CN111525655A - 用于通信基站的精准供电控制器及精准供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于通信基站的精准供电控制器及精准供电系统，该精准供电控制器包括：供电开关装置，其可操作地连接有源天线单元和电池；电池电压采集装置，其能够采集电池的电压信号并将采集到的电压信号发送至处理器；处理器，其能够基于接收到的电压信号判断电池的实际电压是否降至设置的放电拐点电压值以下，并控制供电开关装置切换至断开状态，以保护电池。根据本发明的用于通信基站的精准供电控制器及精准供电系统，能够在电池的放电电压下降接近达到放电电压拐点时，自动切断相关用电设备的供电回路，从而保护电池，提高电池使用的安全性，延长电池的实际使用寿命。

Description

用于通信基站的精准供电控制器及精准供电系统
技术领域
本发明涉及一种用于通信基站的精准供电控制器及精准供电系统。
背景技术
在电信行业的通信基站中，后备电池作为应急能源，可以临时给需要不间断工作的电信设备提供备用工作电源，确保在外市电失电情况下的通信主设备能正常工作，从而保证基本的蜂窝网络能正常运行，其充放电性能的好坏直接关系到基站内部通信设备的运行可靠性。
目前，诸如国内的三大运营商中国移动、中国联通、中国电信的通信基站内部的后备电池多以铅酸蓄电池为主，配置容量一般为400AH—800AH，此类电池使用简单、寿命长、价格低、维护方便，充电曲线和放电曲线都比较线性化，不仅在通信行业，在其它工况企业中也大量存在。但是由于固有的原理问题，铅酸电池的体积相对比较巨大，并且在生产过程中会污染环境。另外，铅酸电池没有配备电池管理系统(BMS)，导致电池信息不能上送到监控端，存在信息盲区。还有一个问题，目前的通信基站内的铅酸电池使用寿命基本耗尽，存在整体更换的需求。
在新电池的选择上，磷酸铁锂电池具有体积小、容量大、充放电循环次数多等明显优点，并且可以随用随充，目前已经有相当数量的磷酸铁锂电池应用到三大运营商的通信基站中。随着时间推移，这种替换会逐步全部完成。
然而，磷酸铁锂电池除了具有如上有点意外在充放电时有非常明显的拐点电压，电池电压与电池容量呈非线性关系，锂电池的充电过程是锂离子从正极脱嵌，迁移到负极并嵌入的过程。当正极锂离子脱嵌到一定数量后，受John-Teller效应影响，锂离子脱嵌将变得越来越困难，需要更多的能量才能从正极板脱出。外部表现为极化电阻增加，电压急剧升高。放电时，锂离子从负极脱嵌，迁移到正极，并嵌入到正极的晶格中。当负极的锂离子数量降低到一定程度时，电极表面反应速度降低，内阻急剧增大，造成电池电压急速下降。对应到放电容量方面的表现，在电池容量的前90％其电池电压降低曲线比较缓慢平直，而当放电到剩余10％以下时，其电池电压会急速降低。
有实验表明，放电末期的拐点现象说明电池已经到了容量即将耗尽的末端，继续放电很容易产生因电池电压过放及过电流等灾难性后果，对锂离子电池来说尤其可怕。由于电池长期处于过放的疲劳状态，从而产生的锂枝晶会刺破电池隔膜造成电池永久性损坏，并易引起电池燃烧或爆炸，这种安全性事故可以说屡见不鲜。另外，超电池拐点的极限使用，造成电池成组后的循环寿命大打折扣，不到单体电池寿命的一半，将严重影响电池的使用周期。
因此，亟需设计一种用于通信基站的精准供电控制器及精准供电系统，以至少部分地缓解或解决现有技术存在的上述问题和困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的锂离子电池等电池在放电末期存在拐点现象，若在诸如通信基站等环境中的应用中任由其放电过程出现过放电等现象，将会造成电池使用不安全、使用寿命大打折扣的缺陷，提出一种新的用于通信基站的精准供电控制器及精准供电系统。
本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种用于通信基站的精准供电控制器，所述通信基站包括有源天线单元(可简称为AAU，即Active Antenna Unit)和用于为所述有源天线单元供电的电池，其特点在于，所述精准供电控制器(可简称为APSC控制器)包括：
供电开关装置，所述供电开关装置可操作地连接所述有源天线单元和所述电池；
电池电压采集装置，所述电池电压采集装置被配置为能够采集所述电池的电压信号并将采集到的所述电压信号发送至处理器；
所述处理器，所述处理器被配置为能够基于接收到的所述电压信号判断所述电池的实际电压是否降至设置的放电拐点电压值以下，并在所述电池的所述实际电压降至所述放电拐点电压值以下时控制所述供电开关装置切换至断开状态。
根据本发明的一种实施方式，所述通信基站包括多个有源天线单元，所述精准供电控制器包括多个供电开关装置，各个所述供电开关装置一一对应地将各个所述有源天线单元可操作地连接至所述电池。
根据本发明的一种实施方式，所述处理器还被配置为能够在所述电池的所述实际电压降至所述放电拐点电压值以下时，选取与所述多个有源天线单元中消耗的电功率最大的一个所述有源天线单元连接的一个所述供电开关装置切换至断开状态。
根据本发明的一种实施方式，所述供电开关装置包括直流继电器。
根据本发明的一种实施方式，所述精准供电控制器还包括与所述处理器相关联的一个拨码开关，所述拨码开关用于设置所述放电拐点电压值。
根据本发明的一种实施方式，所述精准供电控制器还包括GPRS模块，所述GPRS模块被配置为能够经由所述处理器获取所述电池的所述实际电压以及所述供电开关装置的通断状态，并将所述电池的所述实际电压以及所述供电开关装置的通断状态传输至远程终端。
根据本发明的一种实施方式，所述精准供电控制器还包括存储器，所述存储器用于存储所述处理器控制所述供电开关装置切换的动作记录。
根据本发明的一种实施方式，所述存储器为电可擦编程只读存储器(即EEPROM)。
根据本发明的一种实施方式，所述处理器具有AD采样模块，所述电池电压采集装置为电压采集回路，所述AD采样模块被配置为能够经由所述电压采集回路采集所述电池的所述电压信号。
本发明还提供了一种用于通信基站的精准供电系统，其特点在于，所述精准供电系统包括如上所述的精准供电控制器，其中所述电池为磷酸铁锂电池。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的用于通信基站的精准供电控制器及精准供电系统，能够通过对电池的放电电压的监控，在放电电压下降接近达到放电电压拐点时，自动切断相关用电设备的供电回路，从而保护电池避免过放电现象的发生，提高电池使用的安全性，延长电池的实际使用寿命。
附图说明
图1为一种示例性的磷酸铁锂电池的放电曲线示意图。
图2为根据本发明优选实施例的用于通信基站的精准供电控制器的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如左、右、上、下、前、后等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
如图1所示为一种示例的磷酸铁锂电池的放电曲线，其中横轴为放电时间，纵轴为电池电压。该单体磷酸铁锂电池的电压为3.2V,最高充电电压为3.65V、最低放电电压为2V(在3V以下，该电池基本不适于供电)。从图1可以看到，当放电电压达到3.15V左右时，会出现放电过程的电压拐点，经过此拐点后，如果继续放电，则电池电压会呈现快速下跌，此时，磷酸铁锂电池的容量基本已经到10％左右，如果继续保持放电电流，则电池会迅速进入过放阶段。
如图2所示，根据本发明优选实施方式的所述精准供电控制器可适用于通信基站，所述通信基站包括有源天线单元和用于为所述有源天线单元供电的电池，并且，在如下示例中，以电池为磷酸铁锂电池为例进行说明。
该精准供电控制器包括：
供电开关装置，所述供电开关装置可操作地连接所述有源天线单元和所述电池；
电池电压采集装置，所述电池电压采集装置被配置为能够采集所述电池的电压信号并将采集到的所述电压信号发送至处理器；
所述处理器，所述处理器被配置为能够基于接收到的所述电压信号判断所述电池的实际电压是否降至设置的放电拐点电压值以下，并在所述电池的所述实际电压降至所述放电拐点电压值以下时控制所述供电开关装置切换至断开状态。
其中，可选地，该处理器可具有AD采样模块，AD采样模块经由电压采集回路来采集所述电池的所述电压信号。
根据本发明的一些优选实施方式，所述通信基站包括多个有源天线单元，所述精准供电控制器包括多个供电开关装置，各个所述供电开关装置一一对应地将各个所述有源天线单元可操作地连接至所述电池。
根据本发明的一些优选实施方式，所述处理器还被配置为能够在所述电池的所述实际电压降至所述放电拐点电压值以下时，选取与所述多个有源天线单元中消耗的电功率最大的一个所述有源天线单元连接的一个所述供电开关装置切换至断开状态。
根据本发明的一些优选实施方式，所述供电开关装置包括直流继电器。
根据本发明的一些优选实施方式，所述精准供电控制器还包括与所述处理器相关联的一个拨码开关，所述拨码开关用于设置所述放电拐点电压值。其中，拨码开关可作为放电拐点电压设置用，根据不同的拨码状态，可以有包括上下浮动电压和64个浮动电压设定值，其设置精度例如可以为0.1V。
根据本发明的一些优选实施方式，所述精准供电控制器还包括GPRS模块，所述GPRS模块被配置为能够经由所述处理器获取所述电池的所述实际电压以及所述供电开关装置的通断状态，并将所述电池的所述实际电压以及所述供电开关装置的通断状态传输至远程终端。
根据本发明的一些优选实施方式，所述精准供电控制器还包括存储器，所述存储器用于存储所述处理器控制所述供电开关装置切换的动作记录，该存储器例如可以为电可擦编程只读存储器(即EEPROM)。
根据本发明的上述优选实施方式的用于通信基站的精准供电控制器，能够通过对电池的放电电压的监控，在放电电压下降接近达到放电电压拐点时，自动切断相关用电设备的供电回路，从而保护电池避免过放电现象的发生，提高电池使用的安全性，延长电池的实际使用寿命。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于通信基站的精准供电控制器，所述通信基站包括有源天线单元和用于为所述有源天线单元供电的电池，其特征在于，所述精准供电控制器包括：
供电开关装置，所述供电开关装置可操作地连接所述有源天线单元和所述电池；
电池电压采集装置，所述电池电压采集装置被配置为能够采集所述电池的电压信号并将采集到的所述电压信号发送至处理器；
所述处理器，所述处理器被配置为能够基于接收到的所述电压信号判断所述电池的实际电压是否降至设置的放电拐点电压值以下，并在所述电池的所述实际电压降至所述放电拐点电压值以下时控制所述供电开关装置切换至断开状态。
2.如权利要求1所述的精准供电控制器，其特征在于，所述通信基站包括多个有源天线单元，所述精准供电控制器包括多个供电开关装置，各个所述供电开关装置一一对应地将各个所述有源天线单元可操作地连接至所述电池。
3.如权利要求2所述的精准供电控制器，其特征在于，所述处理器还被配置为能够在所述电池的所述实际电压降至所述放电拐点电压值以下时，选取与所述多个有源天线单元中消耗的电功率最大的一个所述有源天线单元连接的一个所述供电开关装置切换至断开状态。
4.如权利要求1所述的精准供电控制器，其特征在于，所述供电开关装置包括直流继电器。
5.如权利要求1所述的精准供电控制器，其特征在于，所述精准供电控制器还包括与所述处理器相关联的一个拨码开关，所述拨码开关用于设置所述放电拐点电压值。
6.如权利要求1所述的精准供电控制器，其特征在于，所述精准供电控制器还包括GPRS模块，所述GPRS模块被配置为能够经由所述处理器获取所述电池的所述实际电压以及所述供电开关装置的通断状态，并将所述电池的所述实际电压以及所述供电开关装置的通断状态传输至远程终端。
7.如权利要求1所述的精准供电控制器，其特征在于，所述精准供电控制器还包括存储器，所述存储器用于存储所述处理器控制所述供电开关装置切换的动作记录。
8.如权利要求7所述的精准供电控制器，其特征在于，所述存储器为电可擦编程只读存储器。
9.如权利要求1所述的精准供电控制器，其特征在于，所述处理器具有AD采样模块，所述电池电压采集装置为电压采集回路，所述AD采样模块被配置为能够经由所述电压采集回路采集所述电池的所述电压信号。
10.一种用于通信基站的精准供电系统，其特征在于，所述精准供电系统包括如权利要求1-9中任意一项所述的精准供电控制器，其中所述电池为磷酸铁锂电池。
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