CN202405387U - 移动基站蓄电池远程综合管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及移动基站蓄电池远程综合管理系统，包括上位机、开关电源、蓄电池组、在线监测维护修复装置；通过网管系统上位机与在线监测维护修复装置、开关电源相连，在线监测维护修复装置和蓄电池组配连；开关电源与蓄电池组相连；蓄电池组由单体电池构成，在线监测维护修复装置包括监控器、维护模块、电压模块、电流模块、双向隔离器、温度传感器、电池修复仪。上位机通过网管系统对各基站的监控器进行远程遥测、遥信、遥控的综合管理，实时在线远程监测电池组和电池组中每个单体电池的运行状态、对每个单体电池实时在线充放电维护、性能分析和容量判断、对落后单体电池在线修复、对电池组进行浮充电压的温度补偿、对故障电池发出报警并处置。

Description

移动基站蓄电池远程综合管理系统

技术领域

本实用新型涉及蓄电池技术领域的一种远程综合管理系统，特别是移动基站蓄电池远程综合管理系统，其能够用于蓄电池实时在线的远程监测、维护，能够实现对蓄电池在线使用的性能分析和容量计算以及浮充电压的温度补偿、落后电池的在线修复和各类警情的反向主动告警多种功能，以保障通信畅通。 

背景技术

由蓄电池构成的移动基站的蓄电池组是基站的后备电源，当市电停电时，利用蓄电池组给设备供电，以保持通信的畅通。通常，基站使用开关电源给设备供电，同时也给蓄电池组充电；给蓄电池组均充充电充满后转为浮充充电；浮充充电是为补偿蓄电池自放电的损耗，使蓄电池保持充满电的状态，以保证停电时蓄电池能够满负荷供电；蓄电池是长期运行在浮充状态。通常，业内将蓄电池组中的单个蓄电池称作“单体电池”。 

据申请人所知，由于蓄电池组中各单体电池──蓄电池的特性存在离散性，反应在浮充状态下电池的端电压不一致，有的偏高，有的偏低。过高的浮充电压意味着电池过充，会加速正极板的腐蚀，减少电池寿命。过低的浮充电压意味着电池欠充，会加速负极板的腐蚀，同样也会减少电池的寿命。而蓄电池组中各单体电池的电压相互影响，会产生更大的波动，进一步加强了过充和欠充现象。 

目前，采用人工对蓄电池进行维护。人工维护的方式是，维护人员每季巡检一次，对落后电池采用脱线维护（将蓄电池断电后从蓄电池组中取下来维护），电压高了就放电，欠压的就补充电。申请人经过研究和试验发现，那些过充或欠充的电池长期在过充或欠充状态下工作，靠每季维护一次是远远不够的。随着移动基站不断增多，维护力量明显不足。况且人工维护劳动强度大，人工交通费用高，这种滞后、粗放型的人工维护，根本满足不了蓄电池所需要的实时在线精细维护。 

有关蓄电池研究资料介绍，当蓄电池组的单体电池实际浮充时的端电压，与规定的浮充电压相差5%时，蓄电池的寿命将会缩短一半。蓄电池的设计寿命一般在15年以上，但由于人工维护的滞后性，造成蓄电池使用寿命实际上连设计寿命的一半都难以达到。有的甚至使用三、四年就报废了，由此产生巨大的浪费，后果严重。而蓄电池在生产过程中、废电池的回收再利用过程中，产生大量的有害气体，给环境造成污染。 

此外，基站环境温度的变化对蓄电池的寿命影响也很大。为有效地提高蓄电池的使用寿命应根据环境温度的变化，适时调整蓄电池组的浮充电压。 

蓄电池容量的计算，预知蓄电池的容量及可能的隐患亦至关重要。因为蓄电池组中某单个电池容量偏小（落后电池），放电时提前终止放电，造成整组蓄电池放电时间提前终止。或者蓄电池组中有一个电池损坏（故障电池），则整组电池不能工作，造成通讯中断的事故。 

通信行业早在1997年的《通信电源、机房空调集中监控管理系统暂行规定》中规定，需要对机房中蓄电池组的工作状态进行在线监测。这种在线监测比人工维护前进了一步，但仅仅限于监测，没有从根本上解决问题。 

中国专利文献CN201029103Y公开了《一种蓄电池组在线监测维护系统》（专利申请号200720103569.6）。该系统包括：蓄电池组，蓄电池在线监测主机及在线监测维护装置，所述在线监测维护装置分别与所述的蓄电池组和在线监测主机相连接；所述的蓄电池在线监测维护装置，用于实时监测蓄电池的运行状态，并把监测结果转换成数字信号发送到在线监测主机，蓄电池在线监测主机根据所述信号判断蓄电池是否异常，当判断为是的时候，蓄电池在线监测主机发出指令到在线监测维护装置，使其对蓄电池进行维护。申请人认为，这种设备在对蓄电池组进行在线监测基础上，增加了在线维护，比在此之前采用的监测维护技术又前进了一大步。但还是没有在线对电池进行性能分析和容量判断的功能，也没有对各种故障自动报警的功能，没有对蓄电池组浮充电压进行温度补偿的功能，更不能对单体落后电池进行在线修复。 

从公开的中国专利文献CN201029103Y中，申请人发现，其提出的隔离措施仅限于其内部的安全，其设备对单体电池，对蓄电池组和上一级监控中心都未采取隔离措施，系统也无接地防雷，这会对通信设备的安全不利。 

目前，还没有公知的对移动基站蓄电池实行远程在线监测、维护、电池性能分析和容量的计算、温度补偿、在线修复和反向主动告警的综合管理系统。 

实用新型内容

本实用新型的目的是，根据目前的移动基站特别是无人值守基站的特点，针对上述现有技术存在不足进行改进，提出并研究一种移动基站蓄电池远程综合管理系统。 

本实用新型的技术解决方案是，包括上位机、开关电源、蓄电池组、在线监测维护修复装置；上位机与网管系统相连，通过网管系统上位机与在线监测维护修复装置相连，在线监测维护修复装置和蓄电池组配连；上位机通过网管系统与开关电源相连、开关电源与蓄电池组相连；蓄电池组由单体电池构成，其特征在于，在线监测维护修复装置受控于上位机；在线监测维护修复装置包括监控器、维护模块、电压模块、电流模块、双向隔离器、温度传感器、电池修复仪；监控器分别与维护模块、电压模块、电流模块、电池修复仪配连并通过通信线实现通信连接，维护模块与蓄电池相连，监控器和电压模块分别与蓄电池组相连，；电池修复仪与蓄电池组中的每个单体电池分别相连。 

其特征在于，在线监测维护修复装置的监控器设置在各基站；网管系统与在线监测维护修复装置中的监控器相连；上位机作为一级控制中心或多级控制中心的主控机。 

其特征在于，温度传感器附接在维护模块上。 

其特征在于，监控器与维护模块相连采用并联连接。 

其特征在于，监控器与维护模块配连采用串联连接。 

其特征在于，维护模块与单体电池、电压模块和监控器与蓄电池组之间均装有双向隔离器，双向隔离器中的电压检测和内阻检测采用光耦隔离形式，充电、放电隔离采用继电器隔离形式。 

其特征在于，一个维护模块安装在一个蓄电池上，维护模块共有六根线同蓄电池相连，即二根电压检测线、二根内阻检测线、二根充放电控制线，分别与蓄电池的正负极相连。 

其特征在于，维护模块由电压监测电路、内阻检测电路、恒流充电控制电路，放电控制电路、A/D转换电路、高速MCU微电脑控制器、RS485通信控制电路、隔离电源、通信隔离器构成，电压监测电路、内阻检测电路、放电控制电路、恒流充电控制电路接A/D转换电路，RS485通信控制电路、恒流充电控制电路，放电控制电路、A/D转换电路接高速MCU微电脑控制器，RS485通信控制电路与监控器连接。 

其特征在于，监控器采用四芯端口与维护模块、电压模块、电流模块连接，四芯端口安装有RS485通信线和电源线，RS485通信线与电源共地线；监控器通过 RS485或TCP/IP、GPRS与网管系统相连。 

其特征在于，上位机（监控中心）通过网管系统对各基站的监控器进行远程遥测、遥信、遥控的综合管理，用于实时在线远程监测蓄电池组和蓄电池组中每个单体电池的运行状态、对每个单体电池进行实时在线的充放电维护、性能分析和容量判断、对落后单体电池在线修复、对蓄电池组进行浮充电压的温度补偿、对故障电池发出报警并进行处置。本实用新型的工作原理是： 

监控器采用单片机电路进行工作，其根据接收到维护模块、电压模块、电流模块、温度传感器发送的信息进行运算处理，向各维护模块发布对单体电池的维护限定值的指令，将收集到的各类信息及各类警情实时向上位机传送。监控器能够同时监控两个蓄电池组，一个监控器最多可监控128只单体电池，其标称的电压可以是2V或者4V或者6V或者12V。

系统可自动判别各单体电池的性能和容量计算：预先在监控器中存入标准的放电电压曲线、标准的浮充内阻阻值（均由厂家提供），监控器通过短时放电或市电停电时各单体电池的放电曲线，同预存的标准放电曲线进行比较、准确计算出各单体电池的容量、找出落后电池或故障电池并向上位机报警，监控器将各单体电池的均充、浮充、放电的电压；浮充内阻；电池投入运营的时间；基站环境温度的变化等向上位机传送贮存并建立数据库，建立单体电池的性能档案，将历年来的经验数据输入。根据各单体电池浮充电压的离散度、浮充内阻的变化、充放电曲线、运行时间、环境温度变化等数据与电池容量的关联性，将实时监测的各单体电池的参数与历史数据对照分析，预估电池的容量及健康状态，通过数据库还可挑选各项性能相近的电池更换故障电池。 

温度传感器检测环境温度和估算单体电池内部电解液的温度，实时向监控器发送。 

监控器根据温度传感器检测的环境温度的变化，计算出对蓄电池组浮充电压进行温度补偿值，并向上位机申请对蓄电池组的浮充电压进行温度补偿。 

监控器接收到上位机对落后电池进行在线修复的指令后，启动电池修复仪对相关的落后单体电池进行在线修复，并把其它的电池进行隔离屏蔽，上位机遥控关闭开关电源对蓄电池组的充电开关。也可采用小电流脉充形式的修复仪，则可在浮充状态下对落后的单体电池进行在线修复，不影响其它电池的运行状态。 

维护模块接到上位机发布的维护限定值的指令后，自动对过充或欠充的单体电池进行自适应充放电维护（根据过充或欠充程度，自动调整维护时补充充电和维护放电电流的大小）。 

双向隔离器用于维护模块同单体电池之间、电压模块及监控器与蓄电池组之间的安全隔离，防止维护模块和电压模块及监控器发生故障时对蓄电池造成损害。也防止蓄电池充放电时大电流对维护模块、电压模块及监控器的损害。双向隔离器中的电压检测和内阻检测采用光耦隔离形式，充电、放电隔离采用继电器隔离形式。 

监控器与维护模块相连的方式有两种，并联连接方式和串联连接方式。当监控器以并联方式与维护模块相连，在某模块或线路发生故障时，不影响整个系统的运行。当监控器以串联方式与维护模块相连，其适用于有人值守基站，施工方便且节省材料。 

本实用新型采用三级组网：监控器（SM）→上位机（区域中心SS   ）→监控中心（SC）。 

组网方式有三种： 

1、监控器通过TCP/IP方式接入移动基站现有的EI传输系统。

2、监控器通过RS485接入现有的动力环境监控平台。 

3、自行组网，监控器利用EI-IP转换器通过10/100M上传到上位机，建立数据库，上位机与监控中心进行计算机组网。 

本实用新型优点是，设计合理，功能完备，性能好，能够实现蓄电池在线的远程监测、维护，对蓄电池在线使用的性能分析和容量计算以及浮充电压的温度补偿、落后电池的在线修复和各类警情的反向主动告警多种功能，延长蓄电池的使用寿命，保障通信畅通。 

附图说明

图1、本实用新型的系统框图。 

图2、本实用新型采用的在线监测维护修复装置结构图之一。 

图3 、本实用新型采用的在线监测维护修复装置结构图之二。 

图4、本实用新型的维护模块电路结构图。 

下面，根据附图，详细描述本实用新型的实施例。 

实施例一 

如图1、图2所示，本实用新型包括上位机1、开关电源5、蓄电池组4、在线监测维护修复装置3。上位机1与网管系统2、6相连，通过网管系统2上位机1与在线监测维护修复装置3相连，在线监测维护修复装置3和蓄电池组4配连。上位机1通过网管系统6与开关电源5相连，开关电源5与蓄电池组4相连，蓄电池组4由多个单体电池构成。单体电池作为蓄电池。在线监测维护修复装置3包括监控器14、维护模块11、电压模块17、电流模块18、双向隔离器9、温度传感器10、电池修复仪7。监控器14以并联方式与维护模块11相连。监控器14通过RS485通信线12、16、15、13分别与维护模块11、电压模块17、电流模块18、电池修复仪7配连。维护模块11与单体电池相连，监控器14和电压模块17分别与蓄电池组4相连，监控器14与网管系统2相连；电池修复仪7与蓄电池组4中的各单体电池分别相连。一台监控器14可监控两个蓄电池组4和一台电池修复仪7。每个电池配一个维护模块11，每个2V的蓄电池组配有24个维护模块11和24个温度传感器10、一个电压模块17、一个电流模块18。

监控器14根据接收到维护模块11、电压模块17、电流模块18、温度传感器10发送的信息进行运算处理：向各维护模块11发布对单体电池的维护限定值的指令，将收集到的各类信息及各类警情实时向上位机1传送。监控器14能够同时监控两个蓄电池组4，一个监控器14最多可监控128只单体电池，其标称的电压可以是2V或者4V或者6V或者12V。 

系统可自动判别各单体电池的性能和容量计算：预先在监控器中存入标准的放电电压曲线、标准的浮充内阻阻值（均由厂家提供），监控器通过短时放电或市电停电时各单体电池的放电曲线，同预存的标准放电曲线进行比较、准确计算出各单体电池的容量、找出落后电池或故障电池并向上位机报警，监控器将各单体电池的均充、浮充、放电的电压；浮充内阻；电池投入运营的时间；基站环境温度的变化等向上位机传送贮存并建立数据库，建立单体电池的性能档案，将历年来的经验数据输入。根据各单体电池浮充电压的离散度、浮充内阻的变化、充放电曲线、运行时间、环境温度变化等数据与电池容量的关联性，将实时监测的各单体电池的参数与历史数据对照分析，预估电池的容量及健康状态，通过数据库还可挑选各项性能相近的电池更换故障电池。 

温度传感器10附接在维护模块11上，检测环境温度和估算单体电池内部电解液的温度，实时向监控器14发送。 

监控器14根据温度传感器检测的环境温度的变化，计算出对蓄电池组4浮充电压进行温度补偿值，并向上位机1申请执行。 

监控器14接收到上位机1对落后电池进行在线修复的指令后，启动电池修复仪7对相关的落后单体电池进行在线修复，并把其它的电池进行隔离屏蔽（上位机1遥控关闭开关电源5对蓄蓄电池组4的充电开关），也可采用小电流脉充修复仪，则可在浮充状态下对落后的单体电池进行在线修复，不影响其它电池的运行状态。 

维护模块11接到上位机1发布的维护限定值的指令后，自动对过充或欠充的单体电池进行自适应充放电维护（根据过充或欠充程度，自动调整维护时补充充电和维护放电电流的大小）。 

维护模块11与单体电池、电压模块17及监控器14与蓄电池组4之间均装有双向隔离器9。双向隔离器9用于维护模块11同单体电池之间、电压模块17及监控器14与蓄电池组4之间的安全隔离，防止维护模块11和电压模块17及监控器14发生故障时对蓄电池造成损害。也防止蓄电池充放电时大电流对维护模块11、电压模块17及监控器14的损害。双向隔离器9中的电压检测和内阻检测采用光耦隔离形式，充电、放电隔离采用继电器隔离形式。 

一个维护模块11安装在一个蓄电池上，维护模块11共有六根线同蓄电池相连，即电压检测线、内阻检测线、充放电控制线，分别与蓄电池的正负极相连。 

监控器14以并联方式与维护模块11相连，当某模块或线路发生故障时，不影响整个系统的运行。 

实施例二 

如图1、图3 所示，本实用新型包括上位机1、开关电源5、蓄电池组4、在线监测维护修复装置3。上位机1与网管系统2、6相连，通过网管系统2上位机1与在线监测维护修复装置3相连，在线监测维护修复装置3和蓄电池组4配连。上位机1通过网管系统6与开关电源5相连、开关电源5与蓄电池组4相连，蓄电池组4由若干单体电池构成，单体电池作为蓄电池。在线监测维护修复装置3包括监控器14、维护模块11、电压模块17、电流模块18、双向隔离器9、温度传感器10、电池修复仪7。监控器通过RS485通信线12与第一个维护模块11相连，第一个维护模块11通过RS485通信线19与第二个维护模块11相连，随后的各维护模块11通过RS485通信线19依次串联至同一蓄电池组4的最后一个维护模块11。

监控器通过RS485通信线13、15和16分别与电池修复仪、电流模块11、电压模块17配连。维护模块11与单体电池相连，监控器14和电压模块17分别与蓄电池组4相连，监控器14与网管系统2相连；电池修复仪7与蓄电池组4中的各单体电池分别相连。一台监控器14可监控两个蓄电池组4和一台电池修复仪7。每个电池配一个维护模块11，每个2V的蓄电池组4有24个维护模块和24个温度传感器10、一个电压模块17、一个电流模块18。 

监控器14根据接收到维护模块11、电压模块17、电流模块18、温度传感器10发送的信息进行运算处理：向各维护模块11发布对单体电池的维护限定值的指令，将收集到的各类信息及各类警情实时向上位机1传送。监控器14可同时监控两个蓄电池组4，监控器14最多可监控128只单体蓄电池，其标称的电压可以是2V或者4V或者6V或者12V。 

系统可自动判别各单体电池的性能和容量计算：预先在监控器中存入标准的放电电压曲线、标准的浮充内阻阻值（均由厂家提供），监控器通过短时放电或市电停电时各单体电池的放电曲线，同预存的标准放电曲线进行比较、准确计算出各单体电池的容量、找出落后电池或故障电池并向上位机报警，监控器将各单体电池的均充、浮充、放电的电压；浮充内阻；电池投入运营的时间；基站环境温度的变化等向上位机传送贮存并建立数据库，建立单体电池的性能档案，将历年来的经验数据输入。根据各单体电池浮充电压的离散度、浮充内阻的变化、充放电曲线、运行时间、环境温度变化等数据与电池容量的关联性，将实时监测的各单体电池的参数与历史数据对照分析，预估电池的容量及健康状态，通过数据库还可挑选各项性能相近的电池更换故障电池。 

温度传感器10附接在维护模块11上，检测环境温度和估算单体电池内部电解液的温度，实时向监控器14发送。 

监控器14根据温度传感器10检测的环境温度的变化，计算出对蓄电池组4浮充电压进行温度补偿值，并向上位机1申请执行。 

监控器14接收到上位机1对落后电池进行在线修复的指令后，启动电池修复仪7对相关的落后单体电池进行在线修复，并把其它的电池进行隔离屏蔽（上位机1遥控关闭开关电源5对蓄蓄电池组4的充电开关）。也可采用小电流脉充修复仪，则可在浮充状态下对落后的单体电池进行在线修复，不影响其它电池的运行状态。 

维护模块11接到上位机1发布的维护限定值的指令后，自动对过充或欠充的单体电池进行自适应充放电维护（根据过充或欠充程度，自动调整维护时补充充电和维护放电电流的大小）。 

维护模块11与单体电池、电压模块17及监控器14与蓄电池组4之间均装有双向隔离器9。双向隔离器9用于维护模块11同蓄电池之间、电压模块17以及监控器14与蓄蓄电池组4之间的安全隔离，防止维护模块11和电压模块17及监控器14发生故障时对蓄电池造成损害。也防止蓄电池充放电时大电流对维护模块11、电压模块17及监控器14的损害。双向隔离器中的电压检测和内阻检测采用光耦隔离形式，充电、放电隔离采用继电器隔离形式。 

一个维护模块11安装在一个蓄电池上，维护模块11共有六根线同蓄电池相连，即电压检测线二根、内阻检测线二根、充放电控制线二根，分别与蓄电池的正负极相连。 

监控器14以串联方式与维护模块11相连，适用于有人值守基站，施工方便且节省材料。 

如图4所示，维护模块11由电压监测电路405、内阻检测电路406、恒流充电控制电路409，放电控制电路407、A/D转换电路404、高速MCU微电脑控制器410、RS485通信控制电路403、隔离电源411、通信隔离器402构成。电压监测电路405、内阻检测电路406、放电控制电路407、恒流充电控制电路409接A/D转换电路404，RS485通信控制电路403、恒流充电控制电路409、放电控制电路407、A/D转换电路404接高速MCU微电脑控制器410，通信隔离器402与RS485通信控制电路403连接；四芯端口401与通信隔离器402、隔离电源411配连。电压检测电路405将检测到的单体电池端电压值通过A/D转换电路404将模拟量转换成数字信号传送给高速MCU微电脑控制器410，高速MCU微电脑控制器410将此信号通过RS485通信控制电路403、通信隔离器402、四芯端口401实时向监控器14传送。同时将监控器14发出的维护指令同单体电池的端电压进行实时对比，判别电池端电压是否异常。当判别为是的时候，高速MCU微电池控制器410即向放电控制电路407或恒流充电控制电路409发出指令，对单体电池进行自适应放电或自适应充电维护，高速MCU微电脑控制器410控制充放电电流的大小。内阻监测电路将检测到的单体电池的内阻值，通过AD转换电路404将模拟量转换成数字信号传送给高速MCU微电脑控制器410，高速MCU微电脑控制器410将此信号通过RS485传送给监控器14。 

监控器14采用安装有RS485通信线和电源线的四芯端口401与维护模块11、电压模块17、电流模块18连接，RS485与电源共地线。监控器14利用 RS485或TCP/IP、GPRS类型的通信通道与网管系统2相连。 

本实用新型采用三级组网：监控器14（SM）→上位机1（或者称区域中心SS——一级控制中心       ）→监控中心（SC）——多级控制中心。 

组网方式有三种：1、监控器14通过TCP/IP方式接入移动基站现有的EI传输系统。2、监控器14通过RS485接入现有的动力环境监控平台。3、自行组网，监控器14利用EI-IP转换器通过10/100M上传到上位机1，建立数据库，上位机1与监控中心进行计算机组网。 

本实用新型各部分的功能如下： 

监控器14是以单片机为核心的控制系统，其功能为收集维护模块11、电压模块17、电流模块18、温度传感器10向上传送的各种参数信息，进行运算处理；向各维护模块11发布维护指令；将收集的信息制成“浮充电压直方图”和“浮充内阻直方图”；判断电池的优劣，计算出各单体电池的容量；自动控制电池修复仪7对单体落后电池进行在线修复；根据环境温度变化，确定浮充电压补偿值并向上位机1申请温度补偿；将收集的各类数据及警情实时传送上位机1。

监控器14的供电采用交、直流双路供电（自动切换），直流DC48V通过双向隔离器从蓄电池组4输出端引入；交流AC220V从基站交流供电引入。 

监控器14应电气接地，与上级监控中心的通信线路应采取防雷措施。 

当市电停电、蓄电池组4放电终止后，监控器14在断电后的瞬间应能记录放电的起止时间并向上位机1发出“放电终止”的告警，保存各种数据一年。监控器14同时监控2个蓄电池组4，移动基站一般每个蓄电池组4由24个2V单体蓄电池串联组成。 

维护模块11由单片机及外围电路构成。实时在线监测各单体电池在均充、浮充、放电状态下单体电池的电压；接收监控器14的指令；对单体电池在浮充状态下自动进行在线充放电维护。为温度传感器10提供通道，将温度值向监控器14发送。监测单体电池浮充状态下的内阻变化，并将信息实时向监控器14发送。 

如图4所示，在维护模块11中，电池电压监测电路405，用于检测单体电池实时电压状态。内阻检测电路406，用于检测单体电池浮充状态下的实时内阻值；恒流充电控制电路409，用于电池维护处理时充电控制； 放电控制电路407，用于电池维护时放电控制；高速MCU微电脑处理器410，用于对各个电路的控制及多路信号的采集运算处理，与监控器14的数据传输通讯；A/D转换电路404，用于各电路与高速MCU微电脑处理器410通讯时模拟信号与数字信号的转换；RS485通讯控制电路403，用于维护模块11与监控器14的通讯，把温度传感器10检测到的温度值传送给监控器14；通讯隔离器402，采用光耦隔离形式，用于对RS485通讯线路的隔离，防止维护模块11对监控器14的损害；隔离电源411，用于维护模块11内部与外部供电系统的安全隔离，并为维护模块11各电路提供各种不同参数要求的电压；四芯端口401安装RS485通信线和电源线，用于连接监控器与维护模块，RS485与电源共地线。二芯端口408连接外挂的温度传感器10，温度传感器10用于监测温度；六芯端口，连接电压检测线，内阻检测线和充放电控制线。 

电压模块17，实时监测在均充、浮充和放电状态下，蓄电池组总电压的变化，并将信息向监控器14发送，对蓄电池组的隔离电压3000Vac，对通信线路RS485的隔离电压为1000 Vac。 

电流模块18，实时监测均充、浮充和放电状态下蓄电池组总电流的变化，并将信息向监控器14发送。 

隔离器：双向隔离器9的主要功能是维护模块11对单体电池的隔离、以及监控器14和电压模块17对蓄电池组4的隔离。隔离电压3000Vac，防止系统各部分发生故障时对蓄电池组4产生不利影响。另一功能是能保护系统自身的安全，当某单体电池在线修复时，有效抵御正在修复的蓄电池上大电流的冲击，保护监控器14及各模块的安全。 

通信隔离器402，维护模块11、电压模块17和电流模块18与通信线RS485之间的隔离电压为1000Vac，保护监控器14的安全。 

电池修复仪7，对落后电池进行在线修复。因是无人值守基站的远程在线修复，无法对蓄电池加注修复液和开启排气阀。为保证通信畅通，上级监控中心用远程遥控电池修复仪7对落后蓄电池进行临时在线修复，延长蓄电池的放电时间、消除落后现象（可维持几个月），待维护人员到达后再进行人工修复。也可采用小电流脉充修复仪，则可在浮充状态下对落后的单体电池进行在线修复，不影响其它电池的运行状态。 

电池修复仪7的电源AC220V直接采用基站的交流供电，与监控器14用RS485通信。电池修复仪7接到监控器14指令后自动对单体电池进行在线修复时，对其它电池则采取隔离屏蔽措施。自动检测修复状况，修复完工则向监控器14报告“修复完成”。如单体电池不能修复，则向监控器14发出“电池故障”报警，监控器14则自动关闭电池修复仪7的电源，并向上位机1报警。 

温度传感器10，紧贴电池侧面安装，监测各单体电池表面温度作为环境温度，用以对蓄电池浮充电压进行温度补偿的参照。因基站内电池所处地点的环境温度值不一致，故取平均温度值作为环境温度值。各温度传感器10测得各电池的表面温度也可作为电池内部电解液温度的估算值，供电池修复仪7参考。 

本实用新型的工作过程是： 

上位机1（监控中心）通过网管系统2对各基站的监控器14进行远程遥测、遥信、遥控的综合管理。

遥测：本实用新型实时在线监测蓄电池组4中各单体电池（用作蓄电池，下同）在均充、浮充、放电状态下的电压，监测浮充状态下各单体电池的内阻，监测环境温度、监测蓄电池组4在均充、浮充、放电状态下的总电压和总电流。 

遥控：本实用新型对浮充电压偏高的单体电池，进行实时在线的放电维护；对浮充电压偏低的单体电池，进行实时在线的充电维护，有效防止电池的过充和欠充，从而使蓄电池组4中各单体电池的浮充电压趋于一致，可大大延长蓄电池的使用寿命。 

当环境温度发生变化，监控器14向上位机1提出“温度补偿”的要求，上位机1即遥控该基站的开关电源调整蓄电池的浮充电压。 

通过单体电池在蓄电池组4短时放电或市电停电时放电的电压曲线与预存的标准放电曲线比较、计算出各单体电池的容量；也可通过浮充状态下的内阻阻值同预存的标准内阻值进行比较，判断各单体电池的容量。当单体电池的容量比同组其它电池平均容量偏小到额定值时，即判断为落后电池，监控器14向上位机1报警。上位机1关闭相应基站的开关电源5对蓄电池组4充电的开关，监控器14根据上位机1的指令，启动电池修复仪7对该电池单独进行在线修复。当单体电池容量减小到不能继续使用的限定值则判断为故障电池，监控器14向上位机1报警。 

遥信：本实用新型的各维护模块11、电压模块17、电流模块18和温度传感器10监测到的各类参数，通过RS485传送到监控器14，监控器14利用用户方提供的RS485、TCP/IP、GPRS等通信通道，将各类参数和各类警情实时向上位机1传送，并接受上位机1的指令。上位机1通过网管系统将各类信息又向上一级监控中心传送。 

单体浮充电压限定值的确定：限定值Vo、上限值Vmax和下限值Vmin。 

当蓄电池组4放电后由均充充电改为浮充充电、或因环境温度变化而进行温度补偿，开关电源5重新调整浮充总电压后，监控器14将电压模块17传送的蓄电池组4在浮充状态下的总电压除以该组蓄电池的个数，得到单体电池平均浮充电压值Vo，即为单体电池浮充电压限定值。 

也可以将每个单体电池的浮充电压值相加后除该组蓄电池的个数，得到单体电池的平均浮充电压值Vo，即为单体电池浮充电压限定值。 

根据《电信电源维护规程》的要求，一组电池的单体电池的端电压不允许超出平均单体电压的±25mv。 

取单体电池浮充电压限定值的上下限为±15mv（用户可以在±25mv范围内任意选定）。 

监控器14计算出单体电池浮充电压限定值的上限值Vmax=Vo+15mv，下限值Vmin=Vo-15mv 

并将Vo、Vmax和Vmin发出指令给该蓄电池组的各个维护模块。

各维护模块11接到监控器14发出的Vo、Vmax和Vmin指令后，自动进行单体电池的维护。 

浮充时，虽然流过各单体电池的浮充电流是相同的，由于各单体电池的特性存在离散性，这个浮充电流对某些单体电池可能是过量的（嫌电流大了），反应在单体电池上是端电压偏高（过充）。对某些单体电池也可能是欠量的（嫌电流小了），反应在单体电池上是端电压偏低（欠充）。 

维护模块11对单体电池的维护： 

维护模块11将实时检测到的单体电池的浮充电压与浮充电压限定值V0对比，判别电池过充或欠充。

当单体电池出现过充（电池浮充电压大于浮充电压限定值）即V＞V0时，启动维护模块11的放电控制电路407，对该单体电池进行放电维护。具体步骤如下： 

当单体电池浮充时端电压大于浮充电压上限值时，即V＞Vmax，开启箝位开关，停止充电，启动放电控制电路407用小电流放电。当单体电池端电压下降到浮充电压上限值时，即V=Vmax，停止放电也不充电。由于蓄电池自放电使端电压逐步下降，当端电压下降到浮充电压限定值时，即V=V0。关闭箝位开关，利用蓄电池组4的浮充电流对该单体电池进行充电。由于该单体电池嫌蓄电池组4浮充电流偏大，故需同时开启维护模块11的放电控制电路407，用更小的电流进行自适应放电，使单体电池端电压尽可能接近浮充电压限定值，即V=V0。 

当单体电池出现欠充（电池浮充电压小于电池浮充电压限定值）V＜V0时，即启动维护模块11的恒流充电控制电路409，对该单体电池进行补充充电维护（在原有蓄电池组4浮充电流基础上增加一点电流）。具体步骤如下： 

当单体电池的浮充端电压小于浮充电压的下限值时，即V＜Vmin，启动恒流充电控制电路，用小电流对该单体电池进行补充充电（在蓄电池组4浮充电流的基础上增加一点电流），当单体电池端电压逐步上升到浮充电压下限值时，即V=Vmin，改用更小的电流对单体电池进行自适应补充充电，使单体电池端电压尽可能接近浮充电压限定值，即V=V0。

监控器14根据电压表测得的蓄电池组4浮充总电压发生改变后，立即向蓄电池组4各维护模块11发出新的指令（Vo、Vmax和Vmin）。更换原来的指令，各维护模块11按新的指令对单体电池进行自动维护。 

监控器14接收到维护模块11传送的单体电池浮充电压值，制成“浮充电压变动图”（电压——时间直方图）。也可把蓄电池组4的各单体电池的“浮充电压变动图”重合在一起，制成“蓄电池组浮充电压变动图”。此图中各条曲线应用不同的颜色区分，并传送给上位机1。 

监控器14接收到维护模块11发送的单体电池浮充时的内阻阻值，制成该单体电池的“浮充内阻变动图”。也可以把蓄电池组4中各单体电池的“浮充内阻变动图”重合在一起，制成“蓄电池组浮充内阻变动图”，此图中各条曲线应用不同的颜色区分，并传送给上位机1。 

监控器14按蓄电池组4的电池的序号依次自动轮巡检查各维护模块11的运行状况及通信线路是否畅通。显示屏则显示蓄电池组4的“浮充电压变动图”和“浮充内阻变动图”，每个画面显示15秒，然后轮巡到下一个蓄电池组4。 

系统可自动判别各单体电池的性能和容量计算：预先在监控器14中存入标准的放电电压曲线、标准的浮充内阻阻值（均由厂家提供），监控器14通过短时放电或市电停电时各单体电池的放电曲线，同预存的标准放电曲线进行比较、准确计算出各单体电池的容量、找出落后电池或故障电池并向上位机1报警，监控器14将各单体电池的均充、浮充、放电的电压；浮充内阻；电池投入运营的时间；基站环境温度的变化等向上位机1传送贮存并建立数据库，建立单体电池的性能档案，将历年来的经验数据输入。根据各单体电池浮充电压的离散度、浮充内阻的变化、充放电曲线、运行时间、环境温度变化等数据与电池容量的关联性，将实时监测的各单体电池的参数与历史数据对照分析，预估电池的容量及健康状态，通过数据库还可挑选各项性能相近的电池更换故障电池。 

1、放电曲线计算容量 

在监控器14上先把对应控制的蓄电池组4的单体电池的标准放电曲线（厂家提供）输入监控器贮存，标准放电曲线到达终止放电电压时对应的放电时间长度作为基准（不同电流的条件下不同的放电时长）。

当蓄电池组4短时放电或市电停电蓄电池组4放电时，维护模块11测得放电时各单体电池的端电压并传送给监控器14。监控器14将监测到的各单体电池的放电曲线进行分析，计算到达放电终止电压时对应的放电时间长度。计算单体电池的放电曲线的放电时长与标准曲线的放电时长（相同的放电电流）之比×100%为该电池的容量Q。监控器14计算出来单体电池的容量比蓄电池组4平均容量小（放电时长少1小时或2小时，由用户制定），则判定为落后电池，需在线修复。当单体电池容量比标准容量小于80%时（由用户制定），即判断为故障电池。监控器14即向上位机1发出“落后电池”、“故障电池”的报警并附注该落后电池或故障电池所属基站名称、第几组几号电池。 

2、根据浮充状态下各单体电池内阻值同标准浮充内阻值（厂家提供）进行比较，也可以预测出落后电池或故障电池。 

3、环境温度对电池容量的影响：阀控式铅酸蓄电池对保持在25℃的环境温度要求很严格，而偏远基站频繁停电，有的基站甚至无空调，故环境温度无法满足电池运行要求。根据基站控制环境温度的状况，预估电池的容量。 

4、电压变动情况判断电池的优劣：单体电池浮充电压的离散度进行分析比较，蓄电池组4均充时各单体电池的充电曲线进行分析比较，对蓄电池组4放电时各单体电池的放电曲线进行分析比较。 

5、蓄电池使用年限的长短也是对电池的性能分析的一个考量。 

上位机1接到监控器14传来单体落后电池需修复的报警后,值班人员根据监控器14传上来的信息(基站名称等)，当了解到基站有10小时市电保障供电时，发出修复指令，并遥控关闭该故障电池所属基站的开关电源5上对蓄电池组4的充电开关。 

监控器14接到上位机1的修复指令，自动启动电池修复仪7并发出落后电池的代码。电池修复仪7对该落后电池进行在线自动修复，并首先对其它电池进行隔离屏蔽。如多个落后电池需修复，则容量最小的优先，依次进行。 

单体电池在线修复时，监控器14将该电池上的温度传感器10测得的温度值转送至电池修复仪7（用作电池内电解液温度的参考值）。当温度达到限定温度时，电池修复仪7则自动调整充放电电流。 

修复完毕后，电池修复仪7通过RS232向监控器14报告。监控器14关闭电池修复仪7的电源开关并立即向上位机1报告。上位机值班人员即遥控将开关电源5对蓄电池组4的充电开关开启。也可采用小电流脉充修复仪，则可在浮充状态下对落后的单体电池进行在线修复，不影响其它电池的运行状态。 

温度补偿：监控器14接收到各维护模块11传上来的温度值算出平均值，作为环境温度值。当环境温度高于或低于标准温度时，建议对开关电源5的浮充电压进行温度补偿。环境温度如高于标准温度，浮充电压下降，反之则上升。当环境温度高于或低于标准温度，每次达到若干度时，监控器14向上位机1报告一次。报告内容包括：环境温度值和基站名称，并建议开关电源5进行温度补偿的补偿值。上位机1接到温度补偿的报告后，值班人员根据报告提供的基站名称和补偿值，遥控调整该基站电源的浮充电压。 

反向主动告警 

当发生警情时，监控器14主动向上位机报警，警情分为“紧急告警”和“告警”。

紧急告警： 

当蓄电池组4均充时,单体电池的端电压变动微小，监控器14向上位机1紧急报警并显示“电池故障”，附注基站名称及第几组几号电池。

当蓄电池组4放电时,单体电池的端电压变动微小,监控器14向上位机1紧急报警并显示“电池故障”，附注基站名称及第几组几号电池。 

单体电池在线修复时，端电压反应微小，监控器14向上位机1紧急报警。并显示“电池无法修复”。 

当蓄电池组4放电时总电压下降到终止放电电压或该蓄电池组4中某单体电池提前达到放电的终止电压，监控器14向上位机1紧急报警。警情为“放电终止”，并标明放电起止时间和基站名称（及第几组几号电池）。 

监控器14根据电压模块检测到蓄电池组均充、浮充、放电的电压超限，立即向上位机1紧急报警，警情分别为：“均充电压超限”、“浮充电压超限” 、“放电电压超限”，并注明基站名称和相应的电压值。 

监控器14根据电流模块18检测到蓄电池组4均充、浮充、放电的电流超限，立即向上位机1紧急报警，警情分别为：“均充电流超限”、“浮充电流超限” 、“放电电流超限”，并注明基站名称和相应的电流值。 

蓄电池组4平均温度达到报警值（低温限定值和高温限定值）时，监控器14立即向上位机1紧急报警，并显示警情及基站名称。 

告警： 

当维护模块11与单体电池正负极的连线松脱、或维护模块11的通信线路故障，或维护模块故障，则监控器向上位机报警并显示为：“X X基站第几组几号维护模块故障”。

温度传感器10与维护模块11的连线松脱，或温度传感器10故障，则监控器14向上位机1报警并显示：“X X基站第几组几号温度传感器故障”。 

电池修复仪7发生故障，监控器14向上位机1告警，并显示：“ⅹⅹ基站电池修复仪故障”。 

告警方式：告警有声、光、讯三种方式 

“声”告警时，监控器14上有一个蜂鸣器，告警时发出蜂鸣声，上位机1（监控中心）的音箱发出告警声。

“光”告警时，监控器14的显示屏上显示警情的内容、基站名称、蓄电池组号及第几个单体电池。 

 监控器14的面板上红灯亮。上位机1“光”告警时，屏显电子地图上发出告警的基站其标志由绿色变成红色。 

“讯”告警时，监控器14可呼叫维护人员的值班座机或手机（当用户提供电话专线、2M、GPRS等通道时）。 

上位机1（监控中心）的功能： 

对各基站（监控器）进行自动巡检，从第一基站（监控器）开始，1分钟后巡检第二个基站（监控器），按基站（监控器）编号顺序依次轮巡。当有警情发生时，发生警情的基站（监控器）可优先抢占通讯通道报警。

上位机1巡检到某基站（监控器14）时,该基站（监控器14）上传的蓄电池组4“蓄电池组浮充电压变动图”在计算机显示屏自动显示，15秒钟后自动切换到该蓄电池组4的“蓄电池组浮充内阻变动图”（或顺序相反亦可）。再过15秒钟后，自动切换到下一个蓄电池组4。一个基站轮巡一分钟后切换到下一个基站。 

也可调看单体电池的“浮充电压变动图”和“浮充内阻变动图”。 

巡检每台监控器的通信线路是否畅通，发现故障应派人去排查。 

接到监控器14的告警信息后进行对应处置。 

对“紧急告警”应立即派人前往现场排查，对“告警”则通知维护人员安排时间排查。 

将各警情进行自动分类统计，包括警情发生的基站、第几组几序号、警情类别、发生时间、排除警情的时间（记录保持一年）。 

将蓄电池组4的充放电次数及起止时间进行统计（记录保持一年）。 

建立数据库，将各单体电池的均充、浮充、放电的曲线；浮充内阻的变化；电池使用的时间；环境温度的变化等参数进行贮存。建立单体电池的性能档案，将历年来的经验数据输入。根据各单体电池浮充电压的离散度、浮充内阻的变化、充放电曲线、运行时间、环境温度变化等数据与电池容量的关联性，将实时监测的各单体电池的参数与历史数据对照分析，预估电池的容量及健康状态。 

远程实施短时放电，计算各单体电池的实测容量，查找落后电池和故障电池，及时对落后电池在线修复，对故障电池及时派维护人员更换，避免通讯中断事故的发生。 

根据数据库中单体电池的档案，找出合适的电池更换蓄电池组4中的故障电池。 

与上一级监控中心进行组网并上传接收到的各类信息。 

本实用新型采用三级组网：监控器（SM）→上位机（区域中心SS   ）→监控中心（SC）。 

组网方式有三种： 

1、监控器通过TCP/IP方式接入移动基站现有的EI传输系统。

2、监控器通过RS485接入现有的动力环境监控平台。 

3、自行组网，监控器14利用EI-IP转换器通过10/100M上传到上位机1，建立数据库，上位机1与监控中心进行计算机组网。 

Claims (9)

1.一种移动基站蓄电池远程综合管理系统，包括上位机、开关电源、蓄电池组、在线监测维护修复装置；上位机与网管系统相连、通过网管系统上位机与在线监测维护修复装置相连，在线监测维护修复装置和蓄电池组配连；上位机通过网管系统与开关电源相连、开关电源与蓄电池组相连；蓄电池组由单体电池构成，其特征在于，在线监测维护修复装置（3）受控于上位机（1）；在线监测维护修复装置（3）包括监控器（14）、维护模块（11）、电压模块（17）、电流模块（18）、双向隔离器（9）、温度传感器（10）、电池修复仪（7）；监控器（14）分别与维护模块（11）、电压模块（17）、电流模块（18）、电池修复仪（7）配连并通过通信线实现通信连接，维护模块（11）与单体电池相连，监控器（14）和电压模块（17）分别与蓄电池组（4）相连；电池修复仪（7）与蓄电池组（4）中的各单体电池分别相连。

2.根据权利要求1所述的一种移动基站蓄电池远程综合管理系统，其特征在于，在线监测维护修复装置（3）的监控器（14）设置在各基站；网管系统（2）与在线监测维护修复装置（3）的监控器（14）相连；上位机（1）作为一级控制中心或多级控制中心的主控机。

3.根据权利要求1所述的一种移动基站蓄电池远程综合管理系统，其特征在于，一个维护模块（11）安装在一个蓄电池上，维护模块共有六根线同蓄电池相连，即二根电压检测线、二根内阻检测线、二根充放电控制线，分别与蓄电池的正负极相连。

4.根据权利要求1所述的一种移动基站蓄电池远程综合管理系统，其特征在于，维护模块（11）与单体电池之间、电压模块（17）及监控器（14）与蓄电池组（4）之间均装有双向隔离器（9）；双向隔离器（9）中的电压检测和内阻检测采用光耦隔离形式，充电、放电隔离采用继电器隔离形式。

5.根据权利要求1所述的一种移动基站蓄电池远程综合管理系统，其特征在于，温度传感器（10）附接在维护模块（11）上。

6.根据权利要求1所述的一种移动基站蓄电池远程综合管理系统，其特征在于，监控器（14）与维护模块（11）配连采用并联连接。

7.根据权利要求1所述的一种移动基站蓄电池远程综合管理系统，其特征在于，监控器（14）维护模块（11）配连采用串联连接。

8.根据权利要求1所述的一种移动基站蓄电池远程综合管理系统，其特征在于，维护模块（11）由电压监测电路（405）、内阻检测电路（406）、恒流充电控制电路（409），放电控制电路（407）、A/D转换电路（404）、高速MCU微电脑控制器（410）、RS485通信控制电路（403）、隔离电源（411）、通信隔离器（402）构成，电压监测电路（405）、内阻检测电路（406）、放电控制电路（407）、恒流充电控制电路（409）接A/D转换电路（404），RS485通信控制电路（403）、恒流充电控制电路（409），放电控制电路（407）、A/D转换电路（404）接高速MCU微电脑控制器（410），RS485通信控制电路（403）与监控器（14）连接。

9.根据权利要求1所述的一种移动基站蓄电池远程综合管理系统，其特征在于，监控器（14）采用四芯端口（401）与维护模块（11）、电压模块（17）、电流模块（18）连接，四芯端口（401）安装有RS485通信线和电源线，RS485通信线与电源共地线；监控器（14）利用 RS485或TCP/IP、GPRS类型的通信线路与网管系统（2）相连。

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