的连接线上，可以采集蓄电池的充电、放电电流数据；
所述温度传感器，用于采集直流系统环境温度、蓄电池温度；
所述CPU控制器用于根据采集到的环境温度、蓄电池温度、电流传感器数据进行处理，并对整流器进行精确的控制；
所述程控整流器，用于精确调整输出电压，在不同温度条件下，实现对蓄电池充电的精确控制。
2.根据权利要求1所述的长寿命直流系统，其特征在于，所述CPU控制器通过接口的方式与程控整流器连接，或者作为单独部件直接置入整流器内部，作为程控整流器的某一部件进行工作。
3.根据权利要求1所述的长寿命直流系统，其特征在于，所述CPU控制器，可采集外部各种传感器的状态以及数据，当采集到环境温度15°以下，蓄电池温度45°以下时，控制程控整流器的输出，按照蓄电池标称容量的1.2倍对蓄电池进行充电容量控制；当采集到环境温度在15℃以上、30℃以下，蓄电池温度在45°以下时，控制程控整流器按照常规方式对蓄电池充电，当采集到环境温度高于30℃或者蓄电池温度高于45℃时，控制程控整流器的输出电压降低，直至电流传感器检测到蓄电池充电电流为0为止。
4.根据权利要求1所述的长寿命直流系统，其特征在于，所述CPU控制器，所述的电流传感器为一个或者多个，可分别检测一组或者多组的蓄电池与整流器回路之间的电流，所述电流传感器的量程根据蓄电池容量以及充电、放电电流配置。
5.根据权利要求1所述的长寿命直流系统，其特征在于，所述温度传感可以是一个或者是多个，可分别检测环境温度以及多个蓄电池的温度。
6.一种长寿命直流系统的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、在常温下，整流器给蓄电池充电，蓄电池处于浮充状态；
S2、蓄电池的极柱上或者外壳上装有温度传感器，用于实时检测蓄电池的温度，当温度达到设置的温度限值时，CPU控制器控制整流器的降低输出电压，当输出电压降低到设定值，电流传感器检测到蓄电池的充电电流为零时，控制整流器停止降低输出电压；
S3、当环境温度或蓄电池温度低于温度限制时，CPU控制器调节整流器的输出电压，满足蓄电池浮充的需要；
S4、电流传感器检测蓄电池是否存在放电电流，当整流器输出电压过低时，蓄电池放电，影响蓄电池的储能，当外部交流断电时，影响蓄电池的供电能力，因此当电流传感器检测到蓄电池存在放电电流时，CPU控制器控制整流器的输出，调节输出电压，避免蓄电池放电；
S5、当外部环境温度或蓄电池温度低于某一个设定值时，CPU控制器控制整流器的输出电压升高，保证在低温环境下，可以让蓄电池充分充电，避免温度低时，蓄电池不能满充电而导致蓄电池化学反应不充分，硫酸铅结晶体快速形成，蓄电池储能下降。
7.根据权利要求6所述的长寿命直流系统的实现方法，其特征在于，所述电流传感器采用穿心式的电流互感器，电流互感器跨接到整流器输出与蓄电池中间的连线上，当蓄电池充电时，这个互感器输出充电电流的数据，蓄电池放电时，这个互感器输出放电电流的数据；CPU控制器采集这些模拟量，经过CPU内部的A/D转换处理，获得蓄电池的充电电流值、放电电流值。
8.根据权利要求6所述的长寿命直流系统的实现方法，其特征在于，当检测到环境温度在15℃以上且30℃以下，蓄电池温度在45℃以下时，CPU控制器判断其为安全的蓄电池充电温度，控制整流器输出正常的浮充电压。
9.根据权利要求6所述的长寿命直流系统的实现方法，其特征在于，当环境温度升高，环境温度超过30℃时或者蓄电池温度高于45℃时，CPU控制器控制整流器降低输出电压，同时，通过电流互感器检测蓄电池的充电/放电电流，如果检测到电流互感器的充电电流超过0.1A，命令整流器继续降低输出电压，直到电流互感器采集到的充电电流为0A。
10.根据权利要求6所述的长寿命直流系统的实现方法，其特征在于，CPU控制器对整流器的输出电压进行闭环控制，采用闭环控制的方式，保证蓄电池在高温状态下，几乎没有充电电流，如果控制过程中，电流传感器检测到蓄电池处于放电状态，CPU控制器控制整流器提高输出电压直至电流传感器检测不到放电电流为止，保证蓄电池不会对外放电。
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Denomination of invention: A long life DC system and its implementation Effective date of registration: 20201016 Granted publication date: 20180629 Pledgee: Bank of China Limited Dongshan Branch of Guangzhou Pledgor: GUANGZHOU HONGHUAI ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020440000308 |