CN108233478A - 一种通信蓄电池在线充放电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信蓄电池管理领域，公开了一种通信蓄电池在线充放电系统，在通信蓄电池进行在线充放电时，对通信蓄电池组内部实现在线主动均衡，避免出现单体电池过冲、过放以及充不满的情况。本发明在蓄电池组放电过程时，控制系统通过控制开关网络，将充电机并接在蓄电池组中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的放电速度，保证蓄电池组中所有的单体电池同时完成放电；在蓄电池组充电过程时，控制系统通过控制开关网络，将电子功率负载并接在蓄电池组中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的充电速度，保证蓄电池组中所有的单体电池同时完成充电，从而实现了在线放电的主动均衡。本发明适用于通信蓄电池组。

Description

一种通信蓄电池在线充放电系统
技术领域
本发明涉及通信蓄电池管理领域，特别涉及一种通信蓄电池在线充放电系统。
背景技术
通信电源是通信设备中必不可少的组成部分，其作用是安全、稳定、可靠、不间断地为通信设备供电。在通信电源系统中，蓄电池组作为保障直流应急供电系统的重要组成部分，对保证通信系统正常运行具有重要意义。
通信蓄电池组，一般是由多个单体蓄电池串联组成，例如24个2V或8个6V或4个12V，目前，对通信蓄电池的使用、维护、检测的方法很多，但在蓄电池的使用过程中，由于蓄电池组容量、使用时间(年限)、单个电池的一致性差异以及通信设施或基站设备的负载不同等原因，使得蓄电池的工作状态不同，一旦市电停、断电后，其使用时间难以进行准确的估计，给使用、维护和管理工作带来困难。通过定期或不定期对通信蓄电池在线充放电测试，得到蓄电池在不同温度下的放电电压、电流等数据，并存储在系统中；在遇到市电停、断电时，蓄电池网管系统将检测电路实时传送的蓄电池参数与历史数据进行对比，可准确地预计蓄电池的工作时间。
由于蓄电池组中的各个单体蓄电池之间的容量会存在差异，这个差异会导致在充电时容量小的单体蓄电池先充满，先充满的电池会产生一个比其他单体蓄电池更大的电阻，从而分更高的电压，例如，一个由4个12V单体蓄电池组成的48V蓄电池组，可能会出现先充满的单体电池为15V，其他三个为11V、11V、11V情况，造成容量小的单体蓄电池会被过充以及其它电池无法充满的情况，影响整个蓄电池组的性能。同样在蓄电池组放电的时候，采用同样放电电流的时候，容量小的单体蓄电池会先放完电，如果等到所有电池都放完，容量小的单体蓄电池会产生过放电，影响该电池的寿命和性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种通信蓄电池在线充放电系统，在通信蓄电池进行在线充放电时，对通信蓄电池组内部实现在线主动均衡，避免出现单体电池过冲、过放以及充不满的情况。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种通信蓄电池在线充放电系统，包括蓄电池模块、开关网络、控制系统、电子功率负载以及充电机；其中，开关网络、电子功率负载受控制系统控制；蓄电池模块由一个或者多个蓄电池组串联而成，每个蓄电池组由多个单体蓄电池串联而成；
蓄电池组放电过程中，控制系统通过控制开关网络，将充电机并接在蓄电池组中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的放电速度，保证蓄电池组中所有的单体电池同时完成放电；蓄电池组充电过程中，控制系统通过控制开关网络，将电子功率负载并接在蓄电池组中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的充电速度，保证蓄电池组中所有的单体电池同时完成充电。
进一步的，开关网络包括第一开关、第二开关组、第三开关组以及第四开关组；且每个一个蓄电池组均对应了一个第二开关组、一个第三开关组、一个第四开关组、一个电子功率负载以及一个充电机；
若蓄电池模块中的任意一个蓄电池组记为Mi，与Mi对应的第二开关组、第三开关组、第四开关组、电子功率负载、充电机分别记为KBi、KCi、KDi、电子功率负载i、充电机i；则Mi放电时，控制系统通过控制KBi、KCi，将充电机i并接在Mi中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的放电速度，保证Mi中所有的单体电池同时完成放电；Mi充电时，控制系统通过控制KBi、KDi，将电子功率负载i并接在Mi中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的充电速度，保证Mi中所有的单体电池同时完成充电。
进一步的，本发明还包括肖特基二极管以及市电检测电路；开关网络还包括第一开关和第五开关；第一开关、第五开关、蓄电池模块三者之间串联，肖特基二极管与第五开关并联，市电检测电路与控制系统连接；当市电检测电路检测到市电停电时，控制系统控制第五开关由断开状态切换为闭合状态。
进一步的，充电机采用蓄电池模块供电。
进一步的，蓄电池模块的数量为多个，多个蓄电池模块之间相互并联；每个蓄电池模块均串联有一个第一开关和一个第五开关，每个第五开关均并联有一个肖特基二极管；第二开关组包括多个子开关组，且子开关组的数量与蓄电池模块的数量相等，每个子开关组分别与每个蓄电池模块连接。
进一步的，本发明提供的一种通信蓄电池在线充放电系统为一种通信蓄电池在线充放电测试系统，还包括检测电路，检测电路用于充放电过程中对蓄电池电压、电流、时间、温度等数据的检测。
本发明的有益效果是：本申请通过在蓄电池组放电的时候将充电机并接在蓄电池组中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的放电速度，保证蓄电池组中所有的单体电池同时完成放电；以及在蓄电池组充电的时候，将电子功率负载并接在蓄电池组中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的充电速度，保证蓄电池组中所有的单体电池同时完成充电，从而本发明可实现蓄电池在线充放电过程的主动均衡，杜绝了蓄电池组中的单体电池出现过冲、过放以及充不满的情况，同时，系统通过定期对蓄电池进行充放电测试，便于使用部门管理、维护。
附图说明
图1为实施例提供的一种通信蓄电池在线充放电测试系统的结构示意图。
图2为实施例提供的一种通信蓄电池在线充放电测试系统中一个蓄电池组连接示意图。
图中编号：KA1、KA2……为开关网络的第一开关，KB1-KBM为开关网络中的各第二开关组，KC为开关网络中的第三开关组，KD1-KDM为开关网络中的各第四开关组，KE1、KE2……为开关网络的第五开关，T为肖特基二极管，K1、K2……分别为各个蓄电池模块，1M1-1MN为第一蓄电池模块中的各个蓄电池模组，2M1-2MM为第二蓄电池模块中的各个蓄电池模组。
具体实施方式
实施例提供一种通信蓄电池在线充放电测试系统，如图1所示，包括蓄电池模块、开关网络、控制系统、肖特基二极管、电子功率负载、充电机、检测电路、市电检测电路以及蓄电池网管系统；其中，开关网络、检测电路、电子功率负载受控制系统控制，检测电路用于检测蓄电池组的容量以及在充放电过程中的电压、电流、时间、温度等数据，市电检测电路用于检测市电通断、并与控制系统连接，蓄电池网管系统通过传输电路与控制系统连接。
蓄电池模块的数量为L个，L为大于等于1整数，L个蓄电池模块之间相互并联。每个蓄电池模块包括M个蓄电池组，M为大于等于1整数，M个蓄电池组相互串联；每个蓄电池组由N个单体蓄电池串联而成，N为大于等于2整数；开关网络包括第一开关、第二开关组、第三开关组、第四开关组以及第五开关；第二开关组包括L个子开关组，每个子开关组分别与每个蓄电池模块连接。
第二开关组分别与蓄电池组、第三开关组、第四开关组连接，第三开关组与电子功率负载连接，第四开关组与充电机连接。
每个蓄电池模块均串联有一个第一开关和一个第五开关，每个第五开关均并联有一个肖特基二极管。就某一个蓄电池模块而言，该蓄电池模块中每个蓄电池组均对应有一个第二开关组、一个第三开关组、一个第四开关组、一个充电机以及一个电子负载，即：若该蓄电池模块有M个蓄电池组，则分别有M个第二开关组、M个第三开关组、M个第四开关组、M个充电机、M个电子负载。
实施例中，为充电机供电的电能的是蓄电池模块，充电机的输入电压为蓄电池组的输出电压；电子功率负载为与蓄电池参数相匹配的电子负载；检测电路为检测蓄电池充放电的电压、电流、时间、温度的检测电路；传输电路为有线或无线通信传输电路；蓄电池网管系统为通用的计算机和相关网关。控制系统为通用的控制电路。
若蓄电池模块中的任意一个蓄电池组记为Mi，与Mi对应的第二开关组、第三开关组、第四开关组分别记为KBi、KCi、KDi、电子功率负载i、充电机i，其中1≤i≤M；则实施例还需向控制系统加载以下控制程序：Mi放电过程中，控制系统通过控制KBi、KCi，将充电机i并接在Mi中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的放电速度，保证Mi中所有的单体电池同时完成放电；Mi充电过程中，控制系统通过控制KBi、KDi，将电子功率负载i并接在Mi中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的充电速度，保证Mi中所有的单体电池同时完成充电。
实施例中各个蓄电池组与开关网络的接法原理相似，下面以蓄电池模块K1中第一蓄电池组1M1的接法为例，对本实施例的原理进行说明。如图2所示，1M1由N个单体蓄电池串联而成，N为大于等于2整数；本例中与第一蓄电池组1M1对应的是第二开关组的子开关组KB11、第三开关组KC1、第四开关组KD1。第二开关组的子开关组KB11包括依次编号的N+1个开关KB11-KB1N+1，第四开关组KD1包括依次编号的4个开关KC1-KC4；第四开关组KD1中奇数编号(即KD11、KD13)的开关的一端与KB1中偶数编号(即KB12、KB14、KB16、……)的开关的一端连接，第四开关组KD1中偶数编号(即KD12、KD14)的开关的一端与KB11组中奇数编号(即KB11、KB13、KB15、……)的开关的一端连接；各单体蓄电池的正极分别与KB11中前N个开关的另一端连接，蓄电池组1M1的负极与第二开关组KB11中第N+1个开关的另一端连接；第四开关组KD1中开关KD11和开关KD12的另一端与充电机1的输出负极连接，第四开关组KD1中开关KD13和开关KD14的另一端与充电机1的输出正极连接；第三开关组KC1中开关KC11和开关KC13一端与第二开关组KB1中奇数编号的开关的一端连接，第三开关组KC1中开关KC12和开关KC14一端与KB11中偶数编号的开关的一端连接，第三开关组KC1中开关KC11和开关KC12的另一端与电子功率负载1的负极连接，第三开关组KC1中开关KC13和开关KC14的另一端与电子功率负载1的正极连接；第一开关KA1和第五开关KE1串联在蓄电池组1M1的外部，肖特基二极管T与第五开关KE1并联，肖特基二极管T的导通方向与蓄电池组的外部电流的流向相同。
实施例的工作原理如下：
1、系统正常备用时，控制系统控制开关网络仅将第一开关KA1、KA2……以及第五开关KE1、KE2……闭合，开关网络中的其余开关全部断开，此时，通信蓄电池组可以为通信设备提供正常工作的48V或者24V备用电源，保证通信设备正常工作。
2、需要离线更换或者维护某个蓄电池模块时，则将该蓄电池模块所对应的第五开关断开。
3、需要在线对蓄电池模块中的蓄电池组进行测试时，通过控制系统和蓄电池网管系统控制开关网络按照不同的开关断开、闭合组合方式，在同样保证通信蓄电池正常备用状态下的情况下，对单体蓄电池或蓄电池分组充、放电进行测试。例如，需要对图2中蓄电池模块K1的蓄电池组1M1进行充放电测试时，则将图中第五开关KE1断开，使蓄电池组1M1与通信设备的通信电源隔开，由于有肖特基管T存在，就能保证在测试单体电池过程中，市电停电后蓄电池组仍然能为通信设备供电，一旦系统通过市电检测电路检测到市电停电，则将第五开关KE1闭合，从而实现无缝切换到蓄电池模组正常为通信设备供电状态中。
以下假设蓄电池组1M1中单体蓄电池D2容量较低为50AH，其他的单体蓄电池D1、D3-DN的容量均为60AH。
当在线放电测试时，控制系统首先控制第五开关KE1断开，然后控制系统通过控制KB111、KB1N+1、KC11、KC14，从而将电子功率负载1串接在蓄电池组1M1两端进行放电，检测电路测试并记录蓄电池组1M1放电电压、电流、温度、时间等数据信息，并上传到控制系统并通过通信网络传送到蓄电池网管系统，由于单体蓄电池D2的容量小，在放电过程中控制系统还会通过控制KB112、KB113、KD12、KD13，从而将充电机1并接在单体蓄电池D2上，以减缓单体蓄电池D2的放电速度，保证蓄电池组1M1中所有的单体电池同时完成放电。
当在线充电测试时，控制系统首先控制第五开关KE1断开，然后控制系统通过控制KB111、KB1N+1、KD11、KD14，将充电机1串接在蓄电池组1M1两端进行充电，检测电路测试并记录蓄电池充电电压、电流、温度、时间等数据信息，并上传到控制系统并通过通信网络传送到蓄电池网管系统，充电过程中控制系统还通过控制KB12、KB131、KC12、KC13，从而将电子功率负载1并接在单体蓄电池D2上，以减缓单体蓄电池D2的充电速度，保证蓄电池组1M1中所有的单体电池同时完成充电。
通过上述的在线充放电测试，远程控制管理系统根据采集的数据，完整地记录单体蓄电池一个放电周期内的放电电压、电流、温度等基本参数，得到对应蓄电池的放电曲线。当市电出现停、断电的时候，通过将实际检测各参数值与管理系统记录的数据信息进行比对，按照特定的规则进行计算，可以准确地预定蓄电池在不同季节(温度环境)下的工作时间。
以上描述了本发明的基本原理和主要的特征，说明书的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种通信蓄电池在线充放电系统，其特征在于，包括蓄电池模块、开关网络、控制系统、电子功率负载以及充电机；其中，开关网络、电子功率负载受控制系统控制；蓄电池模块由一个或者多个蓄电池组串联而成，每个蓄电池组由多个单体蓄电池串联而成；
蓄电池组放电过程中，控制系统通过控制开关网络，将充电机并接在蓄电池组中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的放电速度，保证蓄电池组中所有的单体电池同时完成放电；蓄电池组充电过程中，控制系统通过控制开关网络，将电子功率负载并接在蓄电池组中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的充电速度，保证蓄电池组中所有的单体电池同时完成充电。
2.根据权利要求1所述的一种通信蓄电池在线充放电系统，其特征在于，开关网络包括第二开关组、第三开关组以及第四开关组；且每个一个蓄电池组均对应了一个第二开关组、一个第三开关组、一个第四开关组、一个电子功率负载以及一个充电机；
若蓄电池模块中的任意一个蓄电池组记为Mi，与Mi对应的第二开关组、第三开关组、第四开关组、电子功率负载、充电机分别记为KBi、KCi、KDi、电子功率负载i、充电机i；则Mi放电过程中，控制系统通过控制KBi、KCi，将充电机i并接在Mi中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的放电速度，保证Mi中所有的单体电池同时完成放电；Mi充电过程中，控制系统通过控制KBi、KDi，将电子功率负载i并接在Mi中容量较低的单体蓄电池上，以减缓容量较低的单体蓄电池的充电速度，保证Mi中所有的单体电池同时完成充电。
3.根据权利要求1或2所述的一种通信蓄电池在线充放电系统，其特征在于，还包括肖特基二极管以及市电检测电路；开关网络还包括第一开关和第五开关；第一开关、第五开关、蓄电池模块三者之间串联，肖特基二极管与第五开关并联，市电检测电路与控制系统连接；当市电检测电路检测到市电停电时，控制系统控制第五开关由断开状态切换为闭合状态。
4.根据权利要求3所述的一种通信蓄电池在线充放电系统，其特征在于，充电机采用蓄电池模块供电。
5.根据权利要求3所述的一种通信蓄电池在线充放电系统，其特征在于，蓄电池模块的数量为多个，多个蓄电池模块之间相互并联；每个蓄电池模块均串联有一个第一开关和一个第五开关，每个第五开关均并联有一个肖特基二极管；第二开关组包括多个子开关组，且子开关组的数量与蓄电池模块的数量相等，每个子开关组分别与每个蓄电池模块连接。
6.根据权利要求3所述的一种通信蓄电池在线充放电系统，其特征在于，还包括检测电路，检测电路用于检测蓄电池组的容量以及在充放电过程中的电压、电流、时间和温度数据。
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