CN106058938A - 一种基于通信用不同放电倍率电池组模块化应用并网控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于通信用不同放电倍率电池组模块化应用并网控制器，其特征是：包括可移动电池组和直流稳流控制器，所述可移动电池组为通信用标准的磷酸铁锂电池组；所述直流稳流控制器包括五路电池输入端口、一路充放电接口、一路GPRS接口、LED显示器、主控CPU、直流母线电压检测电路、限流电路、直流母线负载电流自动检测电路和EEPROM。本发明能防止反接和大电流冲击，使磷酸铁锂电池和铅酸电池混合使用为通信基站服务，实现有效的应急供电，不污染，不扰民。

Description

一种基于通信用不同放电倍率电池组模块化应用并网控制器

背景技术

通信用直流稳流控制器利用通信用标准磷酸铁锂电池组组合起来为基站或其他负载进行分摊供电的整体解决方案，现有技术采用单只或多只磷酸铁锂电池并联作为发电设备，但安全和应用现场存在巨大的安全隐患，如反接事故、大电流冲击等，同时不能解决与基站原有铅酸电池混合使用等问题，所以通信规范中不建议使用。

目前通信基站电池续航设计施工主要是针对电网维护性及故障性停电，采用油机，即柴油或汽油发电机，作为应急供电保障性电源，由于通信基站数量庞大、分布广，造成很多的基站存在油机发电困难，很难保障通信网络畅通。因此，客户迫切需要一种可以帮助他们解决应急供电问题的技术或者产品，同时通信行业传统应急发电项目采用油机发电存在转换效率低、需专用车辆运输、管理难度大、现场操作风险大、专业人员操作、噪音大、烟尘大等扰民等实际使用困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的供电方式容易出现反接事故、大电流冲击等，不能解决磷酸铁锂电池和铅酸电池混合使用，无法为通信基站服务，而现有的通信基站的应急供电保障性电源又无法实现有效的应急供电，且有污染，扰民。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于通信用不同放电倍率电池组模块化应用并网控制器，包括可移动电池组和直流稳流控制器，所述可移动电池组为通信用标准的磷酸铁锂电池组；所述直流稳流控制器包括五路电池输入端口、一路充放电接口、一路GPRS接口、LED显示器、主控CPU、直流母线电压检测电路、限流电路、直流母线负载电流自动检测电路和EEPROM；所述电池输入端口采用防反接口，每路防反接口的输入端子对应连接一个-48V的电池包，电池包即磷酸铁锂电池组；五路防反接口的输出端均连接限流电路的输入端；所述限流电路的输出端连接充放电接口；限流电路的控制端交互连接主控CPU；所述充放电接口连接通信基站的直流母线；所述直流母线连接并为各个负载供电；所述直流母线电压检测电路用于检测直流母线电压，直流母线电压检测电路的输出端连接主控CPU；所述直流母线负载电流自动检测电路用于检测负载电流，直流母线负载电流自动检测电路的输出端连接主控CPU；所述EEPROM用于存放各个电池包的运行状态数据，EEPROM的输入端连接主控CPU的输出端；所述LED显示器用于显示各个电池包的实时运行状态数据，LED显示器的输入端连接主控CPU的输出端；所述GPRS接口用于连接外接的PC机和主控CPU，并将EEPROM中存储的信息上传外接的PC机；所述数据包括电池包电压信息、电池包电流信息、直流母线电压信息、电压下限保护信息和限流设置信息。

具体的，所述防反接口内置电压检测电路，所述电压检测电路和直流母线电压检测电路结构相同，均包括电压传感器和DSP，电压传感器用于检测对应的电池包或者直流母线的电压值，电压传感器的信号输出端连接DSP的输入端，DSP的输出端连接主控CPU，主控CPU以任意一个电池包为基准，根据该电池包的电压值判断其余电池包的接入是否正确。

具体的，限流电路采用数控buck电路。

本发明的优点是：能防止反接和大电流冲击，使磷酸铁锂电池和铅酸电池混合使用为通信基站服务，实现有效的应急供电，不污染，不扰民。

附图说明

图1为本发明的电路示意图。

图2为本发明使用状态示意图。

图3为本发明防反接电路原理图(铅酸电池组与磷酸铁锂电池组)。

图4为本发明防反接电路原理图(磷酸铁锂电池组与磷酸铁锂电池组)。

图5为本发明限流控制原理示意图。

具体实施方式

如图1、2和5所示，本发明用于与现有的基站中的铅酸电池混合使用，为通信基站提供5KW以内的充放电应急供电的装置。

本发明包括可移动电池组和直流稳流控制器，所述可移动电池组为通信用标准的磷酸铁锂电池组；所述直流稳流控制器包括五路电池输入端口、一路充放电接口、一路GPRS接口、LED显示器、主控CPU、直流母线电压检测电路、限流电路、直流母线负载电流自动检测电路和EEPROM；所述电池输入端口采用防反接口，每路防反接口的输入端子对应连接一个-48V的电池包，电池包即磷酸铁锂电池组；五路防反接口的输出端均连接限流电路的输入端；所述限流电路的输出端连接充放电接口；限流电路的控制端交互连接主控CPU；所述充放电接口连接通信基站的直流母线；所述直流母线连接并为各个负载供电；所述直流母线电压检测电路用于检测直流母线电压，直流母线电压检测电路的输出端连接主控CPU；所述直流母线负载电流自动检测电路用于检测负载电流，直流母线负载电流自动检测电路的输出端连接主控CPU；所述EEPROM用于存放各个电池包的运行状态数据，EEPROM的输入端连接主控CPU的输出端；所述LED显示器用于显示各个电池包的实时运行状态数据，LED显示器的输入端连接主控CPU的输出端；所述GPRS接口用于连接外接的PC机和主控CPU，并将EEPROM中存储的信息上传外接的PC机；所述数据包括电池包电压信息、电池包电流信息、直流母线电压信息、电压下限保护信息和限流设置信息；限流电路采用数控buck电路。

上述装置可实现三大功能：电压检测功能：通过模拟电路对输出电压进行差分采样，然后做AD转换送入DSP实现检测电压功能；防反功能：根据检测到的输出电压，判断是否有反接现象，以决定是否闭合继电器实现防反功能；限流功能：通过Buck电路对输出电流进行闭环控制实现限流功能；设置直流母线电压检测电路可实现自动判断直流母线的接入情况，通过该情况主控CPU能够判断是否反接，判断电压差以及充放电电流的大小应该多少。此外，因为各个电池包也有电压检测，因此，可以实时检测各端口电池包接入状况，按电压情况不同，自动分配放电及充电动作；放电中，电压低于平均电压，系统将该电池包剔出放电模式，并保护，等整体电压与该电池包电压相同时，再接入系统并引导放电。充电中，系统将剔出电压等级高的电池，优先对电压低的电池进行充电，等电压恢复到大致相同的水品，再接入系统一起充电。

放电：直流母线电压下降，设备自动按设定限流进行放电；

充电：直流母线电压至53V以上，设备给磷酸铁锂电池组进行充电，充电电流以轮训方式进行。

待机：直流母线电压与电池组电压相同且没有电流，系统设备进入待机节能模式。

如图3-4所示，所述防反接口内置电压检测电路，所述电压检测电路和直流母线电压检测电路结构相同，均包括电压传感器和DSP，电压传感器用于检测对应的电池包或者直流母线的电压值，电压传感器的信号输出端连接DSP的输入端，DSP的输出端连接主控CPU，主控CPU以任意一个电池包为基准，根据该电池包的电压值判断其余电池包的接入是否正确。这样设置的好处是，该装置以某一电池组为基础判断条件，判断另一组电池组接入，如出现反接，主控CPU可向LED显示屏输出告警信息，并不接通并提示现场工作人员，安全可靠，可以快速检测出是否反接。

本发明装置可实现如下两个作用或功能：

1、延长通信用基站备用电池(铅酸电池)在网服务时长，保护客户资产全生命周期应用与管理。

按通信行业标准，当蓄电池容量低于标称容量80％以下时即应报废。但有关调研显示，尽管目前国内普遍使用的GFM型蓄电池设计寿命一般是8年甚至更高，但能够在上述标准下使用超过3年的不足15％。大多数电池3年内出现问题，5年内完全报废，根本达不到设计寿命。

利用通信用直流稳流控制器及可移动电池组(磷酸铁锂电池)进行系统负载分担优化维护，对报废蓄电池(80％容量)进系统备用所需容量补充处理，可以最大限度地延长基站的备电时长，既节约资金、减少成本，又有利于环保和节能降耗。

如通信基站配置电池容量为-48V500Ah，5年后容量剩下-48V400Ah，采用通信直流控制器增加-48V100Ah可移动电池，同样达到-48V500Ah的备用时长及应用效果；当第二年容量变化为-48V350Ah，则只需要再增加-组-48V50Ah可移动电池，均可以满足备用时长及现场应用。

按照通信行业对蓄电池及备用时长的需求，灵活配置该设备，可以减少大额建设成本，按照XX地市4000个站址蓄电池每年更换配置，可以节省30％以上的投资。

2、作为通信基站标准应急发电设备。

我们利用通信直流稳流控制器及可移动电池(磷酸铁锂电池)结合产生了通信基站应急发电电源产品，当整体设备被移动到停电后的基站，直接接入直流母线，即可完成现场发电，具体发电时长为基站负载电流停电时长，如维护性停电，该区域停电5小时，基站电池只能支撑2小时，剩余的3小时均可以通过这种方式完成，达到发电3小时的目的。

根据通信行业地区发电的普遍需求为3-10小时，采用该技术均可以满足这样的发电应急保障需求。

此外，本发明还具有下列优点：

便携性：整体机组高度小于600mm，占地不到1平方便于1人携带，轻松上站；行李箱拉杆，方便移动，模块化控制器与磷酸铁锂电池组可以随意插拔，灵活配置。

易操作性：操作简单，无需培训“0”难度，轻松上手，快速接口，接线方便。

安全性：操作安全，防反接，无打火，电压低于交流，运维更简单，无燃料消耗，高效安全

经济性：电能转换，无其他能源消耗，经济高效，投资低，复用性高，可以与现网电池组并联，提高后备时长。

可靠性：系统高效可靠，输出稳定

通用性：可覆盖通信基站95％的站点应用，通用性强，易推广。

备用电池更换与延长电池备用方案：

电池容量与备用时长算法：

例1：宏基站3年后500Ah电池剩余容量425Ah*0.85*0.8＝289Ah 5小时率放电；基站实际负载50A，7小时共需电量50A*7h＝350Ah

采用直流稳流设备，让3年后的铅酸电池按照10小时率放电计算，500Ah/425Ah/380Ah蓄电池35A-42A电流放电，可以放10小时，可移动电池100Ah-8-12A电流放电，那该基站实际放电时长将可以延长到10小时或规定服务时间，而不需要更换原电池。

室外一体化机柜负载25A标准服务时间3小时25A*3h＝75Ah现网电池容量为127.5Ah*0.75(放电倍率)*0.8(放电深度)＝76.5Ah 112.5Ah*0.75(放电倍率)*0.8(放电深度)＝67.5Ah建议不用更换现网电池；如备用时长需要10小时，现网电池放电电流控制在9A-12A左右，剩余电流配置可以移动式电池150Ah提供；

这种方式即保护了现网电池性能，又可以单独作为可移动式发电单元。如负载15-40A，单纯提供5小时发电任务的话，只需100-200Ah铁锂电池。同容量更换

同容量意味着同一备用时长标准；

某地区共计6000个物理基站，今年共需更换1200个站；

如采用通信直流智能稳流控制器及可移动电池组合与基站电池并联共同工作；

采用可移动式电池组搭配投资模型与原现网电池更新改造投资减少10％-30％(约为860万左右)

二、作为应急发电设备-通信直流智能稳流均衡控制器(可移动电池)

通过上述建设模式，我们发现，我们解决如下问题：

1、存量电池资产最大化利用，节省投资(延长现网电池资产服务年限)

2、现网多出了440台独立发电单元，共计可移动电池安时数73000Ah；

3、XX地区3年配置完成，可移动发电单元为1320台，可移动电池安时数219000Ah(满足运营商3-10小时的应急发电保障需求)

采用可移动式电池组搭配投资模型可减少油机配置、维护及管理费用(约为500万左右)

总结：通信直流智能稳流均衡控制器在通信基站中的应用。

Claims (3)

1.一种基于通信用不同放电倍率电池组模块化应用并网控制器，其特征是：包括可移动电池组和直流稳流控制器，所述可移动电池组为通信用标准的磷酸铁锂电池组；所述直流稳流控制器包括五路电池输入端口、一路充放电接口、一路GPRS接口、LED显示器、主控CPU、直流母线电压检测电路、限流电路、直流母线负载电流自动检测电路和EEPROM；

所述电池输入端口采用防反接口，每路防反接口的输入端子对应连接一个-48V的电池包，电池包即磷酸铁锂电池组；五路防反接口的输出端均连接限流电路的输入端；

所述限流电路的输出端连接充放电接口；限流电路的控制端交互连接主控CPU；

所述充放电接口连接通信基站的直流母线；

所述直流母线连接并为各个负载供电；

所述直流母线电压检测电路用于检测直流母线电压，直流母线电压检测电路的输出端连接主控CPU；

所述直流母线负载电流自动检测电路用于检测负载电流，直流母线负载电流自动检测电路的输出端连接主控CPU；

所述EEPROM用于存放各个电池包的运行状态数据，EEPROM的输入端连接主控CPU的输出端；

所述LED显示器用于显示各个电池包的实时运行状态数据，LED显示器的输入端连接主控CPU的输出端；

所述GPRS接口用于连接外接的PC机和主控CPU，并将EEPROM中存储的信息上传外接的PC机；

所述数据包括电池包电压信息、电池包电流信息、直流母线电压信息、电压下限保护信息和限流设置信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于通信用不同放电倍率电池组模块化应用并网控制器，其特征是：所述防反接口内置电压检测电路，所述电压检测电路和直流母线电压检测电路结构相同，均包括电压传感器和DSP，电压传感器用于检测对应的电池包或者直流母线的电压值，电压传感器的信号输出端连接DSP的输入端，DSP的输出端连接主控CPU，主控CPU以任意一个电池包为基准，根据该电池包的电压值判断其余电池包的接入是否正确。

3.根据权利要求1所述的一种基于通信用不同放电倍率电池组模块化应用并网控制器，其特征是：限流电路采用数控buck电路。