CN109120058A - 电源监控系统、通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电源监控系统、通信设备。其中，电源监控系统包括：监控模块，用于监控交流供电状态；充电模块，与第一电池和第二电池连接，用于对第一电池和第二电池进行充电；供电模块，与监控模块连接，用于在交流供电状态指示交流供电中断时，使用第一电池和第二电池循环供电。通过本发明，解决了相关技术中电池放电不充分而影响电池和受电单元性能的技术问题，同时也极大提高了电池的利用率，降低了电池成本。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种电源监控系统、通信设备。
背景技术
长期以来，通信能源设备中，都是配置铅酸电池作为备电设备，避免由于交流停电而导致的通信系统瘫痪。但是铅酸电池循环寿命短，放电深度较浅，体积大，使用存在一定的弊端。近年来随着铁锂电池研究的深入，铁锂电池的优点：循环寿命长、高温性能好、大容量、无记忆效应、重量轻、环保等越来越被人熟知，因此通信能源领域用铁锂电池替代铅酸电池的呼声越来越高。
但是由于铁锂电池的价格比较高，同容量大概是铅酸电池的3-5倍，因此在通信能源很多应用场景中，为了减少成本，按照一组铅酸电池和一组铁锂电池来配置储能设备；还有的场景，铅酸电池使用了一定的年限，为了延长铅酸电池使用寿命以及减少油机运行时间，在旧系统中并入一组铁锂电池，将旧的铅酸电池作为铁锂电池的备用，铁锂电池优先进行充放电循环，定期对铅酸电池进行充放电循环。
相关技术在铅酸电池和铁锂电池混合供电的应用中，还存在很多问题有待解决，比如铅酸电池和铁锂电池的特性不一样，在充电时，充电电压以及充电电流不一致，铁锂电池充电电压55V，而铅酸电池的充电电压为56.4V，目前混用电池充电的电压都是取中间值作为充电电压，如55.5V，铁锂电池充电电压过高，会导致铁锂电池过充而损坏，铅酸电池长期欠充会由于其自身的记忆效应而寿命减少；在放电时，铁锂电池合理的放电DOD是60％，而铅酸电池是40％，在合理放电区间内，铁锂电池电压降低较小，而铅酸电池电压变化比较大，在5V左右，这个根据电池电压来控制油机启停以及断开用电设备的功能很难实现，目前应用中存在的问题一般是铁锂电池放电不充分，或者铅酸电池放电不充分导致油机运行时间增加。
针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未发现有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种电源监控系统、通信设备，以至少解决相关技术中电池放电不充分而影响电池和受电单元性能的技术问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种电源监控系统，包括：监控模块，用于监控交流供电状态；充电模块，与第一电池和第二电池连接，用于对所述第一电池和所述第二电池进行充电；供电模块，与所述监控模块连接，用于在交流供电状态指示交流供电中断时，使用所述第一电池和所述第二电池循环供电。
可选地，所述充电模块还包括：共同充电单元，用于对所述第一电池和所述第二电池同时进行充电；或，单独充电单元，用于对所述第一电池和所述第二电池依次进行充电。
可选地，所述共同充电单元还用于：比较所述第一电池和所述第二电池的电压差，并导通电压低的电池的充电回路；当检测到所述电压差小于预设阈值时，导通未导通充电回路的电池的充电回路。
可选地，所述单独充电单元还用于：导通所述第一电池的充电回路，并按照所述第一电池的充电系数对所述第一电池充电；在所述第一电池充电完成后，将所述充电回路切换到所述第二电池，并按照所述第二电池的充电系数对所述第二电池充电；其中，所述第一电池为主用电池，所述第二电池为备用电池。
可选地，所述供电模块还包括：第一切换单元，用于在交流供电中断时，切换到所述第一电池进行供电；检测单元，用于检测所述第一电池的放电深度DOD和/或实时电压；第二切断单元，用于在所述第一电池的DOD达到预设门限值时，切换到所述第二电池进行供电。
可选地，检测单元还包括：计算子单元，用于在所述第一电池放电过程中，计算所述第一电池放出的电池容量AH，其中，所述AH与所述DOD对应。
可选地，所述第二切断单元还用于在所述第一电池的实时电压小于预设电压时，切换到所述第二电池进行供电。
可选地，确定单元，用于确定主用电池与备用电池的总放电次数，在所述主用电池的放电次数与所述备用电池的放电次数未达到预设比例时，确定所述主用电池为所述第一电池，在所述主用电池的放电次数与所述备用电池的放电次数达到所述预设比例时，确定所述备用电池为所述第一电池。
可选地，所述第一电池为铁锂电池，所述第二电池为铅酸电池。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种通信设备，包括：基站、交流电源、第一电池和第二电池，所述设备还包括：上述实施例中的电源监控系统。
通过本发明，通过本实施例的系统，在放电时，循环放电，通过放电比例设置，让两组电池都充分参与循环，可以保持两种电池的化学活性，可以延长电池的使用寿命，解决了相关技术中电池放电不充分而影响电池和受电单元性能的技术问题，同时也极大提高了电池的利用率，降低了电池成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的电源监控系统的结构框图；
图2是根据本发明实施例的通信设备的结构框图；
图3是本发明实施例的软件模块划分以及各模块的协作关系图；
图4为本发明实施例充电过程中控制逻辑流程图；
图5为本发明实施例放电过程中控制逻辑流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
实施例1
以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
在本实施例中提供了一种电源监控系统，图1是根据本发明实施例的电源监控系统的结构框图，如图1所示，包括：
监控模块10，用于监控交流供电状态；
充电模块12，与第一电池和第二电池连接，用于对第一电池和第二电池进行充电；
供电模块14，与监控模块连接，用于在交流供电状态指示交流供电中断时，使用第一电池和第二电池循环供电。
通过本实施例的系统，在放电时，循环放电，通过放电比例设置，让两组电池都充分参与循环，可以保持两种电池的化学活性，可以延长电池的使用寿命，解决了相关技术中电池放电不充分而影响电池和受电单元性能的技术问题，同时也极大提高了电池的利用率，降低了电池成本。
本实施例在无特殊说明的情况下，第一电池和第二电池可以分别是任意的其中一个，可以任意主备。
可选的，充电模块还包括：共同充电单元，用于对第一电池和第二电池同时进行充电；或，单独充电单元，用于对第一电池和第二电池依次进行充电。
在根据本实施例的一个可选实施方式中，系统同时给两个电池充电，共同充电单元的充电步骤包括：
S11，比较第一电池和第二电池的电压差，并导通电压低的电池的充电回路；
S12，当检测到电压差小于预设阈值时，导通未导通充电回路的电池的充电回路。
在根据本实施例的另一个可选实施方式中，系统单独给两个电池充电，单独充电单元的充电步骤包括：
S21，导通第一电池的充电回路，并按照第一电池的充电系数对第一电池充电；
S22，在第一电池充电完成后，将充电回路切换到第二电池，并按照第二电池的充电系数对第二电池充电；其中，第一电池为主用电池，第二电池为备用电池。
在单独充电时，可以按照电池的各自特性区别设置充电电压和充电电流，这样可以充分发挥电池大电流充电的优势，提高充电效率，还可以避免某组电池过充，而在某些特殊场合，要求同时充电的，可以通过设置充电方式来实现。
可选的，供电模块还包括：第一切换单元，用于在交流供电中断时，切换到第一电池进行供电；检测单元，用于检测第一电池的实时电压和/或放电深度(Depth ofdischarge，简称为DOD)；第二切断单元，用于在DOD达到预设门限值时，切换到第二电池进行供电。具体的，可以设置预设门限值为60％，预设电压为50V，当第一电池的DOD达到60％时，或者(同时)实时电压小于50V时，切换到第二电池继续给受电单元供电。
可选的，检测单元还包括：计算子单元，用于在第一电池放电过程中，计算第一电池放出的电池容量(Amper/Hour，AH)，其中，AH与DOD对应。可以通过电流对时间进行积分计算得到AH.
在根据本实施例的一个可选实施方式中，第二切断单元还用于第一电池的实时电压小于预设电压时，切换到第二电池进行供电。可以充分利用第一电池的储备电能。
可选的，供电模块还包括：确定单元，用于在第一切换单元切换到所述第一电池进行供电之前，确定主用电池与备用电池的总放电次数，在所述主用电池的放电次数与所述备用电池的放电次数未达到预设比例时，确定所述主用电池为所述第一电池，在所述主用电池的放电次数与所述备用电池的放电次数达到所述预设比例时，确定所述备用电池为所述第一电池。
在本实施例中，电池可以是铁锂电池，铅酸电池，或其他类型的电池，如第一电池为铁锂电池，第二电池为铅酸电池。
在本实施例中提供了一种通信设备，图2是根据本发明实施例的通信设备的结构框图，如图2所示，包括：基站20、交流电源22、第一电池24和第二电池26，电源监控系统28，其中，箭头表示受电方向，基站20(也可以是其他用电设备)是受电单元，交流电源22可以通过整流器为第一电池24和第二电池26充电。
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
实施例2
本实施是根据本发明的可选实施例，用于结合具体的场景和示例对本申请作进一步的详细说明:
本实施例的方案涉及铅酸电池和铁锂电池混用时充放电控制策略，充电时，铅酸电池和铁锂电池使用不同的充电电流；放电时，按照设定的条件选择铁锂电池供电还是铅酸电池供电。可以解决铅酸电池和铁锂电池混用时不能发挥铁锂电池优点的缺陷，并且在一定程度上还能延长铅酸电池的使用寿命。尤其是在某些已经开通使用了一定年限的通信基站，铅酸电池已经老化，如果对基站进行利旧改造，按照容量比例加入铁锂电池，使用此技术更加能体现出其优越性。
本实施例在充电过程中，如果可以选择单独对铅酸电池或者铁锂电池充电，根据电池的类型设定充电电压和充电电流，这样就可以避免铁锂和铅酸电池充电不当的问题；而在放电过程中，让两种电池单独放电，当一组电池放到一定DOD再切换到另外一组电池进行放电，当两组电池都放到合理的DOD，再启动油机，这样就可以避免电池放电不充分而增加油机运行时间增加
本实施例针对通信电源系统铁锂电池和铅酸电池混用场景中发现的问题，提出的一种全新控制策略，充电时用不同的充电电压和充电电流单独对两种电池进行充电，保证能将两种电池都充满；放电时，根据设定的条件优先让铁锂电池供电，发挥铁锂电池循环寿命长的特点，并且能够有效的延长铅酸电池的使用寿命。
本实施例的技术方案包括：一种全新控制策略，基于通信电源监控系统，主要应用于混合电池供电场景。电源监控系统负责管理通信系统中的供电部分，包括整流器、电池、油机、直流配电、交流配电等等，作为通信设备48V直流供电的保障。电源监控系统收集通信基站中交流供电状态、电池信息以及通信设备的用电信息。电池作为电源系统的储能设备，在整个系统中起着关键作用，而铁锂电池和铅酸电池由于充放电特性区别比较大，在两种电池同时供电时，充电过程中需要考虑两种电池的平台电压，而放电过程中需要考虑充分利用两种电池的储能。因此本发明提出在充电时，通过子设备进行充电回路切换，先充铁锂电池，充电电压和充电电流以铁锂电池为准，铁锂电池充满后再充铅酸电池，充电电压和充电电流以铅酸为准；而在放电过程中，优先铁锂电池对负载供电，铁锂电池放到一定SOC(电池剩余容量)(参数可设置)切换放电回路到铅酸电池，再让铅酸电池单独供电，为了保证铅酸和铁锂电池都能参与放电循环，本发明提出了循环比例的概念，当铁锂电池和铅酸电池放电次数满足循环比例，就优先对铅酸电池放电。本发明中提出的控制方式相信在混合电池应用场景中也能起到借鉴作用。
以上所述的电源监控系统需要具备以下条件：能够管理电池充放电；能够控制电池回路的切换；各种控制参数可以设置。
本实施例的核心思想就是电池混用时的充放电控制。首先将铁锂电池和铅酸电池任意定义为主用电池或者备用电池。充电过程中，默认以单独充电方式充电，先充主用电池，再充备用电池，主用电池按照主用电池的充电电压和充电电流进行充电，等主用电池充电达到一定的程度(可以通过参数设置)，控制子设备切换充电回路，断开主用充电回路，导通备用电池充电回路，按照备用电池设定的充电电压和充电电流，给备用电池充电；当选择为共同充电时，先充电压低的电池，当主备电池电压差小于2V后，同时导通主备电池充电回路，同时给主备电池充电，充电电流按照两者较小值进行限流；放电过程中，根据循环比例选择哪种电池优先对负载供电，当此组电池放电到设定DOD(放电深度)后，控制子设备切换到另外一组电池单独供电，当所有电池放电到设定的DOD时，请求供电源给电池充电。
实现本发明混合电池充电的具体方案步骤为：
如表1配置系统充电参数：
表1
根据充电方式不同，可以选择两种不同的充电方式；
(3)当充电方式为共同充电时，系统有市电或者其他供电源后，先比较主备电池电压，导通电压低的电池充电回路，对电压低的电池进行充电；当检测到主备电池电压相差2V以内，将主备电池的充电回路都导通，同时对两组电池进行充电，充电电流设置为主备充电限流点的较小值；
(4)当充电方式为单独充电时，系统先切换到主用电池到充电回路，按照设定的主用电池充电系数给主用电池充电，充电过程中判断电池电流I<充满判读电流(主)。如果条件满足，系统切换备用电池到充电回路，按照设定的备用电池充电参数充电，直到充满。
在另一方面，在放电过程中，实现本发明混合电池放电的具体步骤如下：
如表2配置系统放电参数：
表2
系统交流停电，电池开始放电，系统通过子系统切换到主用电池放电回路，让主用电池单独供电，放电过程中根据电池电流对时间积分计算电池放出的AH数C主；同时判断主用电池电压V0<V主，如果是，则切换到备用电池放电，备用电池放电过程中根据电池电流对时间积分计算备用电池放出的AH数C备。计算，如果C主>＝DOD主，那么主用电池有效放电次数Timer主加1，如果C备>＝DOD备，则备用电池的有效放电次数Timer备加1；
有些地区，市电条件较好，电池放电时间不长，只要3次放电的电量都超过DOD/3时，有效放电次数同样加1。比如：每次市电停电，都是主用电池先给负载供电，每次放电的电量都不到设定的DOD主，但是大于DOD主/3，当主用电池累计3次放电电量都满足DOD主/3<＝C主<DOD主，那么主用电池的有效放电次数Timer主加1；同理，每次备用电池放电过程中，放电的电量都不到设定的DOD备，但是大于DOD备/3，当备用电池累计3次放电电量都满足DOD备/3<＝C主<DOD备，那么备用电池的有效放电次数Timer备加1；
当满足Timer主–Timer备>＝Ratio，那么下次交流停电，系统通过子设备切换到备用电池放电回路，优先让备用电池给负载供电，同理计算放出AH数C备，同时判断V1<V备，如果满足条件，系统通过子设备切换到主用电池放电回路，让主用电池单独给负载供电；
图3是本发明实施例的软件模块划分以及各模块的协作关系图，包括计时模块，放电管理模块，充电管理模块，按时积分模块，回路切换控制，各模块的功能分别对应上述步骤中的实施步骤。
下面结合示例对技术方案的实施作进一步的详细描述：
某公司生产通信能源监控系统中使用一组48V200Ah铁锂电池和一组48V600AH铅酸电池，按照混合电池供电管理方式。
图4为本发明实施例充电过程中控制逻辑流程图，下面结合附图说明整个控制逻辑步骤，包括：
配置主用电池为铁锂电池，备用电池为铅酸电池；
设定参数：充电电压(锂)为55.2V，充电电流(锂)为0.7C，充满截止电流(锂)为0.08C，充电电压(铅)为56.4V，充电电流(铅)为0.15C；
充电前，将铁锂电池放电至40％SOC，铅酸放电至60％SOC；
闭合交流空开给电池充电，先对铁锂电池充电，充电电流稳定后，周期性采样电池电流I，并比较电池电流与充满截止电流乘以铁锂电池标称容量If的关系，如果满足I<If，控制子设备切换充电回路，切换到铅酸电池充电。
图5为本发明实施例放电过程中控制逻辑流程图，下面结合附图说明整个控制逻辑实现步骤，包括：
(1)按照表3设置各控制参数；
表3
| 参数 | 设定值 |
| 有效放电阈值(锂)DODLi | 60％ |
| 有效放电阈值(铅)DODPb | 40％ |
| 放电比例Ratio | 2:1 |
| 放电切换电压(锂)VLi | 50V |
| 放电切换电压(铅)VPb | 47V |
| 油机启动电压VG | 46V |
(2)系统中接入60A负载，断开交流空开，让电池放电，铁锂电池先放电；
(3)周期性采样铁锂电池电压V0，并比较V0和VLi，如果连续5次V0<VLi，下发切换命令，切换至铅酸电池放电，否则重复步骤(3)；
(4)切到铅酸后，立刻闭合交流空开，给电池充电，可以看到铁锂有效放电次数TimerLi加1，而铅酸有效放电次数TimerPb还是为0；
(5)重复步骤(2)～(4)，TimerLi＝2，TimerPb＝0，满足TimerLi-TimerPb>＝Ratio；
(6)再次断开交流空开，系统会切换到铅酸电池放电回路；
(7)周期性采样铅酸电池电压V1，并比较V1和VPb，如果连续5次V1<VPb，下发切换命令，切换到铁锂电池放电回路，否则重复步骤(7)；
(8)周期性采样铁锂电池电压V0，并比较V0和VG，如果连续5次V0<VG，下发油机启动命令，启动油机给电池充电。
以上步骤(2)、(3)、(6)、(7)、(8)中，如果系统有交流电，直接退出判断。
通过本实施例，在充电时，单独充电时，可以按照电池的各自特性区别设置充电电压和充电电流，这样可以充分发挥铁锂电池可大电流充电的优势，提高充电效率，还可以避免某组电池过充，而在某些特殊场合，要求铅酸铁锂同时充电的，可以通过设置充电方式来实现；而放电时，通过放电比例设置，可以让两组电池都充分参与循环，保持两种电池的化学活性，可以延长铅酸电池的使用寿命，同时也极大提高了电池的利用率，降低了电池成本。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电源监控系统，其特征在于，包括：
监控模块，用于监控交流供电状态；
充电模块，与第一电池和第二电池连接，用于对所述第一电池和所述第二电池进行充电；
供电模块，与所述监控模块连接，用于在所述交流供电状态指示交流供电中断时，使用所述第一电池和所述第二电池循环供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充电模块还包括：
共同充电单元，用于对所述第一电池和所述第二电池同时进行充电；或，
单独充电单元，用于对所述第一电池和所述第二电池依次进行充电。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述共同充电单元还用于：
比较所述第一电池和所述第二电池的电压差，并导通电压低的电池的充电回路；
当检测到所述电压差小于预设阈值时，导通未导通充电回路的电池的充电回路。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述单独充电单元还用于：
导通所述第一电池的充电回路，并按照所述第一电池的充电系数对所述第一电池充电；
在所述第一电池充电完成后，将所述充电回路切换到所述第二电池，并按照所述第二电池的充电系数对所述第二电池充电；
其中，所述第一电池为主用电池，所述第二电池为备用电池。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供电模块还包括：
第一切换单元，用于在交流供电中断时，切换到所述第一电池进行供电；
检测单元，用于检测所述第一电池的放电深度DOD和/或实时电压；
第二切断单元，用于在所述第一电池的DOD达到预设门限值时，切换到所述第二电池进行供电。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，检测单元还包括：
计算子单元，用于在所述第一电池放电过程中，计算所述第一电池放出的电池容量AH，其中，所述AH与所述DOD对应。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二切断单元还用于在所述第一电池的实时电压小于预设电压时，切换到所述第二电池进行供电。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述供电模块还包括：
确定单元，用于确定主用电池与备用电池的总放电次数，在所述主用电池的放电次数与所述备用电池的放电次数未达到预设比例时，确定所述主用电池为所述第一电池，在所述主用电池的放电次数与所述备用电池的放电次数达到所述预设比例时，确定所述备用电池为所述第一电池。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一电池为铁锂电池，所述第二电池为铅酸电池。
10.一种通信设备，包括：基站、交流电源、第一电池和第二电池，其特征在于，所述设备还包括：权利要求1至权利要求9任意一项所述的电源监控系统。
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