CN106532872A - 一种多组电池组在通信基站中的矩阵控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信基站动力系统直流电源技术领域，具体涉及主控单元、多组电池的合路单元装置及相应控制单元，包括多个负载、开关电源、多组主控单元、多组电池组合路单元及多组电池组，开关电源为多组电池组合路单元供电，其中每个主控单元配合一个电池组合路单元和一个电池组使用；所述多组电池组合路单元由两只逆止二极管、两只控制充电状态的开关、电流采样元件组成，并采用一定的步骤。
Description
技术领域
本发明属于通信基站动力系统直流电源技术领域，具体涉及主控单元、多组电池的合路单元装置及相应控制单元。
背景技术
电动汽车动力电池容量衰减到初始容量80％以下时，就需要更换。随着电动汽车的迅猛发展，越来越多的动力电池从电动汽车上退役下来。为有效利用其剩余容量，将其梯次利用到通信基站的电源系统作为后备电源，即节约了能源、又减少了污染排放。
通信基站动力系统直流电源系统通常是采用铅酸电池作为后备电源，即铅酸电池的充放电管理由开关电源监控系统完成，没有独立的电池充放电管理系统。随着梯次锂电的存量越来越大，锂代铅无论从经济和技术上都成为可能。而在逐步取代的过程中更多地基站存在多组电池并联的情况，多组电池可能都是铅酸、铅酸和锂电或者都是锂电。
多组电池在通信基站中的矩阵管理方法有效地管理基站中多组电池的充放电情况，根据不同工况选用不同模式，充分利用电池的剩余能量，延长电池使用寿命，保证基站安全可靠运行。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种多组电池在通信基站中的矩阵控制方法，结合多组电池控制单元及合路单元完成多组电池的充放电管理，根据不同使用工况实现特制化智能化的管理模式，解决了多组电池(全铅酸、部分铅酸加部分梯次锂电、全锂电)在通信基站中并联使用的环流及安全可靠等问题。
本发明采用的技术方案是：一种多组电池组在通信基站中的矩阵控制方法，其特征在于：包括多个负载、开关电源、多组主控单元、多组电池组合路单元及多组电池组，开关电源为多组电池组合路单元供电，其中每个主控单元配合一个电池组合路单元和一个电池组使用；所述电池组合路单元由两只逆止二极管、三只控制充电状态的开关、限流电阻、电流采样元件组成；其中对多组电池组合路单元和多组电池组采取以下步骤：
第一步初始化；
第二步同时或依次检测电池组电压是否正常，不正常时启动报警，正常时启动限流充电回路；
第三步同时或依次在限流充电过程中随时检测电池组的充电电流，电流小于设定值转为正常充电回路；
第四步同时或依次正常充电过程中随时检测每只电池组电压，电池组电压大于设定值时，判断电池组充满状态，充满后可继续浮充或搁置备用；
第五步运行过程中如有交流失电情况发生，能够同时无延时进入失电保护状态。
进一步的，所述控制充电状态的开关为直流接触器、固态继电器、无触点开关中的一种或几种。
进一步的，所述电流采样元件为分流器或者霍尔传感器。
进一步的，所述主控单元具体为电池管理系统BMS。
进一步的，所述电池管理系统BMS，含有系统级芯片SOC和GPRS模块。
进一步的，所述开关电源的供电源为风机、光伏板、市电、柴油发电机中的一种或几种。
主控单元每个站只配一个，其主要功能有：接收每组电池的控制单元上送的数据，数据存储，数据管理，控制每组电池组的运行状态，计算电池组总的SOC，上送数据给动力环境系统及GPRS模块。合路单元每组电池配一个
本发明具有以下优点：
1.多组锂电池在通信基站中属于首次应用，在通信基站中的矩阵管理方法解决了多组电池在通信基站应用中的环流及安全可靠问题，能够适应不同类型、不同容量电池之间的并联，实现了多组电池(尤其是锂电池)依次、同时充电，同时放电。
2.使车用动力电池退役后剩余能量能够得到充分的利用，减少了碳排放和环境污染，响应了国家在绿色经济、循环经济、低碳经济等的刚性需求，同时也有很好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明带限流回路一种方式的结构示意图；
图2为本发明带限流回路另一种方式的结构示意图；
图3为本发明不带限流回路一种方式的结构示意图；
图4为本发明不带限流回路另一种方式的结构示意图；
图5为本发明合路单元-电池组的示意图；
图6为本发明基站组网图。
图1-6中附图标记：K0：负荷开关；Z:负载；G1：电池组、G2：电池组、Gn：电池组；R1:限流电阻、R2：限流电阻、Rn：限流电阻；K0:开关，K11：充电开关、K12：放电开关、K13:限流开关、K21：充电开关、K22：放电开关、K23：限流开关、Kn1：充电开关、Kn2：放电开关；Kn3：限流开关；FL1:电流采样元件、FL2：电流采样元件、FLn：电流采样元件；BMS1：电池管理系统1、BMSn：电池管理系统n；其中n表示自然数。
具体实施方式
图1为本发明带限流回路一种方式的结构示意图；第一组合路单元由两只逆止二极管、三只控制充电状态的开关(充电开关K11、放电开关K12、限流开关K13，具体可以由直流接触器、固态继电器或者无触点开关来实现，视具体工况和实际要求来确定)、限流电阻(R1)、电流采样元件(FL1，具体可以有分流器或者霍尔传感器来实现，视具体工况和实际要求来确定)组成；第二组合路单元由两只逆止二极管、三只控制充电状态的开关(充电开关K21、放电开关K22、限流开关K23，具体可以由直流接触器、固态继电器或者无触点开关来实现，视具体工况和实际要求来确定)、限流电阻(R2)、电流采样元件(FL2，具体可以有分流器或者霍尔传感器来实现，视具体工况和实际要求来确定)组成；以此类推第N组合路单元由两只逆止二极管、三只控制充电状态的开关(充电开关Kn1、放电开关Kn2、限流开关Kn3，具体可以由直流接触器、固态继电器或者无触点开关来实现，视具体工况和实际要求来确定)、限流电阻(Rn)、电流采样元件(FLn，具体可以有分流器或者霍尔传感器来实现，视具体工况和实际要求来确定)组成。行为控制电池组开关列为电池组充放电状态矩阵：
以第一组合路单元为例：
限流充电
仅限流开关K13闭合，开关电源B+、B-向含FL1、R1、K13器件在内的电池组G1支路充电，同时带负载Z。
正常充电
仅充电开关K11闭合，开关电源B+、B-向含FL1、二极管、K11器件在内的电池组G1支路充电，同时带负载Z。
失电保护
当开关电源B+、B-失电时，此时仅放电开关K12闭合，电池组G1向负载Z供电，即电池组G1、负载Z、放电开关K12、另一个二极管、电流采样元件FL1形成闭合回路，完成在开关电源B+、B-失电情况下，对负载Z的供电。当电池组电压低于保护值时，断开放电开关K12，进行电池低电压保护。
上述第一组合路单元、第二组合单元、直至第N组合路单元能够实现依次充电或同时充电，并能够实现同时放电。
图2为本发明带限流回路另一种方式的结构示意图。其与图1中主要区别在于限流电路(限流开关K13、电阻R1)接到开关电源B+一侧，其余限流充电、正常充电、失电保护的实现，以及实现的功能(实现的功能是指：第一组合路单元、第二组合单元、直至第N组合路单元能够实现依次充电或同时充电，并能够实现同时放电)与图1中相应实现一致。
图3为本发明不带限流回路一种方式的结构示意图。第一组合路单元由两只逆止二极管、两只控制充电状态的开关(充电开关K11、放电开关K12，具体可以由直流接触器、固态继电器或者无触点开关来实现，视具体工况和实际要求来确定)、电流采样元件(FL1，具体可以有分流器或者霍尔传感器来实现，视具体工况和实际要求来确定)组成；第二组合路单元由两只逆止二极管、两只控制充电状态的开关(充电开关K21、放电开关K22，具体可以由直流接触器、固态继电器或者无触点开关来实现，视具体工况和实际要求来确定)、电流采样元件(FL2，具体可以有分流器或者霍尔传感器来实现，视具体工况和实际要求来确定)组成；以此类推第N组合路单元由两只逆止二极管、两只控制充电状态的开关(充电开关Kn1、放电开关Kn2，具体可以由直流接触器、固态继电器或者无触点开关来实现，视具体工况和实际要求来确定)、电流采样元件(FLn，具体可以有分流器或者霍尔传感器来实现，视具体工况和实际要求来确定)组成。
控制单元(BMS)每组电池配一个，其主要功能有：单电池电压采样、单电池温度采样、充放电电流采样、过欠压报警及保护、高低温报警及保护、限流保护、充放电状态控制、SOC等参数计算、数据存储、数据的智能分拣、数据远传等功能。
行为控制电池组开关列为电池组充放电状态矩阵：
主控单元、合路单元、控制单元在整个基站组网系统中结构详见附图6.
以第一组合路单元为例：
正常充电
仅充电开关K11闭合，开关电源B+、B-向含FL1、二极管、K11器件在内的电池组G1支路充电，同时带负载Z。
失电保护
当开关电源B+、B-失电时，此时仅放电开关K12闭合，电池组G1向负载Z供电，即电池组G1、负载Z、放电开关K12、另一个二极管、电流采样元件FL1形成闭合回路，完成在开关电源B+、B-失电情况下，对负载Z的供电。当电池组电压低于保护值时，断开放电开关K12，进行电池低电压保护。
上述第一组合路单元、第二组合单元、直至第N组合路单元能够实现依次充电或同时充电，并能够实现同时放电。
图4为本发明不带限流回路另一种方式的结构示意图。其与图3中主要区别在于电池组支路(电池组G1、电流采样元件FL1)接到开关电源B-一侧，其余正常充电、失电保护的实现，以及实现的功能(实现的功能是指：第一组合路单元、第二组合单元、直至第N组合路单元能够实现依次充电或同时充电，并能够实现同时放电)与图3中相应实现一致。
图5为本发明合路单元-电池组的示意图；图6为本发明基站组网图。
实施例1(一组铅酸、两组梯次电池、三四类市电)：
有第一、二、三组合路单元，其中一组用铅酸作电池组、两组用梯次锂电池,当应用于三四类市电(像图6中所示市电、柴机)作为开关电源的情况。适合的充电方式：依次充电、铅酸充满后继续浮充、梯次锂电充满后根据要求可选择浮充或备电搁置，交流失电后同时放电，放电到二次下电电压时，切断放电回路。当市电正常时，负载始终由充电机(开关电源)供电。
实施例2(三组梯次电池、新能源工况)：
第一、二、三组合路单元均用梯次锂电池，当应用于新能源工况时(即图6中风机和/或光伏板作为开关电源B+、B-来源时)。适合的充电方式：同时充电，因为设有限流保护，不会发生过充。充满后，根据要求可浮充，可备电搁置。放电时，由梯次锂电带载放电。
实施例3(一组铅酸、两组梯次电池、削峰填谷工况)：
有第一、二、三组合路单元，其中一组用铅酸作电池组、两组用梯次锂电池,用于解决开关电源削峰填谷现象的情况。适合的运行方式：需要充电时同时充电，需要放电时断开充电机与负载的连接，由梯次锂电带载放电，铅酸备用；
谷供电8小时：开始充电；平供电8小时，保持充满状态；峰供电电池放电。
实施例4(两组铅酸，正常工况)：
有第一、二组合路单元、两组均用铅酸作电池组的正常工况。多组电池矩阵管理模式不但对梯次电池能有效管理，对原来配有两组铅酸的蓄电池也能有效管理，即可避免电池组间并联产生环流，也可灵活选择充放电策略及满电运行方式；
适合的运行方式：可同时充电或依次充电；放电时同时放电；
实施例5(原有方案，特殊工况—有时需停用)：
多组电池矩阵管理模式的特殊工况，例如：有时需停用的基站，不但能远程切断负载(断开负荷开关K0)，而且能随时补充电池自放电。避免电池长期搁置自放电过大影响电池使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种可知的更改和变化。凡在本发明的原则和精神之内，所作出的任何等同替换、修改、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多组电池组在通信基站中的矩阵控制方法，其特征在于：包括多个负载、开关电源、多组主控单元、多组电池组合路单元及多组电池组，开关电源为多组电池组合路单元供电，其中每个主控单元配合一个电池组合路单元和一个电池组使用；每组所述电池组合路单元由两只逆止二极管、两只控制充电状态的开关、电流采样元件组成；其中对多组电池组合路单元和多组电池组采取以下步骤：
第一步初始化；
第二步同时或依次检测电池组电压是否正常，不正常时启动报警，正常时启动限流充电回路；
第三步同时或依次在限流充电过程中随时检测电池组的充电电流，电流小于设定值转为正常充电回路；
第四步同时或依次正常充电过程中随时检测每只电池组电压，电池组电压大于设定值时，判断电池组充满状态，充满后可继续浮充或搁置备用；
第五步运行过程中当开关电源有交流失电情况时，能够同时无延时进入失电保护状态。
2.根据权利要求1所述一种多组电池组在通信基站中的矩阵控制方法，其特征在于：所述电池组合路单元还含有限流电阻和一只控制充电状态的开关。
3.根据权利要求1或2所述一种多组电池组在通信基站中的矩阵控制方法，其特征在于：所述控制充电状态的开关为直流接触器、固态继电器、无触点开关中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种多组电池组在通信基站中的矩阵控制方法，其特征在于：所述电流采样元件为分流器或者霍尔传感器。
5.根据权利要求1所述一种多组电池组在通信基站中的矩阵控制方法，其特征在于：所述主控单元具体为电池管理系统BMS。
6.根据权利要求5所述一种多组电池组在通信基站中的矩阵控制方法，其特征在于：所述电池管理系统BMS含有系统级芯片SOC和GPRS模块。
7.根据权利要求1所述一种多组电池组在通信基站中的矩阵控制方法，其特征在于：所述开关电源的供电源为风机、光伏板、市电、柴油发电机中的一种或几种。
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