CN117747978A - 高效储能后备电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高效储能后备电源，包括箱体，所述箱体内部采用46串1并组成有电池系统，且箱体内部安装有电池管理系统、继电器、DC电源、熔断器、双休整流管、通讯连接器和充放电连接器，所述电池管理系统采用CAN传输接口，电池管理系统采用三级架构模式，分为采集单元、控制单元、高压管理单元。本发明实现了无人值守智能化自动管理功能，高效储能后备电源体积轻巧、便于安装，超宽温度工作，功能全面，智能化，适用于基站、储能通信类应急供电电源。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及高效储能后备电源。
背景技术
在军事装备及航空航天事业中的应用，在军事装备中，磷酸铁锂电池包主要用作动力启动电源、无线通信电台电源、微型无人驾驶侦察飞机动力电源等，此外，诸如激光瞄准器、夜视器、飞行员救生电台电源等现在也普遍采用锂离子电池。在航天领域，锂电池已经用于地球同步轨道卫星和低轨道通信卫星，作为发射和飞行中校正、地面操作的动力。
磷酸铁锂电池自身的结构特点和特殊的工作原理，决定了其原材料丰富、环保、比容量高、循环性能和安全性能好等特点，在医疗行业(例如，助听器、心脏起搏器等)、石化行业(例如，采油动力负荷调整)、电力行业(例如，储能电源)等均具有广阔的应用前景，其在追求能源绿色化的今天，具有更加重要的意义。
现有的后备电源在军事基地、军工通信基站，无人值守通信机房等应急备用电源时，由于结构不轻巧，不方便使用，且在特殊条件下安全性能不高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了高效储能后备电源。
本发明提出的高效储能后备电源，包括箱体，所述箱体内部采用46串1并组成有电池系统，且箱体内部安装有电池管理系统、继电器、DC电源、熔断器、双休整流管、通讯连接器和充放电连接器，所述电池管理系统采用CAN传输接口，电池管理系统采用三级架构模式，分为采集单元、控制单元、高压管理单元。
优选的，所述箱体采用铝合金无花镀锌板加工制作，由前面板、后面板、把手及附件组成。
优选的，所述箱体的外形尺寸为：420mm*167.8mm*480mm，重量为：40KG。
优选的，所述电池管理系统用于监测、评估及保护电池系统运行状态，主要功能包括：监测并传递电池系统单体、电池系统的运行状态信息，如电压、电流、温度以及保护；评估计算电池系统的荷电状态SOC及电池系统保护电池系统安全。
优选的，所述采集单元主要对电池系统运行信息如电池系统单体电压、温度进行采集，对电池系统实施被动均衡和热管理，每一个模块可对电池进行监测和维护，可连接多路温度传感器。
优选的，所述控制单元主要对电池系统的运行信息进行监控和数据处理，对电池系统高压回路实施控制，对出现的过压、欠压、过流、漏电异常进行报警，并根据安全处理规则的要求对电池系统进行保护，确保电池系统的安全、稳定运行。
优选的，所述管理单元主要对电池系统高压运行信息的充放电电流、绝缘检测进行采集，与控制单元之间采用CAN通讯连接。
优选的，所述电池系统的单个电池为磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池正极由橄榄石结构的LiFePO4材料构成，由铝箔与电池正极连接，负极是由碳组成，由铜箔与电池的负极连接，中间是聚合物材料构成的隔膜，其将正极与负极隔开，电池内部充有电解质，电池由金属外壳密闭封装。
优选的，所述电池系统采用安全输出电压为119.6VDC～167.9VDC的正负极直流电力输入输出接口。
本发明中，所述高效储能后备电源，可在高低温环境下长期工作，在低温环境下工作时，可自动检测电池温度并自动开启电芯加热功能，加热完成后自动关闭，当电池组放电低压保护后，在没有检测到充电的情况下将自动进入休眠状态，在来市电时自动开启充电激活功能，实现了无人值守智能化自动管理功能，高效储能后备电源体积轻巧、便于安装，超宽温度工作，功能全面，智能化，适用于基站、储能通信类应急供电电源。
附图说明
图1为本发明提出的高效储能后备电源的背面结构示意图；
图2为本发明提出的高效储能后备电源的正面结构示意图；
图3为本发明提出的高效储能后备电源的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3，高效储能后备电源，包括箱体1，箱体1内部采用46串1并组成有电池系统，且箱体1内部安装有电池管理系统、继电器、DC电源、熔断器、双休整流管、通讯连接器和充放电连接器，电池管理系统采用CAN传输接口，电池管理系统采用三级架构模式，分为采集单元、控制单元、高压管理单元。
电池管理系统功能简述表如下：
本发明中，箱体1采用铝合金无花镀锌板加工制作，由前面板、后面板、把手及附件组成。
本发明中，箱体1的外形尺寸为：420mm*167.8mm*480mm，重量为：40KG。
本发明中，电池管理系统用于监测、评估及保护电池系统运行状态，主要功能包括：监测并传递电池系统单体、电池系统的运行状态信息，如电压、电流、温度以及保护；评估计算电池系统的荷电状态SOC及电池系统保护电池系统安全。
本发明中，采集单元主要对电池系统运行信息如电池系统单体电压、温度进行采集，对电池系统实施被动均衡和热管理，每一个模块可对电池进行监测和维护，可连接多路温度传感器。
本发明中，控制单元主要对电池系统的运行信息进行监控和数据处理，对电池系统高压回路实施控制，对出现的过压、欠压、过流、漏电异常进行报警，并根据安全处理规则的要求对电池系统进行保护，确保电池系统的安全、稳定运行。
本发明中，管理单元主要对电池系统高压运行信息的充放电电流、绝缘检测进行采集，与控制单元之间采用CAN通讯连接。
本发明中，电池系统的单个电池为磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池正极由橄榄石结构的LiFePO4材料构成，由铝箔与电池正极连接，负极是由碳组成，由铜箔与电池的负极连接，中间是聚合物材料构成的隔膜，其将正极与负极隔开，电池内部充有电解质，电池由金属外壳密闭封装。
磷酸铁锂电池性能特点：
安全性：磷酸铁锂电池正极材料电化学性能稳定，这决定了它具有着平稳的充放电平台，因此，在充放电过程中电池的结构不会发生变化，不会燃烧爆炸，并且即使在短路、过充、挤压、针刺等特殊条件下，仍然是非常安全的。
循环寿命：磷酸铁锂电池1C循环寿命普遍达2000次，甚至达到3000次以上，而对于储能市场要求达到4000-5000次以上，保证8-10年的使用寿命，高于三元电池1000多次的循环寿命，而长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右。
磷酸铁锂电池电芯设计参数如下表：
电池系统设计参数如下表：
本发明中，电池系统采用安全输出电压为119.6VDC～167.9VDC的正负极直流电力输入输出接口。
本发明：电池管理系统BMS控制策略
1)故障等级严重性：一级保护>二级报警
2)故障响应策略：
一级保护：BMS通过发送保护事件，持续3s后BMS切断高压回路主继电器。
二级报警：BMS通过发送报警信息。
输入检测控制策略
BMS开机后检测自复位开关按下，首先断开充放电继电器，加热继电器，声光报警继电器，预充继电器，然后断开DC/DC继电器。
BMS上、下电控制策略
1)上电控制策略:当自复位开关按下，电池给BMS供电，BMS上电后，DC/DC继电器闭合，BMS正常运行。
2)下电控制策略,当BMS检测到自复位开关按下或休眠条件满足,DC/DC继电器断开,BMS下电休眠。
休眠策略(可充电激活)
1)检测到电池组电压低于110V或者单体电压＜2.4V时,10分钟无充电动作或充电电流小于2A，进入休眠。
2)放电状态下电池组电压低于92V，或者单体电压＜2.0V时，电池组进入关机状态(此状态下开机后自动关机)。
3)运行中检测到自复位开关按下，进入休眠。
加热策略
1)当温度＜0℃时，加热继电器闭合，充、放电继电器断开，加热到温度＞0℃时，充电继电器闭合。
2)当温度≥10℃时，加热继电器断开，充、放电继电器闭合。
3)如加热45分钟后，温度还未到+10℃，停止加热。
4)当温度＜0℃时，断开充电继电器，启动加热继电器，给加热膜供电加热。(如果此时检测到外部充电机电压高于电池组电压，则由外部充电机给加热膜供电加热；反之则由电池组为加热膜供电加热)。
5)满足以下任一条件停止加热:
1、加热膜温度＞70℃；
2、加热膜温差＞10℃；
3、电池温差＞15℃；
4、单体电池＜2.0V；
6)满足以下所有条件后继续加热：
1、加热膜温度＜60℃；
2、加热膜温差＜5℃；
3、电池温差＜10℃；
4、单体电池＞2.7V；
低温预热结构设计：
本发明采用磷酸铁锂电芯，当多节电芯串并联之后，①在每2颗电芯的中间夹装硅胶加热膜，②通过结构设计使每片加热膜与电芯充分紧密贴服，实现低温环境下为电芯单体提供均匀预热能力，使每一颗电芯的性能得到充分发挥；
智能无人值守管理
在-40℃-+60℃环境下，通过高智能化管理系统，实现高温电池系统能够自己启动降温工作、低温环境下实现自动升温，根据用电设备负载功率实现电池系统供电能力、电量、电池系统智能启停、市电恢复后智能充电能力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.高效储能后备电源，包括箱体(1)，其特征在于，所述箱体(1)内部采用46串1并组成有电池系统，且箱体(1)内部安装有电池管理系统、继电器、DC电源、熔断器、双休整流管、通讯连接器和充放电连接器，所述电池管理系统采用CAN传输接口，电池管理系统采用三级架构模式，分为采集单元、控制单元、高压管理单元。
2.根据权利要求1所述的高效储能后备电源，其特征在于，所述箱体(1)采用铝合金无花镀锌板加工制作，由前面板、后面板、把手及附件组成。
3.根据权利要求1所述的高效储能后备电源，其特征在于，所述箱体(1)的外形尺寸为：420mm*167.8mm*480mm，重量为：40KG。
4.根据权利要求1所述的高效储能后备电源，其特征在于，所述电池管理系统用于监测、评估及保护电池系统运行状态，主要功能包括：监测并传递电池系统单体、电池系统的运行状态信息，如电压、电流、温度以及保护；评估计算电池系统的荷电状态SOC及电池系统保护电池系统安全。
5.根据权利要求1所述的高效储能后备电源，其特征在于，所述采集单元主要对电池系统运行信息如电池系统单体电压、温度进行采集，对电池系统实施被动均衡和热管理，每一个模块可对电池进行监测和维护，可连接多路温度传感器。
6.根据权利要求1所述的高效储能后备电源，其特征在于，所述控制单元主要对电池系统的运行信息进行监控和数据处理，对电池系统高压回路实施控制，对出现的过压、欠压、过流、漏电异常进行报警，并根据安全处理规则的要求对电池系统进行保护，确保电池系统的安全、稳定运行。
7.根据权利要求1所述的高效储能后备电源，其特征在于，所述管理单元主要对电池系统高压运行信息的充放电电流、绝缘检测进行采集，与控制单元之间采用CAN通讯连接。
8.根据权利要求1所述的高效储能后备电源，其特征在于，所述电池系统的单个电池为磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池正极由橄榄石结构的LiFePO4材料构成，由铝箔与电池正极连接，负极是由碳组成，由铜箔与电池的负极连接，中间是聚合物材料构成的隔膜，其将正极与负极隔开，电池内部充有电解质，电池由金属外壳密闭封装。
9.根据权利要求1所述的高效储能后备电源，其特征在于，所述电池系统采用安全输出电压为119.6VDC～167.9VDC的正负极直流电力输入输出接口。
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