CN111969668A - 移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统 - Google Patents

移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，包括电池组、BEMS主机、负载及充电装置，所述BEMS主机与所述电池组的总正端和总负端电连接，并且所述BEMS主机分别与所述负载和充电装置电连接；所述电池组包括多个顺序串联连接的电池单元，在一个所述电池单元中，所述电池单元包括采样板及两个串联连接的单体电池，所述采样板与所述BEMS主机通讯连接，所述采样板包括均衡电路及开关电路，所述均衡电路分别与两个所述单体电池电连接，所述开关电路分别与所述BEMS主机和所述电池单元电连接。本发明为一种移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，通过设置电池组和BEMS主机，可以将淘汰的旧电池组成新的备用电源系统，实现循环利用。

Description

移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统
技术领域
本发明涉及电池管理系统领域，特别是涉及一种移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统。
背景技术
现状，目前的移动基站及储能式太阳能电源，都是使用新的电池，特别是使用铅酸电池，并由多个单个电池串联起来组成一个电池组，然后直接接入设备充当备用电源使用，为设备不间断供电。而使用新的电池成本太贵，而且有需要用现有的BMS电源管理，使得维护成本和使用成本更高，因此，如何使用电动汽车上淘汰下来的旧电池作为备用电源是本领域技术人员需要考虑的问题。
然而，如果将旧电池用在移动基站上，由于是淘汰的旧电池，所以一致性不好，电池内部参数不一致，其中某一个电池异常就可能使设备无法达到不间断供电的目的。并且，现有的BMS大部分只针对整个电池组进行管理，对单节电池只是采集，不进行控制，这样需要对电池一致性要求非常高，而淘汰的旧电池一致性差异不能满足通讯基站或者光伏储能的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种一致性好、可以实现对单个电池的控制的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，包括：
电池组、BEMS主机、负载及充电装置，所述BEMS主机与所述电池组的总正端和总负端电连接，并且所述BEMS主机分别与所述负载和充电装置电连接；
所述电池组包括多个顺序串联连接的电池单元，在一个所述电池单元中，所述电池单元包括采样板及两个串联连接的单体电池，所述采样板与所述BEMS主机通讯连接，所述采样板包括均衡电路及开关电路，所述均衡电路分别与两个所述单体电池电连接，所述开关电路分别与所述BEMS主机和所述电池单元电连接。
在其中一个实施例中，所述充电装置包括新能源充电器及基站充电器，所述新能源充电器和所述基站充电器分别与所述BEMS主机及所述负载电连接。
在其中一个实施例中，所述开关电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的一端与所述电池单元的总正端电连接，所述第一开关的另一端与所述第二开关的一端电连接，所述第二开关的另一端与所述电池单元的总负端电连接，并且所述第二开关的另一端还用于电连接另一个所述电池单元的第二开关。
在其中一个实施例中，所述第一开关包括电阻R101、电阻R102及MOS管Q101，所述MOS管Q101的D极与所述电池单元的总正端连接，所述MOS管Q101的S极与所述第二开关电连接，所述MOS管Q101的G极用于与所述采样板电连接。
在其中一个实施例中，所述第二开关包括电阻R104、电阻R103及MOS管Q102，所述MOS管Q102的D极与所述第一开关电连接，所述MOS管Q102的S极与所述电池单元的总负端连接，所述MOS管Q102的G极用于与所述采样板电连接。
在其中一个实施例中，所述均衡电路包括电感L101、MOS管Q103及MOS管Q104，所述MOS管Q103的D极与所述电池单元的总正端连接，所述MOS管Q103的S极分别与所述电感L101的一端和所述MOS管Q104的D极电连接，所述电感L101的另一端与两个串联连接的单体电池的连接节点电连接，所述MOS管Q104的S极与所述电池单元的总负端连接，所述MOS管Q103和所述MOS管Q104的G极分别与所述采样板电连接。
在其中一个实施例中，所述电池组设置有多个，所述BEMS主机设置有多个，每一所述BEMS主机分别一一对应与一所述电池组电连接。
在其中一个实施例中，所述电池管理系统还包括均衡控制器，所述均衡控制器分别与各所述电池组及所述BEMS主机电连接，所述均衡控制器还与所述BEMS主机相互通讯连接
在其中一个实施例中，相邻两个所述采样板之间相互通讯连接。
在其中一个实施例中，所述电池管理系统还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述BEMS主机电连接。
本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：
本发明为一种移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，通过设置电池组和BEMS主机，可以将淘汰的旧电池组成新的备用电源系统，实现循环利用。并且通过设置均衡电路及开关电路，能够对电池进行均衡，使得电池内部参数一致性高，从而可以实现更高效的供电。而且该电池管理系统还增加了新能源供电方式管理，不再单一的依靠市电进行供电，这样使用新的清洁能源供电，同时提高电池的使用率，减少电池的使用数量，从而达到节能环保的目的。此外，该电池管理系统更加有利于对电池的维护，更利于对现有的备用电源系统进行升级改造，达到降低成本的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施方式的移动基站光伏储能备用电源的；
图2为图1所示的电池管理系统的开关电路的功能模块图；
图3为图2所示的开关电路的电路图；
图4为图1所示的均衡电路的电路图；
图5为图1所示的另一实施方式的电池管理系统的功能模块图；
图6为图1所示的电池管理系统的BEMS主机的电路图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
可以理解，目前的移动基站及储能式太阳能电源，都是使用新的电池，特别是使用铅酸电池，并由多个单个电池串联起来组成一个电池组，然后直接接入设备充当备用电源使用，为设备不间断供电,用现有的BMS电源管理维护成本高、使用寿命短、不环保等问题。
请参阅图1，一种移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，包括：电池组100、BEMS主机200、负载300及充电装置400，所述BEMS主机与所述电池组的总正端和总负端电连接，并且所述BEMS主机分别与所述负载和充电装置电连接。需要说明的是，所述电池组100为旧电池，用于实现对外供电；所述BEMS主机200用于实现对电池组的均衡控制，以使得电池组中的各个电池单元一致性高，BEMS主机不仅仅用于实现对电池组的均衡控制这个功能，还具有升降压功能，即对电池组充电时是降压，对基站负载放电的时候是升压(升压达到基站所需的电压)；所述负载300用于与BEMS主机进行连接；所述充电装置400用于通过BEMS主机进行电压转换后再对电池组进行充电。
请参阅图1和图2，所述电池组包括多个顺序串联连接的电池单元，在一个所述电池单元中，所述电池单元包括采样板110及两个串联连接的单体电池120，所述采样板与所述BEMS主机通讯连接，所述采样板包括均衡电路及开关电路，所述均衡电路分别与两个所述单体电池电连接，所述开关电路分别与所述BEMS主机和所述电池单元电连接。需要说明的是，所述采样板110主要是对该采样板对应的两个电池的电压进行采样，电量计算，对电池进行投入、切除处理，并将采样信息发送到BEMS主机，进行处理。进一步地，相邻两个所述采样板之间相互通讯连接。
如此，通过设置电池组和BEMS主机，可以将淘汰的旧电池组成新的备用电源系统，实现循环利用。并且通过设置均衡电路及开关电路，能够对电池进行均衡，使得电池内部参数一致性高，从而可以实现更高效的供电。而且该电池管理系统还增加了新能源供电方式管理，不再单一的依靠市电进行供电，这样使用新的清洁能源供电，同时提高电池的使用率，减少电池的使用数量，从而达到节能环保的目的。此外，该电池管理系统更加有利于对电池的维护，更利于对现有的备用电源系统进行升级改造，达到降低成本的目的。
需要说明的是，所述充电装置400包括新能源充电器410及基站充电器420，所述新能源充电器和所述基站充电器分别与所述BEMS主机及所述负载电连接。所述新能源充电器410及基站充电器420均是通过BEMS主机进行电压转换后为电池组进行充电。
请参阅图2，所述开关电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的一端与所述电池单元的总正端电连接，所述第一开关的另一端与所述第二开关的一端电连接，所述第二开关的另一端与所述电池单元的总负端电连接，并且所述第二开关的另一端还用于电连接另一个所述电池单元的第二开关。所述第一开关用于控制单个电池单元的接入或者断开，所述第二开关用于实现开关所在电池单元与另一电池单元电连接，即所述第一开关和所述第二开关用于控制电池单元的投入和切除。
请参阅图3，所述第一开关包括电阻R101、电阻R102及MOS管Q101，所述MOS管Q101的D极与所述电池单元的总正端连接，所述MOS管Q101的S极与所述第二开关电连接，所述MOS管Q101的G极用于与所述采样板电连接。
请参阅图3，所述第二开关包括电阻R104、电阻R103及MOS管Q102，所述MOS管Q102的D极与所述第一开关电连接，所述MOS管Q102的S极与所述电池单元的总负端连接，所述MOS管Q102的G极用于与所述采样板电连接。
需要说明的是，MOS管Q101和MOS管Q102主要控制电池的投入和切除。MOS管Q101和MOS管Q102是驱动互补开关，当MOS管Q101导通、MOS管Q102关断状态时，该采样板对应的两个电池接入系统中；当MOS管Q101关断、MOS管Q102导通状态时，该采样板对应的两个电池断开，不连接入系统中。
请参阅图4，所述均衡电路包括电感L101、MOS管Q103及MOS管Q104，所述MOS管Q103的D极与所述电池单元的总正端连接，所述MOS管Q103的S极分别与所述电感L101的一端和所述MOS管Q104的D极电连接，所述电感L101的另一端与两个串联连接的单体电池的连接节点电连接，所述MOS管Q104的S极与所述电池单元的总负端连接，所述MOS管Q103和所述MOS管Q104的G极分别与所述采样板电连接。
需要说明的是，在采样板中，MOS管Q103和MOS管Q104是驱动互补开关，MOS管Q103和MOS管Q104主要用来对该采样板对应的两个电池之间进行电流均衡。当电池电压不一致的时候，该电路就会对两个电池进行均衡，它通过IC控制均衡电路，电流由电压高的电池流向电压低的电池，电流大小可控。
在本实施例中，所述电池管理系统还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述BEMS主机电连接。所述无线通信模块用于实现与外部进行无线通信。
请参阅图5，所述电池组设置有多个，所述BEMS主机设置有多个，每一所述BEMS主机分别一一对应与一所述电池组电连接。在本实施例中，所述电池组设置有两个，当有两个电池组组成的电池系统则可以实现并机系统，并机系统的工作功率是单机系统工作功率的两倍。需要说明的是，当设置有多个BEMS主机的时候，则根据实际需求设定其中一个为BEMS主机，其余的设置为BEMS从机，并且每一所述BEMS从机均与所述BEMS主机通讯连接。即BEMS并机系统工作时，将其中一台BEMS主机设置为主机模式，其余BEMS主机设置为从机模式，BEMS主机之间相互通讯连接，BEMS主机控制BEMS从机的工作。
请参阅图5，在本实施例中，所述电池管理系统还包括均衡控制器500，所述均衡控制器分别与各所述电池组及所述BEMS主机电连接，所述均衡控制器还与所述BEMS主机相互通讯连接所述均衡控制器500用于均衡两个电池组之间的电压和总电量。在BEMS并机工作时，在电池组前端加入了均衡控制器电路，通过它对电池组进行电流均衡，使两个电池组之间的电池组电压、总电量更一致，可以使两台主机并机工作时效率更高，可以达到最大输出功率，而且会使两个电池组电量接近同时用完，使得两组电池组使用效率更高。
系统在工作时，充电过程：在电池组充电时，每个电池采样板通过对电池电压、电流、温度、等信息的采集，将数据发送到BEMS主机中进行周期比较，将电池电量比较多的前几节电池进行断开，其余的接入系统中，优先电量比较少的电池进行充电，当到下个比较周期时，再将所有电池电量进行比较，将电量较多的前几节电池进行断开，其余的接入系统，优先电量比较少的电池进行充电，周而复始。当充电快充满的时候，将电量充满的电池切除，不在重新接入，直到将所有电池电量充满为止。
放电过程：在电池放放电时，每个电池采样板通过对电池电压、电流、温度等信息的采集，将数据发送到BEMS主机中进行周期比较，将电池电量比较少的前几节电池进行断开操作，其余的接入系统中，优先将电池电量比较多的电池进行放电，当到下个比较周期时，再将所有电池电量进行比较，将电量较少的前几节电池进行断开，其余的接入系统中，优先将电池电量比较多的电池进行放电，周而复始。当电池放电到电池容量下线时，停止电池放电，不在重新接入系统中，直到将所有电池电量放光为止。
在并机放电过程中，当检测到两个电池组电压不一致的时候，即一个电池组放电能力强，另一个电池组放电能力弱，放电能力强的这一电池组通过电池组均衡控制器电路补充放电，使两组电池达到相同的电压并具有相同放电能力，从而使BEMS主机前端电压波动更小，并相对稳定，这样两个BEMS主机输出时都可达到最大功率，整个BEMS系统工作时也可达到最大功率输出。
每个采样板控制两组电池，当这两个电池电压不一致的时候，开启采样板的均衡电路，使这两个电池电量达到一致，性能达到一致，使其能够更好的进行放电。
如果在充放电过程中，采样板MCU检测并判断其中某一节电池已经损坏，进行切除处理，同时进行电池反向修复，经过多次修复后，还是判断电池为损坏电池，则发送信息通知维护人员进行更换处理。
BEMS主机主要负责对电池组充放电及其保护控制，对外部通信控制，及对新能源供电和市电供电切换的控制。
在充放电过程中，BEMS主机都对充放电电流，电压进行控制及进行保护，避免电池组过充过放，最大限度保护电池充放电，延长电池使用寿命。同时不断和外界进行通信，实时监控电池状态，也让维护人员全面了解电池参数，能够更方便的对电池进行维护。
此外，BEMS系统还不断监控新能源充电和市电电压、电流等，在有新能源供电时，开关SWD导通，开关SWE关断，优先使用新能源对设备进行供电同时给电池组充电；新能源供电不足时，开关SWD和开关SWE同时导通，新能源和市电一起给设备电池供电；在没有新能源供电时，开关SWD关断，开关SWE导通，由市电对设备进行供电；在没有市电的时候，开关SWD导通，开关SWE关断，由新能源和备用电源对设备进行供电；新能源和市电都没有时，开关SWD和开关SWE关断；由备用电源对设备进行供电。
请参阅图6，所述BEMS主机200包括主控MCU、升压电路和降压电路，所述升压电路和所述降压电路分别与所述主控MCU电连接。
需要说明的是，在有市电的时候，BEMS系统处于充电状态，充电器通过BEMS主机进行电压转换后再对电池组进行充电，电流方向由充电器端流向电池组端，主控MCU发出PWM信号，降压电路进行工作，升压电路不工作，此时该电路为降压电路。当没有市电时，BEMS系统处于放电状态，电池组给负载进行放电，电流方向由电池组端流向负载端，主控MCU发出PWM信号，升压电路进行工作，降压电压不工作该电路为升压电路。
本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：
本发明为一种移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，通过设置电池组和BEMS主机，可以将淘汰的旧电池组成新的备用电源系统，实现循环利用。并且通过设置均衡电路及开关电路，能够对电池进行均衡，使得电池内部参数一致性高，从而可以实现更高效的供电。而且该电池管理系统还增加了新能源供电方式管理，不再单一的依靠市电进行供电，这样使用新的清洁能源供电，同时提高电池的使用率，减少电池的使用数量，从而达到节能环保的目的。此外，该电池管理系统更加有利于对电池的维护，更利于对现有的备用电源系统进行升级改造，达到降低成本的目的。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，包括：
电池组、BEMS主机、负载及充电装置，所述BEMS主机与所述电池组的总正端和总负端电连接，并且所述BEMS主机分别与所述负载和充电装置电连接；
所述电池组包括多个顺序串联连接的电池单元，在一个所述电池单元中，所述电池单元包括采样板及两个串联连接的单体电池，所述采样板与所述BEMS主机通讯连接，所述采样板包括均衡电路及开关电路，所述均衡电路分别与两个所述单体电池电连接，所述开关电路分别与所述BEMS主机和所述电池单元电连接。
2.根据权利要求1所述的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，所述充电装置包括新能源充电器及基站充电器，所述新能源充电器和所述基站充电器分别与所述BEMS主机及所述负载电连接。
3.根据权利要求1所述的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，所述开关电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的一端与所述电池单元的总正端电连接，所述第一开关的另一端与所述第二开关的一端电连接，所述第二开关的另一端与所述电池单元的总负端电连接，并且所述第二开关的另一端还用于电连接另一个所述电池单元的第二开关。
4.根据权利要求3所述的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，所述第一开关包括电阻R101、电阻R102及MOS管Q101，所述MOS管Q101的D极与所述电池单元的总正端连接，所述MOS管Q101的S极与所述第二开关电连接，所述MOS管Q101的G极用于与所述采样板电连接。
5.根据权利要求3所述的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，所述第二开关包括电阻R103、电阻R104及MOS管Q102，所述MOS管Q102的D极与所述第一开关电连接，所述MOS管Q102的S极与所述电池单元的总负端连接，所述MOS管Q102的G极用于与所述采样板电连接。
6.根据权利要求1所述的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，所述均衡电路包括电感L101、MOS管Q103及MOS管Q104，所述MOS管Q103的D极与所述电池单元的总正端连接，所述MOS管Q103的S极分别与所述电感L101的一端和所述MOS管Q104的D极电连接，所述电感L101的另一端与两个串联连接的单体电池的连接节点电连接，所述MOS管Q104的S极与所述电池单元的总负端连接，所述MOS管Q103和所述MOS管Q104的G极分别与所述采样板电连接。
7.根据权利要求1所述的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，所述电池组设置有多个，所述BEMS主机设置有多个，每一所述BEMS主机分别一一对应与一所述电池组电连接。
8.根据权利要求7所述的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括均衡控制器，所述均衡控制器分别与各所述电池组及所述BEMS主机电连接，所述均衡控制器还与所述BEMS主机相互通讯连接。
9.根据权利要求1所述的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，相邻两个所述采样板之间相互通讯连接。
10.根据权利要求1所述的移动基站光伏储能备用电源的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述BEMS主机电连接。
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