CN109301920B - 基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，包括开关电源、基站负载、铅酸电池组、直流母线、若干锂电池供电单元；所述开关电源一端连接市电，另一端与直流母线连接；所述基站负载、铅酸电池组、若干锂电池供电单元并联并同时与直流母线连接；其特征为：所述若干锂电池供电单元之间通过菊花链总线实现锂电池供电单元之间的信号通信。本发明还公开了一种采用上述电池管理器的控制方法及其应用。

Description

基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器、控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器、控制方法及其应用，属于通信基站储能电池技术领域。

背景技术

随着各类无线通信设备的普及和使用，维持通信稳定的通信基站变得愈加重要。为了为周围一定范围的区域提供稳定的通讯信号，通信基站的设计中势必要对可能造成通信基站内负载断电的市电失电情况作出应急预案，因此铅酸电池常常作为市电失电中的备用电源而广泛应用于通信基站的设计建造中。

然而，铅酸电池寿命较短，再加上市电频繁失电将造成的铅酸电池频繁充放电，而且是在放电后未充满电就再次放电，频繁充放电和欠充现象对铅酸电池造成了更大的损耗，大大增加了通信基站的运行维护成本。为了保护铅酸电池，锂电池组也被应用在了通信基站备用电源领域，并且作为优先级高于铅酸电池的备用电源，在市电失电时优先供电以在维持通信基站正常供电的基础上降低铅酸电池的使用频率，然而这一设计也有一定的缺陷存在，例如锂电池组的使用和控制需要复杂的接线和控制流程，锂电池组之间的不一致性使得统一的控制方法可能造成部分锂电池组过度消耗，用来控制锂电池组放电的通信总线不仅会带来更多的接线工作，一旦通信总线故障则很有可能直接造成锂电池组无法实现其功能等等。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器、控制方法及其应用，从锂电池组放电控制的角度出发，将若干锂电池组与菊花链总线控制结合，改善一般设计中接线复杂、控制方法复杂的问题，同时通过使菊花链总线对锂电池组实现分别放电的调控手段，控制锂电池组逐一放电，以解决通信基站铅酸电池欠充和充放电过于频繁、部分锂电池组过度消耗、总线故障一般会导致的市电失电时系统供电异常等问题，降低通信基站运行维护的成本，更好地保证通信基站低成本稳定运行。

本发明采取的技术方案为：

基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，包括开关电源、基站负载、铅酸电池组、直流母线、若干锂电池供电单元；所述开关电源一端连接市电，另一端与直流母线连接；所述基站负载、铅酸电池组、若干锂电池供电单元并联并同时与直流母线连接；其特征为：所述若干锂电池供电单元之间通过菊花链总线实现单元之间的信号通信。

优选为：所述开关电源包括整流电路、整流输出电压检测电路及其闭环控制电路，通过整流输出电压检测结果，闭环控制电路调整其输出以对整流电路进行控制，从而使市电整流输出得到的直流电压符合通信基站的供电标准。

优选为：所述铅酸电池组与直流母线相连，作为可浮充的通信基站优先级最低的后备电源，通常由直流母线充电，当市电失电且所有锂电池供电单元均无法满足直流母线的供电需求时为直流母线供电。

优选为：每个所述锂电池供电单元包括DC/DC变换器、梯次锂电池组、梯次锂电池组的电压检测电路和电流检测电路、电池管理系统(BMS)、直流母线电压检测电路；其中DC/DC变换器两侧分别与直流母线和梯次锂电池组相连，直流母线电压检测电路检测直流母线电压，锂电池组的电压和电流检测电路检测锂电池组电压和流入或流出锂电池组的电流，菊花链总线与电池管理系统相连，电池管理系统由菊花链上端输入接口接收菊花链总线传输的数据，并由菊花链下端输出接口通过菊花链总线向下一个锂电池供电单元发送信息。

优选为：当市电存在时，由市电经开关电源整流为基站负载供电并为铅酸电池组和锂电池供电单元充电，当市电失电时通过菊花链总线控制锂电池组依次为直流母线供电、直流母线为基站负载和铅酸电池组供电。

优选为：连接在所述直流母线上的锂电池供电单元的个数可根据通信基站设计需求进行调整，锂电池供电单元与直流母线的接线连接在不同锂电池供电单元间并且彼此独立，且在锂电池供电单元之间的连线上，同一个锂电池供电单元仅通过菊花链总线与其相邻的一到两个锂电池供电单元相连。

一种锂电池供电单元的控制方法，其特征为：当市电存在时，由直流母线为所有锂电池供电单元进行充电，当前锂电池供电单元充满后由BMS发出控制信号控制DC/DC变换器将锂电池供电单元从直流母线上充电的回路断路；当市电失电时，锂电池供电单元通过菊花链总线和自身的放电标识位控制依次接入直流母线并为直流母线供电，同一时间有且只有一个锂电池供电单元进行供电，在所有锂电池供电单元均不能满足直流母线须要的基站负载供电需求，再由铅酸电池组为基站负载进行供电。

一种采用锂电池供电单元依次为基站负载和铅酸电池组供电的菊花链总线控制方法，其特征为：

通过每个锂电池供电单元内部的放电标识位实现的，每个BMS中均有放电标识位，在市电失电后，每个BMS单独处理检测到的直流母线电压，当检测到直流母线电压低于放电电压时，放电标识位为1的锂电池供电单元开始放电，同时其放电标识位由1变0，且通过菊花链总线将放电信号传递给下一个锂电池供电单元，如果菊花链总线信号传递出现故障导致下一个锂电池供电单元未接收到放电信号，下一次市电失电时菊花链顶端的锂电池供电单元在检测到市电失电、且在一段延时后仍检测到直流母线电压未回升时更改自身的放电标识位为1，接着进行正常的放电过程，实现即使菊花链总线出现故障，通信基站的供电系统仍能在市电失电时由锂电池供电单元进行优先供电，避免因为总线故障导致通信基站在市电失电过程中锂电池供电单元无法发挥其备用电源的作用，提高通信基站供电系统的稳定性。

一种采用菊花链总线的智能多路混用电池管理器及其控制方法的应用，其特征为：所述应用于通信基站中。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比，具有下列优点和效果：

本发明的一个效果在于，基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，能够通过菊花链总线控制锂电池供电单元依次在市电失电时为直流母线供电并进一步为基站负载供电，从而降低铅酸电池组的使用频率，有效减少铅酸电池的充放电次数，延长铅酸电池组使用寿命。

本发明的一个效果在于，基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，能够通过菊花链总线使每个锂电池供电单元依次为直流母线进行供电，避免同一个锂电池供电单元频繁放电而具有比其他锂电池供电单元高得多的使用率，除非菊花链总线故障，连续两次的市电失电中负责放电供能的锂电池供电单元一定不相同，因此，放过电的锂电池供电单元即使面对频繁的市电失电，也能有相对充足的时间进行充电，即在一次放电后未满电的锂电池供电单元可以在接下来几次市电失电和恢复的长时间内，在每一个失电存在的时间段内进行充电，尽可能避免同一个锂电池供电单元未充满电就再次放电，最大程度上避免欠充现象的发生。

本发明的一个效果在于，基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，能够通过平衡所有锂电池供电单元的使用率，避免单个锂电池供电单元中的锂电池组性能迅速衰减，从而实现了对直流母线上所有锂电池供电单元利用率的平衡，实现同一批接入直流母线的锂电池供电单元近似具有相同的使用寿命，可统一更换和维护，节约通信基站供电系统的运行维护成本。

本发明的一个效果在于，基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，能够通过使菊花链顶端位置的锂电池供电单元进行延时和直流母线电压再检测，使即便菊花链总线进行信号传递时出现异常，导致下一个应当放电的锂电池供电单元没有接收到使其准备放电的信号，菊花链顶端的锂电池供电单元也能自行在所有锂电池供电单元未进行放电时响应并放电，顶端单元自动补位的操作将自动把系统内部放电标识位回归到初始状态，即在所有放电标识位为0的情况下，将顶端的锂电池供电单元的放电标识位由0置1，再响应放电、由1置0并传递信号给下一个单元，因而实现了故障下的自动调整，避免因为总线故障导致通信基站在市电失电过程中锂电池供电单元无法发挥其备用电源的作用，改善通信总线抗干扰能力弱可能导致的系统易故障等问题，提高通信基站供电系统的稳定性。

本发明的一个效果在于，基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，能够通过锂电池供电单元在与直流母线的接线上彼此独立、菊花链总线单项进行信息传递、且即使菊花链总线信号传递异常，顶端的锂电池供电单元也能进行响应并将系统转为正常状态的特性，使可以根据需求随时在直流母线上、菊花链总线末端的位置添加或摘除一个锂电池供电单元，并根据添加或摘除操作安装或拆除菊花链总线连接，在简化了系统接线的同时使锂电池供电单元的数量调整更为方便灵活。

附图说明

图1是基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器多环节协同供电结构示意图；

图2是基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器结构示意图；

图3是开关电源电路结构示意图；

图4是锂电池供电单元内部电路结构图；

图5是市电存在下系统内电流流向示意图；

图6是市电失电、锂电池供电下系统内电流流向示意图(以锂电池供电单元1放电为例)；

图7是铅酸电池组充放电曲线示意图；

图8是锂电池供电单元放电滞回控制示意图；

图9是菊花链总线控制锂电池供电单元依次放电流程示意图；

图10是单个锂电池供电单元控制方法流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的介绍。

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例1

基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，包括开关电源、基站负载、铅酸电池组、直流母线、若干锂电池供电单元；所述开关电源一端连接市电，另一端与直流母线连接；所述基站负载、铅酸电池组、若干锂电池供电单元并联并同时与直流母线连接；所述若干锂电池供电单元之间通过菊花链总线实现锂电池供电单元之间的信号通信。

通过给每个锂电池组分别配上电流电压检测电路、电池管理系统及DC/DC变换器形成独立的锂电池供电单元，采用菊花链总线和延时设置、滞回控制相结合的控制方法，在市电存在时由市电经开关电源整流为基站负载供电并为铅酸电池组和锂电池供电单元充电，在市电失电时通过菊花链总线控制锂电池组依次为直流母线供电、直流母线为基站负载和铅酸电池组供电；所述开关电源交流输入侧与市电相连、直流输出侧与直流母线相连，直流母线与基站负载、铅酸电池组并联并和锂电池供电单元相连。

所述铅酸电池组与直流母线相连，作为可浮充的通信基站优先级最低的后备电源，通常由直流母线充电，在市电失电且所有锂电池供电单元均无法满足直流母线的供电需求时为直流母线供电。

所述锂电池供电单元放电滞回控制，是通过给电池管理系统预先设置阈值，在检测到直流母线电压达到设定的阈值时进行充放电相关操作，在铅酸电池组的浮充电压和平台电压之间取两个不同电压值，记较小值为放电电压，较大值为补偿值，当直流母线电压低于放电电压时放电标识位为1的锂电池供电单元接入直流母线并开始为直流母线供电，将直流母线电压补偿至补偿值，如果市电接入使直流母线电压回升至铅酸电池组浮充电压，则停止充电，锂电池供电单元由直流母线进行充电。

图1是基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器多环节协同供电结构示意图，主要包括市电、直流母线、基站负载、铅酸电池组、若干锂电池供电单元及将其相连的菊花链总线，通过将市电经转换为直流电为直流母线供电作为基站主要的供电来源、锂电池供电单元作为系统在市电失电下优先级较高的备用电源、铅酸电池组作为系统内优先级最低的备用电源，实现在保证通信基站供电需求的基础上，优先使用锂电池供电单元作为备用电源，通过菊花链总线控制锂电池供电单元依次在市电失电时为直流母线供电并进一步为基站负载供电，从而降低铅酸电池组的使用频率，因此在同样的市电失电过程中，增加锂电池供电单元作为备用电源将有效减少铅酸电池的充放电次数，延长铅酸电池组使用寿命，提高通信基站供电系统运行的稳定性，减少通信基站供电方面的运行维护成本，实现通信基站低成本稳定运行。

图2是基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器结构示意图，主要包括开关电源、基站负载、铅酸电池组、直流母线、若干锂电池供电单元及实现锂电池供电单元间通信的菊花链总线，所述开关电源交流输入侧与市电相连、直流输出侧与直流母线相连，直流母线与基站负载、铅酸电池组和锂电池供电单元相连，其中连接在直流母线上的锂电池供电单元的个数可根据通信基站设计需求进行调整，锂电池供电单元与直流母线的接线连接在每一个锂电池供电单元间彼此独立，互不影响，图中锂电池供电单元的编号“锂电池供电单元1”等仅代表任意接在直流母线上的某锂电池供电单元，不代表该锂电池供电单元在直流母线上所有锂电池供电单元中的接入顺序或锂电池供电单元的实际位置排列信息。

所述开关电源电路，如图3所示，包括整流电路、整流输出电压检测电路及其闭环控制电路，交流市电输入整流电路，整流电路输出整流后的直流电压，通过整流输出电压检测结果，闭环控制电路调整其输出以对整流电路进行控制，从而使市电整流得到的直流电压符合通信基站的供电标准。

所述锂电池供电单元，如图4所示，包括DC/DC变换器、梯次锂电池组、梯次锂电池组的电压检测电路和电流检测电路、电池管理系统(BMS)、直流母线电压检测电路，DC/DC变换器的两侧分别与直流母线和梯次锂电池组相连，负责将梯次锂电池组的电压输出变换至与直流母线相同的电压水平；电池管理系统与电池组的电压检测电路和电流检测电路相连，有一个输出端固定与DC/DC变换器相连，同时电池管理系统还与直流母线电压检测电路和菊花链总线相连，因此电池管理系统总共有6组信号传输，分别为电池组电流信号输入、电池组电压信号输入、直流母线电压信号输入、DC/DC变换器控制信号输出、菊花链总线上端输入、菊花链总线下端输出，根据电池组电流电压的检测结果数据计算梯次锂电池组的荷电状态等信息，同时获取直流母线的电压数据，根据判断逻辑判断得到是否让退役动力锂电池组通过直流母线进行充电、为直流母线供电或从直流母线上切除的操作信息，并根据判断结果生成控制信号控制DC/DC变换器，实现预先判断得到的操作指令。

图5是市电存在下系统内电流流向示意图，如图所示，在市电存在的情况下，直流母线由市电经开关电源转换直流电进行供电，直流母线在此时为基站负载供电，并为铅酸电池组和锂电池供电单元充电。铅酸电池组的浮充特性使其可以保存与直流母线连接的状态，而锂电池供电单元在检测到内部的梯次锂电池组已经充满电后，电池管理系统将自动控制DC/DC变换器，将锂电池供电单元与直流母线相连的充电回路断开从而终止充电过程。

图6是市电失电、锂电池供电下系统内电流流向示意图(以锂电池供电单元1放电为例)，如图所示，在市电失电的情况下，直流母线由单独的一个锂电池供电单元进行供电。直流母线此时为基站负载供电，同时为铅酸电池组充电。这一过程中，负责为直流母线供电的锂电池供电单元通过检测直流母线电压，进行是否放电和是否停止放电的逻辑判断，并实现在放电时使直流母线电压维持在一个略低于铅酸电池浮充电压的水平，并在市电恢复时停止锂电池供电单元的放电过程。在一次市电失电过程中由哪个锂电池供电单元为直流母线供电是通过菊花链总线影响的锂电池供电单元内部放电标识位决定的。放电标识位分0和1两种状态，分别代表“等待”和“准备放电”，当锂电池供电单元检测到市电失电导致直流母线电压下降后，放电标识位为1的锂电池供电单元开始放电，并进行自身放电标识为由1置0的操作，同时通过菊花链总线下端输出接口，向菊花链上下一个锂电池供电单元输送前一供电单元放电信号，使下一锂电池供电单元的放电标识位由0置1，在下一次检测到直流母线电压下降时进行放电。

图7是铅酸电池组充放电曲线示意图，如图所示，铅酸电池组在充满电后仍进行充电，将进入浮充阶段，其电压保持为浮充电压V1，市电供电状态下直流母线的电压水平即为铅酸电池组浮充电压值V1。在浮充电压V1和铅酸电池组的平台电压V4间选取两个电压值V2和V3，使满足数量关系V1>V2>V3>V4，记V3为放电电压，V2为补偿值，在市电失电后、锂电池供电单元工作前，铅酸电池组将短暂地充当直流母线的供电电源，其电压值即为直流母线电压，铅酸电池组退出浮充状态并出现电压下降，直流母线电压随之下降，而当锂电池供电单元检测到直流母线电压低于放电电压V3时，可以明确判断出当前系统处于市电失电状态，应当进行放电补偿，放电补偿过程中直流母线电压回升并稳定到补偿值V2，这一过程中锂电池供电单元是否放电的逻辑采用滞回法进行控制。

所述锂电池供电单元放电滞回控制，如图8所示，将锂电池供电单元放电下该锂电池供电单元的开关状态表示为1，未放电用0表示，则滞回控制可表述为直流母线电压从浮充电压V1或以上下降至低于放电电压V3时，锂电池供电单元的放电逻辑即开关状态从0跳变为1，即开始放电；放电过程中，电压从低于放电电压V3回升到浮充电压V1时放电逻辑从1跳变为0，即停止放电。

实施例2

使锂电池供电单元依次为基站负载和铅酸电池组供电的菊花链总线控制方法，是通过每个锂电池供电单元内部的放电标识位实现的，其实现方法如图9所示。以包含6个锂电池供电单元的系统为例，将系统内部的锂电池供电单元按照菊花链从顶端至末端的顺序依次标号为1到6，正常状态下，同一时刻所有放电标识位表现为有且只有1个放电标识位为1，其余全部为0的状态。初始状态下最顶端(即编号为1)的锂电池供电单元的放电标识位为1，其余为0。一次市电失电、锂电池供电单元放电供电后，1号锂电池供电单元由1变0，2号锂电池供电单元的菊花链上端输入接收到前一个锂电池供电单元已经放电的信号，其放电标识位由0变1，并在下一次市电失电、锂电池供电单元放电供电过程中进行放电，依次类推，所有锂电池供电单元依次放电。第6次放电后，位于整个菊花链末端的6号锂电池供电单元无法通过菊花链总线将放电信号传递给下一个锂电池供电单元，下一次市电失电后短时间内将无锂电池供电单元响应并放电，因此给处于菊花链顶端位置的锂电池供电单元设置延时，检测到短时间内一直没能实现直流电压回升补偿时，会自动将其放电标识位置1，再开始响应放电过程，因此所有锂电池供电单元在第7次放电结束后放电标识位状态将与第1次放电后的放电标识位状态完全一致，实现在正常状态下所有锂电池供电单元能够依次为直流母线进行市电失电状态下的放电供电。如果某一位置的菊花链总线在某次信号传递中出现异常，使得本应接收到信号并将自身放电标识位置1的锂电池供电单元并未接到此信号，同样可以在下一次市电失电中，由菊花链顶端编号为1的锂电池供电单元经延时、再检测直流母线电压发现未回升、放电标识位置1、放电并置0和传递信号的过程，实现系统从故障状态转变为正常状态下的系统第1次放电过后的放电标识位状态，从而使系统回归正常状态，不会因为一次信号传递异常而使锂电池供电单元在市电失电下无法作为备用电源进行正常为直流母线供电。

进一步地，基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器通过菊花链总线使每个锂电池供电单元依次为直流母线进行供电，避免同一个锂电池供电单元频繁放电而具有比其他锂电池供电单元高得多的使用率，在一次放电后未满电的锂电池供电单元可以在接下来几次市电失电和恢复的长时间内，在每一个失电存在的时间段内进行充电，尽可能避免同一个锂电池供电单元未充满电就再次放电。

进一步地，基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器通过平衡所有锂电池供电单元的使用率，避免单个锂电池供电单元中的锂电池组性能迅速衰减，从而实现了对直流母线上所有锂电池供电单元利用率的平衡，实现同一批接入直流母线的锂电池供电单元近似具有相同的使用寿命，可统一更换和维护，节约通信基站供电系统的运行维护成本。

进一步地，基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器通过使菊花链顶端位置的锂电池供电单元进行延时和直流母线电压再检测，使即便菊花链总线进行信号传递时出现异常，导致下一个应当放电的锂电池供电单元没有接收到使其准备放电的信号，菊花链顶端的锂电池供电单元也能自行在所有锂电池供电单元未进行放电时响应并放电，避免因为总线故障导致通信基站在市电失电过程中锂电池供电单元无法发挥其备用电源的作用，通过放电标识位自恢复功能改善通信总线抗干扰能力弱等问题，提高通信基站供电系统的稳定性。

实施例3

采用基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器的锂电池供电单元的控制方法，其特征为：当市电存在时，由直流母线为所有锂电池供电单元进行充电，当前锂电池供电单元充满后由BMS发出控制信号控制DC/DC变换器将锂电池供电单元从直流母线上充电的回路断路；当市电失电时，锂电池供电单元通过菊花链总线和自身的放电标识位控制依次接入直流母线并为直流母线供电，同一时间有且只有一个锂电池供电单元进行供电，在所有锂电池供电单元均不能满足直流母线须要的基站负载供电需求，再由铅酸电池组为基站负载进行供电。

其中单个锂电池供电单元控制方法流程，如图10所示，具体包括以下步骤：

A-1：电池管理系统(BMS)读取直流母线电压数据和菊花链上端输入接口数据，如果接收到放电标识位置1信号，则将自身放电标识位置1；

A-2：直流母线电压不小于放电电压V3、且小于浮充电压V1时，BMS控制DC/DC变换器维持之前的工作状态不变；

A-3：直流母线电压不小于放电电压V3、且不小于浮充电压V1时，如果梯次锂电池组满电，则BMS控制DC/DC变换器使锂电池供电单元不与直流母线接通，否则BMS控制DC/DC变换器为梯次锂电池组充电；

A-4：直流母线电压小于放电电压V3且锂电池组SOC(State of Charge荷电状态或剩余电量)为0时，锂电池组已经放完电，BMS控制DC/DC变换器使锂电池供电单元不与直流母线接通；

A-5:直流母线电压小于放电电压V3且锂电池组SOC不为0，放电标识位为1时，则BMS控制DC/DC变换器使锂电池组放电，并将自身放电标识位置0，菊花链下端输出接口发送放电标识位置1信号；

A-6:直流母线电压小于放电电压V3且锂电池组SOC不为0，如果放电标识位为0时，如果该锂电池供电单元处在菊花链顶端位置，则进行延时，延时后再次读取直流母线电压数据，仍有直流母线电压小于V3时则改自身放电标识位为1，返回至A-5的情况；如果不在菊花链顶端或再次读取直流母线电压有直流母线电压大于等于V3，则BMS控制DC/DC变换器使锂电池供电单元不与直流母线接通。

进一步地，由于锂电池供电单元在与直流母线的接线上彼此独立、菊花链总线单项进行信息传递、且即使菊花链总线信号传递异常，顶端的锂电池供电单元也能进行响应并将系统转为正常状态，因此可以根据需求随时在直流母线上、菊花链总线末端的位置添加或摘除一个锂电池供电单元，并根据添加或摘除操作安装或拆除菊花链总线连接。

实施例4

采用基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器的应用，该电池管理器应用于通信基站。

以某通信基站为例，进一步介绍本发明的具体实施方式。

该通信基站的供电系统结构如图2所示，直流母线上除了基站负载和铅酸电池外另接有6个锂电池供电单元，每个锂电池供电单元内部结构如图4所示，所有锂电池供电单元的控制流程如图10所示。由于采用不受锂电池供电单元个数影响的锂电池供电单元控制方法，每个锂电池供电单元内置相同的控制程序、与直流母线独立接线、采用通信总线进行不同锂电池供电单元间的连接和通信，由于锂电池供电单元在与直流母线的接线上彼此独立、且菊花链总线单项进行信息传递，因此可以根据需求随时在直流母线上、菊花链总线末端的位置添加或摘除一个锂电池供电单元，并根据添加或摘除操作安装或拆除菊花链总线连接。

基于上述分析，该通信基站的基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器的实现方法：

(1)在市电存在时，市电经开关电源整流，变换为直流电后为直流母线供电，系统内电流流向如图5所示，直流母线为基站负载供电，为铅酸电池组充电，并为未充满电的锂电池供电单元充电，铅酸电池组充电至浮充状态，锂电池供电单元中的电池管理系统(BMS)判断内部的锂电池组已经充满电后自动控制单元内部的DC/DC变换器，将该锂电池供电单元的充电回路断路；

(2)市电失电瞬间，所有锂电池供电单元均并未检测到直流母线电压下降，短时间内由铅酸电池组为直流母线供电，直流母线为基站负载供电，铅酸电池组退出浮充状态；

(3)市电失电并由铅酸电池为直流母线进行短暂的供电后，直流母线电压随着铅酸电池组电压下降，当直流母线电压下降到放电电压V3或以下时，所有接在直流母线上的锂电池供电系统几乎同时检测到需要放电进行直流母线电压补偿，此时所有锂电池供电单元中只有放电标识位为1的锂电池供电单元执行此放电任务该锂电池供电单元放电后将自身的放电标识位置0，将直流母线电压补偿至补偿值V2，并通过菊花链总线下端输出，向菊花链上下一个锂电池供电单元输出信号，使下一锂电池供电单元放电标识位置1，如果没有任何一个锂电池供电单元放电标识位为1，处于菊花链顶端的锂电池供电单元检测到一段延时后直流电压仍未回升，则将响应并放电，如图9所示，此时系统内电流流向如图6所示；

(4)市电恢复后，通信基站恢复至由市电经开关电源为直流母线供电、直流母线为基站负载供电、为铅酸电池组充电的状态，此时锂电池供电单元均可检测到直流母线电压回升至浮充电压V1，接收到这一信息的BMS会自动控制DC/DC变换器，电量不满的锂电池供电单元开始由直流母线充电，从而回到(1)的情况。

对所公开的实施例的上述说明，仅用于本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现，因此本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创新点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，包括开关电源、基站负载、铅酸电池组、直流母线、若干锂电池供电单元；所述开关电源一端连接市电，另一端与直流母线连接；所述基站负载、铅酸电池组、若干锂电池供电单元并联并同时与直流母线连接；其特征为：所述若干锂电池供电单元之间通过菊花链总线实现锂电池供电单元之间的信号通信；

采用所述基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器的锂电池供电单元依次为基站负载和铅酸电池组供电的菊花链总线控制方法，包括：

通过每个锂电池供电单元内部的放电标识位实现的，每个BMS中均有放电标识位，在市电失电后，每个BMS单独处理检测到的直流母线电压，当检测到直流母线电压低于放电电压时，放电标识位为1的锂电池供电单元开始放电，同时其放电标识位由1变0，且通过菊花链总线将放电信号传递给下一个锂电池供电单元，如果菊花链总线信号传递出现故障导致下一个锂电池供电单元未接收到放电信号，下一次市电失电时菊花链顶端的锂电池供电单元在检测到市电失电、且在一段延时后仍检测到直流母线电压未回升时更改自身的放电标识位为1，接着进行正常的放电过程，实现即使菊花链总线出现故障，通信基站的供电系统仍能在市电失电时由锂电池供电单元进行优先供电。

2.根据权利要求1所述的基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，其特征为：所述开关电源包括整流电路、整流输出电压检测电路及其闭环控制电路，通过整流输出电压检测结果，闭环控制电路调整其输出以对整流电路进行控制，从而使市电整流输出得到的直流电压符合通信基站的供电标准。

3.根据权利要求1所述的基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，其特征为：所述铅酸电池组与直流母线相连，作为可浮充的通信基站优先级最低的后备电源，通常由直流母线充电，当市电失电且所有锂电池供电单元均无法满足直流母线的供电需求时为直流母线供电。

4.根据权利要求1所述的基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，其特征为：每个所述锂电池供电单元包括DC/DC变换器、梯次锂电池组、梯次锂电池组的电压检测电路和电流检测电路、电池管理系统、直流母线电压检测电路；其中DC/DC变换器两侧分别与直流母线和梯次锂电池组相连，直流母线电压检测电路检测直流母线电压，锂电池组的电压和电流检测电路检测锂电池组电压和流入或流出锂电池组的电流，菊花链总线与电池管理系统相连，电池管理系统由菊花链上端输入接口接收菊花链总线传输的数据，并由菊花链下端输出接口通过菊花链总线向下一个锂电池供电单元发送信息。

5.根据权利要求1所述的基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，其特征为：当市电存在时，由市电经开关电源整流为基站负载供电并为铅酸电池组和锂电池供电单元充电，当市电失电时通过菊花链总线控制锂电池组依次为直流母线供电、直流母线为基站负载和铅酸电池组供电。

6.根据权利要求1所述的基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器，其特征为：连接在所述直流母线上的锂电池供电单元的个数可根据通信基站设计需求进行调整，锂电池供电单元与直流母线的接线连接在不同锂电池供电单元间并且彼此独立，且在锂电池供电单元之间的连线上，同一个锂电池供电单元仅通过菊花链总线与其相邻的一到两个锂电池供电单元相连。

7.一种采用如权利要求4所述的基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器的锂电池供电单元的控制方法，其特征为：当市电存在时，由直流母线为所有锂电池供电单元进行充电，当前锂电池供电单元充满后由BMS发出控制信号控制DC/DC变换器将锂电池供电单元从直流母线上充电的回路断路；当市电失电时，锂电池供电单元通过菊花链总线和自身的放电标识位控制依次接入直流母线并为直流母线供电，同一时间有且只有一个锂电池供电单元进行供电，在所有锂电池供电单元均不能满足直流母线须要的基站负载供电需求，再由铅酸电池组为基站负载进行供电。

8.根据权利要求7所述的锂电池供电单元的控制方法，其特征为：具体包括如下步骤：

步骤1：电池管理系统读取直流母线电压数据和菊花链上端输入接口数据，如果接收到放电标识位置1信号，则将自身放电标识位置1；

步骤2：直流母线电压不小于放电电压V3、且小于浮充电压V1时，BMS控制DC/DC变换器维持之前的工作状态不变；

步骤3：直流母线电压不小于放电电压V3、且不小于浮充电压V1时，如果梯次锂电池组满电，则BMS控制DC/DC变换器使锂电池供电单元不与直流母线接通，否则BMS控制DC/DC变换器为梯次锂电池组充电；

步骤4：直流母线电压小于放电电压V3且锂电池组SOC为0时，锂电池组已经放完电，BMS控制DC/DC变换器使锂电池供电单元不与直流母线接通；

步骤5:直流母线电压小于放电电压V3且锂电池组SOC不为0，放电标识位为1时，则BMS控制DC/DC变换器使锂电池组放电，并将自身放电标识位置0，菊花链下端输出接口发送放电标识位置1信号；

步骤6:直流母线电压小于放电电压V3且锂电池组SOC不为0，如果放电标识位为0时，如果该锂电池供电单元处在菊花链顶端位置，则进行延时，延时后再次读取直流母线电压数据，仍有直流母线电压小于V3时则改自身放电标识位为1，返回至步骤5的情况；如果不在菊花链顶端或再次读取直流母线电压有直流母线电压大于等于V3，则BMS控制DC/DC变换器使锂电池供电单元不与直流母线接通。

9.一种采用权利要求1-6任一所述基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器的锂电池供电单元依次为基站负载和铅酸电池组供电的菊花链总线控制方法，其特征为：

通过每个锂电池供电单元内部的放电标识位实现的，每个BMS中均有放电标识位，在市电失电后，每个BMS单独处理检测到的直流母线电压，当检测到直流母线电压低于放电电压时，放电标识位为1的锂电池供电单元开始放电，同时其放电标识位由1变0，且通过菊花链总线将放电信号传递给下一个锂电池供电单元，如果菊花链总线信号传递出现故障导致下一个锂电池供电单元未接收到放电信号，下一次市电失电时菊花链顶端的锂电池供电单元在检测到市电失电、且在一段延时后仍检测到直流母线电压未回升时更改自身的放电标识位为1，接着进行正常的放电过程，实现即使菊花链总线出现故障，通信基站的供电系统仍能在市电失电时由锂电池供电单元进行优先供电。

10.采用如权利要求1-6任一所述基于菊花链总线的智能多路混用电池管理器的应用，其特征为：该智能多路混用电池管理器应用于通信基站。