CN210577909U - 一种基站后备电源管理系统及具有该系统的一体化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基站后备电源管理系统，主要由以下几部分构成：后备电源，由多个并联的电池组构成；整流电源，与电池组相连接，用于对电池组进行充电，整流电源外接市电220V，并向电池组恒流不间断输出‑48V直流电；控制单元，与构成后备电源的各个电池信号连接，用于在线监控单个电池及其构成的电池组的各项参数及性能指标的变化，并完成对电池的各种保护与控制功能；合路单元，串联于电池组中，用于接收控制单元指令，完成所在电池组的充放电控制以及相互并联的多个电池组的矩阵式管理。该基站后备电源管理系统，可以保证后备电池安全、可靠的使用，同时尽可能的延长电池的使用寿命。本实用新型还提供了一种具有该系统的一体化设备。

Description

一种基站后备电源管理系统及具有该系统的一体化设备

技术领域

本实用新型涉及通信基站后备电源管理领域，特别涉及一种基站后备电源管理系统及具有该系统的一体化设备。

背景技术

通信基站的建设是我国通信运营商投资的重要部分，随着我国通信事业的蓬勃发展，运营商建设的各类通信基站、局站、主站成倍增加，通信机房用电量不断飙升。通信基站智能化的监控，成本的精细控制已成为各运营企业的研究方向。通信电源作为通信系统的“心脏”，在通信局(站) 中具有无可比拟的重要地位。电子信息系统机房担负着为各类国家机关和企业的信息传输与存储的重任。因此保证关键电力的安全、稳定、可靠是保证正常通信必不可少的坚实基础。

电池作为解决能源问题的一个方向得到了长足的发展，但是在电池组使用中存在过充、过放、过流、过压、充电不均衡等问题，严重制约电池本身的普及和应用。

同时，通信基站基本属于无人值守机房，全国分布环境恶劣，基站供电质量差且容易中断，因此移动基站的后备直流电源迫切的需要高效的电池管理系统(BMS)进行管理，保证后备电池安全、可靠的使用，同时尽可能的延长电池的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种基站后备电源管理系统，本实用新型的另一个目的是提供一种基站后备电源管理系统

根据本实用新型的一个方面，提供了一种基站后备电源管理系统，主要由以下几部分构成：

后备电源，由多个并联的电池组构成；

整流电源，与电池组相连接，用于对电池组进行充电，整流电源外接市电220V，并向电池组恒流不间断输出-48V直流电；

控制单元，与构成后备电源的各个电池信号连接，用于在线监控单个电池及其构成的电池组的各项参数及性能指标的变化，并完成对电池的各种保护与控制功能；

合路单元，串联于电池组中，用于接收控制单元指令，完成所在电池组的充放电控制以及相互并联的多个电池组的矩阵式管理。

采用以上技术方案的基站后备电源管理系统，针对通信用后备式磷酸铁锂电池组开发，是一种智能化电池组群管理系统，主要功能包括：单电池电压采样、单电池温度采样、每组电池充放电电流采样、过欠压报警及保护、高低温报警及保护、限流保护、每组电池充放电状态控制、电池组热管理、多电池组充放电统一管理、SOC等参数计算、数据存储、数据的智能分拣、数据上送及远传、远程监控及管理等功能。由此可以保证后备电池安全、可靠的使用，同时尽可能的延长电池的使用寿命。

具体地，电池组的实际容量为140Ah。由此可以保证通信基站正常运行。

作为可供选择之一，电池组由退役汽车蓄电池组成。由此可以回收利用资源，减低成本。

优选地，后备电源包含的电池组的个数≤16。过多的电池组不仅会增加充放电控制的复杂程度，不易于组建系统，而且在作为后备电源使用时往往会有大部分的蓄电池处于闲置状态，会增加系统组建的成本，而且蓄电池由于长期闲置不仅造成了很大的浪费，而且也会增加后期维护的成本。

控制单元监控的各项参数及性能指标包括每个电池的电压、电流、温度和每个电池组的充放电状态、荷电状态、电池组电压、电池组电流、电池组温度以及环境温湿度。根据监测到的电池和电池组的各项参数及性能指标，控制单元可以对电池进行各种保护与控制功能，由此可以维护系统的稳定性和延长电池的使用寿命。

进一步地，控制单元通过设置在各个电池和各个电池组上的传感器监控电池和电池组的各项参数及性能指标，并通过设置在后备电源外部的温湿度传感器监控环境温湿度，传感器包括电压传感器、电流传感器及温度传感器。

更进一步地，控制单元通过电流传感器获知电池组的充放电状态；并通过电流传感器和电压传感器监测的数据计算电池组使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值。

还包括一个触摸显示单元，与控制单元相连接，用于显示控制单元监控的各项参数及性能指标及其变化曲线，触摸显示单元还能够通过触摸操作对控制单元进行输入操作。由此，各项参数及性能指标可以进行可视化的操作和显示，更加方便。

合路单元分别串接在电池组的主回路中，一端接入电池组总负端，另一端接入整流电源输出的-48V直流电。合路单元对多个电池组并联工作时，不但可以对任意电池组进行选择性充放电，还可以有效避免电池组间环流，尤其在削峰填谷及新能源基站其使用更为灵活。

根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种一体化设备，用于基站后备电源管理，包括一个标准机柜，以及采用嵌入式机架安装并使用配置的专用机柜螺丝将产品固定在标准机柜内部固定架上的嵌入式电源、控制器、触摸显示屏和两个蓄电池组，嵌入式电源为华为高效嵌入式电源，能够满足从30A到400A的直流宽范围输出，实现220V交流输入转换为稳定的-48V直流输出；

控制器与构成蓄电池组中的各个蓄电池信号连接，用于在线监控单个蓄电池及其构成的蓄电池组的各项参数及性能指标的变化，并完成对蓄电池的各种保护与控制功能；

触摸显示屏与控制器相连接，用于显示控制器监控的各项参数及性能指标及其变化曲线，触摸显示屏还能够通过触摸操作对控制器进行输入操作，

蓄电池组由16个串联的汽车蓄电池构成，蓄电池组的正极与负载的正极连接，蓄电池组的负极通过一个合路器与嵌入式电源的负极连接，合路器对两个蓄电池组分别进行选择性充放电，并隔绝两个蓄电池中的组间环流。该一体化设备具备高度的集成性和更多的灵活性，可以满足不同场合需求；在交流市电断电后能不间断的输出直流电为设备提供后备电源，通过逆变器还可以将输出的直流电转换为交流电；具备完善的均浮充管理系统，可通过触摸显示屏进行设置。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的基站后备电源管理系统的结构示意图。

图2为本实用新型另一种实施方式的一体化设备的结构示意图。

图3为图1所示蓄电池组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

图1示意性地显示了根据本实用新型的一种实施方式的基站后备电源管理系统。如图所示，该系统包括：

后备电源A，由多个并联的电池组A1构成；

整流电源B，与电池组A1相连接，用于对电池组A1进行充电，整流电源外接市电220V，并向电池组A1恒流不间断输出-48V直流电；

控制单元C，与构成后备电源A的各个电池信号连接，用于在线监控单个电池及其构成的电池组A1的各项参数及性能指标的变化，并完成对电池的各种保护与控制功能；

合路单元D，串联于电池组A1中，用于接收控制单元C指令，完成所在电池组A1的充放电控制以及相互并联的多个电池组A1的矩阵式管理。

采用以上技术方案的基站后备电源管理系统，针对通信用后备式磷酸铁锂电池组开发，是一种智能化电池组群管理系统，主要功能包括：单电池电压采样、单电池温度采样、每组电池充放电电流采样、过欠压报警及保护、高低温报警及保护、限流保护、每组电池充放电状态控制、电池组热管理、多电池组充放电统一管理、SOC等参数计算、数据存储、数据的智能分拣、数据上送及远传、远程监控及管理等功能。由此可以保证后备电池安全、可靠的使用，同时尽可能的延长电池的使用寿命。

具体地，电池组A1的实际容量为140Ah。由此可以保证通信基站正常运行。

作为可供选择之一，电池组A1由退役汽车蓄电池组成。由此可以回收利用资源，减低成本。

优选地，后备电源A包含的电池组A1的个数≤16。过多的电池组不仅会增加充放电控制的复杂程度，不易于组建系统，而且在作为后备电源使用时往往会有大部分的蓄电池处于闲置状态，会增加系统组建的成本，而且蓄电池由于长期闲置不仅造成了很大的浪费，而且也会增加后期维护的成本。

控制单元C监控的各项参数及性能指标包括每个电池的电压、电流、温度和每个电池组A1的充放电状态、荷电状态、电池组电压、电池组电流、电池组温度以及环境温湿度。根据监测到的电池和电池组A1的各项参数及性能指标，控制单元C可以对电池进行各种保护与控制功能，由此可以维护系统的稳定性和延长电池的使用寿命。

进一步地，控制单元C通过设置在各个电池和各个电池组A1上的传感器监控电池和电池组A1的各项参数及性能指标，并通过设置在后备电源 A外部的温湿度传感器监控环境温湿度，传感器包括电压传感器、电流传感器及温度传感器。

更进一步地，控制单元C通过电流传感器获知电池组A1的充放电状态；并通过电流传感器和电压传感器监测的数据计算电池组A1使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值(SOC)。

在本实施例中，该系统还包括一个触摸显示单元E，触摸显示单元E 与控制单元C相连接，用于显示控制单元C监控的各项参数及性能指标及其变化曲线，触摸显示单元E还能够通过触摸操作对控制单元C进行输入操作。由此，各项参数及性能指标可以进行可视化的操作和显示，更加方便。

合路单元D分别串接在电池组A1的主回路中，一端接入电池组A1总负端，另一端接入整流电源B输出的-48V直流电。合路单元D对多个电池组A1并联工作时，不但可以对任意电池组A1进行选择性充放电，还可以有效避免电池组间环流，尤其在削峰填谷及新能源基站其使用更为灵活。

以下结合表1对本实施例中的基站后备电源管理系统进行详细说明。

表1基站后备电源管理系统告警、保护功能状态、设置范围汇总表

依照表1中的范围，本实施例中的基站后备电源管理系统对电池组的管理功能主要包括以下几个方面：

1充电管理

1.1充电限流管理

本系统具有自主限流充电功能，保证工作范围内的电压输入时，电池组能够正常充电。充电限流值设定在1I₁₀A～2I₁₀A之间，默认值为2.0I₁₀A。

1.2充电总电压高保护

本系统具有充电总电压高保护功能，当充电到总电压告警点时告警，到保护点时保护，作用于切断，当总电压下降到恢复点时恢复充电。其中，告警点、保护点及恢复点可以设置，范围如下：

告警点和保护点的设置范围为57.00V～57.60V，告警点、保护点默认值为57.00V、57.60V。

恢复点的设置范围为52.00V～57.00V，默认值为56.60V。

1.3充电单体电压高保护

本系统具有充电时单体电池电压高保护功能，充电到单体电压告警点时告警，到保护点时保护，作用于切断，当单体充电电压下降到恢复点时恢复充电。其中，告警点、保护点及恢复点可以设置，范围如下：

告警点和保护点的设置范围为3.50V～4.50V，告警点、保护点默认值为3.60V、3.85V。

恢复点的设置范围为3.00V～3.90V，默认值为3.60V。

2放电管理

2.1放电总电压低保护

本系统具有放电总电压低保护功能。当放电到总电压低告警点时应切断放电电路并告警，一段时间后电池组应进入休眠模式。告警点可设置，设置范围为36.00V～50.00V，默认值为43.20V。

2.2放电单体电压低保护

本系统具有放电时单体电池电压低保护功能，放电到单体电压告警点时告警，到保护点时保护，作用于切断，一段时间后电池组应进入休眠模式。其中，告警点、保护点及恢复点可以设置，范围如下：

告警点和保护点的设置范围为2.00V～2.90V，告警点、保护点默认值分别为2.50V、2.00V。

恢复点的设置范围为2.00V～3.60V，默认值为2.90V。

2.3放电过流管理

本系统具有能根据用户的需要设置的输出过流保护功能，保护期间应切断电路并告警。延时保护设置范围为5I₁₀A～11I₁₀A(可调)，延时时间应在0s～60s(可调)，瞬时保护设置范围为10I₁₀A～30I10A(可调)，且瞬时保护值应大于延时保护值。

进入保护后2分钟(可调)后，本系统自动重启正常输出功能，连续3 次过流保护动作后，不再自动重启正常输出功能，而应能通过人工重启正常输出功能。

3温度管理

3.1电池高温保护

本系统自身具有电池高温保护功能，当电池温度达到告警点时告警；到保护点时保护，作用于切断；温度回落到一定值后恢复。

告警点、保护点可设置，设置范围为35～70℃，告警点、保护点默认值为50℃、65℃。

温度下降到恢复点时恢复正常工作状态，恢复点可设置，设置范围为 45～55℃，默认值为50℃。

3.2电池低温保护

本系统自身具有电池低温保护功能，当电池温度达到告警点时告警；到保护点时保护，作用于切断；温度回升到一定值后恢复。

告警点、保护点可设置，设置范围为-40～0℃，告警点、保护点默认值为0℃、-10℃。

温度上升到恢复点时恢复正常工作状态，恢复点可设置，设置范围为 0～10℃，默认值为0℃。

3.3电路板充放电温升

电池组按Q/ZTT 2218.3-2016《蓄电池检测规范第3部分：磷酸铁锂电池组(集成式)》的规定进行试验，充放电温升均不应超过50℃。

4失效保护

本系统采用能量消耗型(电阻型)均衡电路，锂电池组静置或放电时不宜启用均衡功能。

当单体间压差大于1V时，BMS不应启动均衡工作，也不应允许放电，且应触发BMS发出锂电池异常的告警信息。

5电池组荷电状态(SOC)计算

本系统具备动态荷电量计算功能，计算值与电池实际电量的误差应不大于5％。

6基本功耗

a)在线非充放电状态功耗不大于2W；

b)自动休眠状态功耗不大于20mW。

7其他保护功能

7.1防反接保护功能

当外接电源的正负极性与本系统的正负极性接反时，本系统不会损坏且告警并进入切断保护状态。

7.2输出短路保护

电池组输出端正负极发生直接短路，应瞬间切断电路并告警，本系统和电芯不会损坏(包括不打火、变形、漏液、冒烟、起火或爆炸)；故障排除后，应能手动或自动恢复工作。

实施例2

图2和图3示意性地显示了根据本实用新型的一种实施方式的一体化设备。该设备用于基站后备电源管理。如图所示，该装置包括包括一个标准19英寸机柜1，以及采用嵌入式机架安装并使用配置的专用机柜螺丝将产品固定在标准19英寸机柜1内部固定架上的嵌入式电源2、控制器3、触摸显示屏6和两个蓄电池组(51，52)。

其中，嵌入式电源2为华为高效嵌入式电源，能够满足从30A到 400A的直流宽范围输出，实现220V交流输入转换为稳定的-48V直流输出。

控制器3与构成电池组(51，52)中的各个蓄电池511信号连接，用于在线监控单个蓄电池511及其构成的蓄电池组(51，52)的各项参数及性能指标的变化，并完成对蓄电池511的各种保护与控制功能。

触摸显示屏6与控制器3相连接，用于显示控制器3监控的各项参数及性能指标及其变化曲线，触摸显示屏6还能够通过触摸操作对控制器3 进行输入操作。

蓄电池组(51，52)分别由16个串联的汽车蓄电池511构成，蓄电池组的(51，52)正极与负载的正极连接，蓄电池组(51，52)的负极通过一个合路器4与嵌入式电源2的负极连。

合路器4对两个蓄电池组(51，52)分别进行选择性充放电，并隔绝两个蓄电池中组间的环流。

该一体化设备具备高度的集成性和更多的灵活性，可以满足不同场合需求；在交流市电断电后能不间断的输出直流电为设备提供后备电源，通过逆变器还可以将输出的直流电转换为交流电；具备完善的均浮充管理系统，可通过触摸显示屏进行设置。

本实施例中的一体化设备的具体参数如下：

1、柜体1：1800mm(高)×800mm(宽)×600mm(深)，设有玻璃门；

2、嵌入式电源2：采用华为产品，48V/200A，一次下电馈出5路、二次下电馈出4路，电池两路；

3、触摸显示屏6：采用10“吋”彩色触摸屏作为基站后备电源系统的监控；

4、蓄电池组(51，52)：两组实际容量140Ah的电动汽车退役电池，分四箱安装；

5、合路器4：接收控制单元指令，完成充放电控制及多组电池的矩阵式管理；

6、控制器3：管理核心，完成电池的各种保护与控制功能。

控制器3功能介绍：

1、电量指示：用四个指示灯反应电池的剩余电量；

2、运行：设备正常运行时，运行灯闪烁，频率约1次/秒。故障时运行灯不亮；

3、通信：正常上送数据时，通信灯以秒级闪烁；接收到错误报文时，快闪若干下。无数据通信时通信灯不亮；

4、充电：电池组充电时，充电灯亮；

5、放电：电池组放电时，放电灯亮；

6、地址：可手动旋转拨码开关设置控制单元的通讯地址，最多可设置 16个地址；

7、设定：完成通信子站个数的设定，在多电池组矩阵系统中，其中通讯地址为1的控制单元将作为整个系统管理的主站，在作为主站的控制单元上，需设定系统并联的控制单元子站数量；设定方法，点击5次设定按键，旋转地址拨码为子站个数，再把旋转拨码开关拨为1；

8、复位：系统出现异常时可使用此键复位，恢复系统正常运行；

9、USB：可以通过此接口将控制单元存储数据传送到电脑上；

10、RS232：调试接口；

11、两路RS485：远传接口，可以接FSU或者其他后台；

12、CAN：用于各站之间级联通信；

控制器3的监控通讯

1接口及协议

a)接口：上传通信接口应采用RS485口，信息传输方式为异步方式，起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验位，数据传输速率为9.6kbit/s。

b)协议：本系统外部通信协议采用YD/T 1363.3-2014《通信局(站)电源、空调及环境集中监控管理系统第3部分：前端智能设备协议》中的磷酸铁锂电池管理系统设备的通信协议。

2监控内容

本系统具有以下实时监控功能：

a)遥测:电池组/电池电压、荷电状态(SOC)、电池组充电/放电电流、循环次数(放电超过标称容量80％为1次循环)；环境温度/电池组温度、电池组内阻(可选)、历史数据查询、故障日志查询等；

b)遥信：电池组的充电/放电状态、电池组过充/过流告警、电池组放电欠压/过流告警、单体充电过压告警(可选)、单体放电欠压告警(可选)、电池组极性反接告警、环境/电池组/PCBA板高温告警(可选)、环境低温告警、电池组容量过低告警、电池组温度/电压/电流传感器失效告警、单体失效告警(可选)、电池组失效告警(可选)等；

c)遥控：告警声音开/关、智能间歇充电方式、限流充电方式、充电开启/关闭、放电开始/停止等；

d)遥调：本系统各种检测项目的功能状态及参数设置范围包括但不限于表1的内容。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基站后备电源管理系统，其特征在于，主要由以下几部分构成：

后备电源，由多个并联的电池组构成；

整流电源，与所述电池组相连接，用于对所述电池组进行充电，所述整流电源外接市电220V，并向所述电池组恒流不间断输出-48V直流电；

控制单元，与构成所述后备电源的各个电池信号连接，用于在线监控单个所述电池及其构成的所述电池组的各项参数及性能指标的变化，并完成对所述电池的各种保护与控制功能；

合路单元，串联于所述电池组中，用于接收所述控制单元指令，完成所在电池组的充放电控制以及相互并联的多个电池组的矩阵式管理。

2.根据权利要求1所述的基站后备电源管理系统，其特征在于，所述电池组的实际容量为140Ah。

3.根据权利要求2所述的基站后备电源管理系统，其特征在于，所述电池组由退役汽车蓄电池组成。

4.根据权利要求1所述的基站后备电源管理系统，其特征在于，所述后备电源包含的所述电池组的个数≤16。

5.根据权利要求1所述的基站后备电源管理系统，其特征在于，所述控制单元监控的各项参数及性能指标包括每个所述电池的电压、电流、温度和每个所述电池组的充放电状态、荷电状态、电池组电压、电池组电流、电池组温度以及环境温湿度。

6.根据权利要求5所述的基站后备电源管理系统，其特征在于，所述控制单元通过设置在各个所述电池和各个所述电池组上的传感器监控所述电池和所述电池组的各项参数及性能指标，并通过设置在所述后备电源外部的温湿度传感器监控环境温湿度，所述传感器包括电压传感器、电流传感器及温度传感器。

7.根据权利要求6所述的基站后备电源管理系统，其特征在于，所述控制单元通过所述电流传感器获知所述电池组的充放电状态；并通过所述电流传感器和所述电压传感器监测的数据计算所述电池组使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值。

8.根据权利要求5所述的基站后备电源管理系统，其特征在于，还包括一个触摸显示单元，与所述控制单元相连接，用于显示所述控制单元监控的各项参数及性能指标及其变化曲线，所述触摸显示单元还能够通过触摸操作对所述控制单元进行输入操作。

9.根据权利要求1所述的基站后备电源管理系统，其特征在于，所述合路单元分别串接在所述电池组的主回路中，一端接入所述电池组总负端，另一端接入所述整流电源输出的-48V直流电。

10.一种一体化设备，用于基站后备电源管理，包括一个标准机柜，以及采用嵌入式机架安装并使用配置的专用机柜螺丝将产品固定在所述标准机柜内部固定架上的嵌入式电源、控制器、触摸显示屏和两个蓄电池组，其特征在于：

所述嵌入式电源为华为高效嵌入式电源，能够满足从30A到400A的直流宽范围输出，实现220V交流输入转换为稳定的-48V直流输出；

所述控制器与构成所述蓄电池组中的各个蓄电池信号连接，用于在线监控单个所述蓄电池及其构成的所述蓄电池组的各项参数及性能指标的变化，并完成对所述蓄电池的各种保护与控制功能；

所述触摸显示屏与所述控制器相连接，用于显示所述控制器监控的各项参数及性能指标及其变化曲线，所述触摸显示屏还能够通过触摸操作对所述控制器进行输入操作，

所述蓄电池组由16个串联的汽车蓄电池构成，所述蓄电池组的正极与负载的正极连接，所述蓄电池组的负极通过一个合路器与所述嵌入式电源的负极连接，所述合路器对两个蓄电池组分别进行选择性充放电，并隔绝两个所述蓄电池中的组间环流。

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