CN207234517U - 一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统 - Google Patents

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黄尚南
周珊
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Abstract

本实用新型涉及一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,包括整流器、负载、蓄电池充放电模块;整流器通过高压直流母线与负载连接,蓄电池充放电模块接入该高压直流母线;蓄电池充放电模块包括DC/DC变换器、多个单体蓄电池、多个单体充放电管理单元、监控单元;多个单体充放电管理单元分别接入与其配对的单体蓄电池正负极之间;多个单体蓄电池并联后接入低压直流母线;DC/DC变换器连接于高压直流母线与和低压直流母线之间,且其与多个单体充放电管理单元均通过各自的通信端口连接至监控单元。本实用新型具有蓄电池利用率高、供电可靠性高、运行维护时间短、经济成本低、蓄电池适用范围广、蓄电池后备续航能力的预估精度高等优点。

Description

一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统
技术领域
本实用新型涉及蓄电池充放电的技术领域,尤其涉及到一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统。
背景技术
随着现代移动通信技术的迅速发展,我国通信基站的数目也随之攀缯,通信基站在供电过程中对蓄电池拥有绝对的依赖。与普通的以蓄电池作为直流电源的系统不同,移动通讯基站要求更高的可靠性和更低的维修率,特别是建在山区的通信基站,对无人值守和蓄电池的智能管理要求很高。
传统的基站直流电源系统是由多节蓄电池串联起来组成蓄电池组后使用,蓄电池的串联使用对蓄电池技术参数要求较高,不同品牌、不同类型、不同使用年限等蓄电池不能混合使用。基站蓄电池使用环境恶劣(长期超高温),容易出现个别蓄电池单体出现故障,为保证蓄电池的使用性能需要更换整组蓄电池组,蓄电池的利用率降低。同时如果不能及时更换,使蓄电池带病工作,将严重影响基站的供电可靠性。传统的串联技术无法实现蓄电池的在线全容量核容,无法准确估计蓄电池的后备续航能力。
针对蓄电池串联使用存在的问题,通常利用并联电池模块解决上述问题。并联电池组件通常是由AC/DC充电电流、DC/DC升压电路等部件组成,通过多套组件并联满足实际需要的直流电源系统,取代传统设计中的“充电机+蓄电池组+蓄电池巡检”装置组合,对现有的通信基站来说改造成本过高。而且,现有的并联电池模块只针对单节12V铅酸蓄电池,目前的通信基站蓄电池以2V,6V蓄电池为主,无法真正解决基站直流系统的问题。
如何在降低供电设备成本的同时也能扩大蓄电池的适用范围、提高蓄电池后备续航能力的预估精度以及实现蓄电池单体容量实时核对及蓄电池整体放电能量实时统计,成为通信公司亟待解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,提供一种蓄电池利用率高、供电可靠性高、运行维护时间短、经济成本低、蓄电池适用范围广、蓄电池后备续航能力的预估精度高、能实现蓄电池单体容量实时核对及蓄电池整体放电能量实时统计的基于直流系统的蓄电池并联供电系统。
为实现上述目的,本实用新型所提供的技术方案为:
一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,包括整流器、负载、蓄电池充放电模块;整流器通过高压直流母线与负载连接,蓄电池充放电模块接入该高压直流母线;其中,所述蓄电池充放电模块包括DC/DC变换器、多个单体蓄电池、多个与单体蓄电池一一配对的单体充放电管理单元以及监控单元;多个单体充放电管理单元分别接入与其配对的单体蓄电池正负极之间,对各自配对的单体蓄电池进行独立的充放电管理;多个单体蓄电池并联后接入低压直流母线;DC/DC变换器连接于高压直流母线与和低压直流母线之间,且其与多个单体充放电管理单元均通过各自的通信端口连接至监控单元,反馈各自的工作情况。
进一步地,所述DC/DC变换器包括DC/DC降压器和DC/DC升压器;在整流器正常工作时,DC/DC降压器工作,为低压直流母线充电,此时负载由整流器直接进行供电;在整流器异常时,DC/DC升压器工作,低压直流母线经升压后为负载供电。
进一步地,所述单体充放电管理单元包括充放电控制电路、通信单元、CPU以及电池监测单元;其中,电池监测单元连接于单体蓄电池和CPU之间,将监测到的单体蓄电池数据(电压、温度、内阻和电流信息)发送给CPU作智能调整;充放电控制电路连接于低压直流母线和单体蓄电池之间,且与CPU连接,由CPU控制;通信单元与电池监测单元连接,将电池监测单元监测到的数据发送给监控单元,为整体电池容量的精确估算提供数据支撑。
进一步地,所述充放电控制电路包括BUCK降压电路和BOOST升压电路,二者并联;由BUCK降压电路实现充电控制,由BOOST升压电路给低压直流母线放电。
进一步地,监控单元与多个单体充放电管理单元及DC/DC变换器之间采用RS485或RS232接口通信。
进一步地,上述多个单体蓄电池可以为相同电压等级、品牌、容量的蓄电池,也可以为不相同电压等级、品牌、容量的蓄电池;且单体蓄电池既可以为单个蓄电池,也可以为多个蓄电池串联的电池串。
本方案不局限在基站使用,在其他场合的直流系统也能使用。
与现有技术相比,本方案的优点如下:
1.与传统的电池串联应用相比,并联电池可新、旧电池混用,可最大程度的提高蓄电池的利用率,电池异常时不必更换整组电池,降低运行维护的时间和经济成本。
2.当其中任一单体电池异常时可在线进行活化或剔出,无需将整组蓄电池退出系统进行检修,提高直流系统故障反应能力。
3.与现有的并联技术相比,单体充放电管理单元对单体蓄电池进行单独的充放电控制,能够同时满足任意品牌、任意电压等级的电池单体并联,适用范围更宽。
4.配置的电池监测单元对单体蓄电池的温度、电压、内阻等参数进行监测,为蓄电池的充放电管理提供更精确的控制参数依据。
5.监控单元对每个单体蓄电池的充放电过程进行控制及实时统计,支持电池在线全容量核容,为电池容量估算及续航能力估算提供更精确的数据支撑。
附图说明
图1为传统直流系统蓄电池串联应用系统框图;
图2为本实用新型一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统的系统框图;
图3为本实用新型一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统中单体充放电管理单元与单体蓄电池连接的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明:
参见附图2至3所示,本实施例所述的一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,包括整流器1、负载2、蓄电池充放电模块3;整流器1通过高压直流母线与负载2连接,蓄电池充放电模块3接入该高压直流母线。
其中,蓄电池充放电模块3包括DC/DC变换器4、多个单体蓄电池5、多个与单体蓄电池5一一配对的单体充放电管理单元6以及监控单元7;多个单体充放电管理单元6分别接入与其配对的单体蓄电池5正负极之间,对各自配对的单体蓄电池5进行独立的充放电管理;多个单体蓄电池5并联后接入低压直流母线;DC/DC变换器4连接于高压直流母线与和低压直流母线之间,且其与多个单体充放电管理单元6均通过各自的RS485通信端口与监控单元7连接。
DC/DC变换器4包括DC/DC降压器4-1和DC/DC升压器4-2。
单体充放电管理单元6包括充放电控制电路6-1、通信单元6-2、CPU6-3以及电池监测单元6-4;电池监测单元6-4连接于单体蓄电池5和CPU6-3之间;充放电控制电路6-1连接于低压直流母线和单体蓄电池5之间,且与CPU6-3连接,由CPU6-3控制;通信单元6-2与电池监测单元6-4连接。
充放电控制电路6-1包括BUCK降压电路6-1-1和BOOST升压电路6-1-2,二者并联。
将本供电系统应用于负载2额定电流为50A,额定电压为48V,要求后备供电时长为10小时的基站为例,其供电功率为2400W。
关于电池的选配方案,单体蓄电池5的电压等级为U,整体转化效率为η,每个单体蓄电池5的放电电流为0.1C。以20%左右的冗余配置,需配置的单体蓄电池5数量为:负载功率÷(供电功率*转化效率)*1.2可满足基站负载的供电需求。
如2V500Ah铅酸单体蓄电池5,转化效率为0.8,则需配置的单体数量=2400÷(2*50*0.8)*1.2=36只;
如6V300Ah铅酸单体蓄电池5,转化效率为0.9,则需配置的单体数量=2400÷(6*30*0.9)*1.2=18只;
如12V300Ah铅酸单体蓄电池5,转化效率达0.95以上,则需配置的单体数量=2400÷(12*30*0.95)*1.2=9只;
如果采用不同电压等级不同容量的单体蓄电池5混合使用,整组蓄电池供电功率是各个单体蓄电池5供电功率的总和。
工作原理如下:
当整流器1供电正常时,负载2由整流器1直接供电,此时DC/DC变换器4中的DC/DC降压器4-1工作,DC/DC升压器4-2不工作。DC/DC降压器4-1将高压直流母线上的供电电压降压至12V给低压直流母线供电。单体充放电管理单元6内部的BUCK降压电路6-1-1根据充放电电流参数的设置,控制单体蓄电池5的充电电压,此时单体充放电管理单元6内部的BOOST升压电路6-1-2不工作。BUCK降压电路6-1-1是一种闭环控制电路,可以根据外部参数自动调整电压/电流大小,保证蓄电池的充电安全。
当整流器1供电异常时,负载2由各单体蓄电池5直接供电,此时各路单体充放电管理单元6中的BUCK降压电路6-1-1不工作,BOOST升压电路6-1-2将单体蓄电池5电压升压至12V,然后DC/DC变换器4中DC/DC升压器4-2工作,DC/DC降压器4-1不工作,将低压直流母线上的供电电压二次升压至负载2所需电压等级。
上述工作过程中,蓄电池充放电模块3中各单体充放电管理单元6内的的电池监测单元6-4实时监测各配对单体蓄电池5的电压、内阻、温度等状态,并将各状况发送给CPU6-3,为电池的充放电过程提供控制参数依据;通过通信单元6-2将数据上传给监控单元7,为更精确的整体电池容量估算提供数据支撑。
以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例,并非以此限制本实用新型的实施范围,故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,包括整流器(1)、负载(2)、蓄电池充放电模块(3);整流器(1)通过高压直流母线与负载(2)连接,蓄电池充放电模块(3)接入该高压直流母线;其特征在于:所述蓄电池充放电模块(3)包括DC/DC变换器(4)、多个单体蓄电池(5)、多个与单体蓄电池(5)一一配对的单体充放电管理单元(6)以及监控单元(7);其中,多个单体充放电管理单元(6)分别接入与其配对的单体蓄电池(5)正负极之间,对各自配对的单体蓄电池(5)进行独立的充放电管理;多个单体蓄电池(5)并联后接入低压直流母线;DC/DC变换器(4)连接于高压直流母线与和低压直流母线之间,且其与多个单体充放电管理单元(6)均通过各自的通信端口连接至监控单元(7),反馈各自的工作情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,其特征在于:所述DC/DC变换器(4)包括DC/DC降压器(4-1)和DC/DC升压器(4-2);在整流器(1)正常工作时,DC/DC降压器(4-1)工作,为低压直流母线充电,此时负载(2)由整流器(1)直接进行供电;在整流器(1)异常时,DC/DC升压器(4-2)工作,低压直流母线经升压后为负载(2)供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,其特征在于:所述单体充放电管理单元(6)包括充放电控制电路(6-1)、通信单元(6-2)、CPU(6-3)以及电池监测单元(6-4);其中,电池监测单元(6-4)连接于单体蓄电池(5)和CPU(6-3)之间,将监测到的单体蓄电池(5)数据发送给CPU(6-3)作智能调整;充放电控制电路(6-1)连接于低压直流母线和单体蓄电池(5)之间,且与CPU(6-3)连接,由CPU(6-3)控制;通信单元(6-2)与电池监测单元(6-4)连接,将电池监测单元(6-4)监测到的数据发送给监控单元(7),为整体电池容量的精确估算提供数据支撑。
4.根据权利要求3所述的一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,其特征在于:所述充放电控制电路(6-1)包括BUCK降压电路(6-1-1)和BOOST升压电路(6-1-2),二者并联;由BUCK降压电路(6-1-1)实现充电控制,由BOOST升压电路(6-1-2)给低压直流母线放电。
5.根据权利要求1所述的一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,其特征在于:所述多个单体蓄电池(5)为不同电压等级、品牌、容量的蓄电池。
6.根据权利要求5所述的一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,其特征在于:所述多个单体蓄电池(5)中的单体蓄电池(5)为单个蓄电池。
7.根据权利要求5所述的一种基于直流系统的蓄电池并联供电系统,其特征在于:所述多个单体蓄电池(5)中的单体蓄电池(5)为多个蓄电池串联的电池串。
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Denomination of utility model: A battery parallel power supply system based on DC system

Effective date of registration: 20201016

Granted publication date: 20180413

Pledgee: Bank of China Limited Dongshan Branch of Guangzhou

Pledgor: GUANGZHOU HONGHUAI ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2020440000308

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