CN210898547U - 电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备 - Google Patents

Abstract

电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备，在通信电源系统(1)内安装直流的耦合母线(101)、双向整流电路(102)、控制单元(103)、双向充电电路(104)以及DCDC电路(105)，双向充电电路(104)通过高压直流母线(8)外接电动汽车退役高压电池(4)上安装的电池管理系统BMS模块(401)。配合耦合母线通过逆变器连接48V直流母线低压输出，完成电动汽车退役高压电池的充放电管理，有效地控制电动汽车退役高压电池的充放电状态，实现高压动力电池在通讯基站中智能化的管理模式。替代原通信电源，省去现有的48v铅酸电池。为用户带来削峰填谷、需量调节等多种应用场景，增加运营收益。

Description

电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备

技术领域

本实用新型涉及H02J供电或配电的电路系统以及电能存储系统的改进技术，尤其是电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备。

背景技术

从2014年，中国大陆开始加速电动汽车应用推广，根据现行校准，在电动汽车使用过程中，当动力电池容量衰减到80％以后，由于行驶里程受限等因素就需从汽车上退役。这些退役的动力电池，与铅酸电池对比，不管其能量密度、循环寿命，还是高低温性能、充放电倍率等方面，都有明显的优势。但同时这些电池电压仍然较高，而且成本较新电池低很多，只不过需要找到合适的应用环境，并且配置相应的电池管理系统(BMS)对其管理才可以安全使用。

BMS电池系统俗称之为电池保姆或电池管家，主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。BMS电池管理系统单元包括BMS电池管理系统、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备、用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组的电池信息的采集模组，所述BMS电池管理系统通过通信接口分别与无线通信模组及显示模组连接，所述采集模组的输出端与BMS电池管理系统的输入端连接，所述BMS电池管理系统的输出端与控制模组的输入端连接，所述控制模组分别与电池组及电气设备连接，所述BMS电池管理系统通过无线通信模块与Server服务器端连接。

另一方面，现有通信基站中作为后备电源的储能电池绝大部分采用的是铅酸电池，铅酸电池在能量密度、寿命等方面相比磷酸铁锂电池都存在较大差距，但是全新的磷酸铁锂电池在通信基站内应用成本很高，无法大规模化推广。

目前，退役动力电池的再利用技术受到广泛关注。比如，在2018年 10月中国铁塔公司宣布在2020年将完全消化1000万辆新能源汽车产生的退役动力电池。

现有通信基站内应用场景如附图1所示，通信电源与48V铅酸电池共接48V直流母线，48V铅酸电池作为备电使用，有市电时电网直接给设备供电，无市电时由48V铅酸电池给设备供电。

相关创新的技术方案公开较少。检索中国专利文献发现：

北京杉杉凯励新能源科技有限公司提出的中国专利申请 201810087317.1公开一种通信基站中梯次锂电池的充放电控制系统，包括：电池管理单元、电池合路单元；电池管理单元及电池合路单元连接至一电池组；电池组通过电池合路单元连接至充电机；电池管理单元用于对该电池组进行参数采样、运行保护及充放电状态控制，计算电池组的电荷状态，并将采样数据发送至与其连接的主电池管理单元，或者发送至动力环境系统及GPRS模块，并通过控制电池合路单元，使充电机为电池组充电及放电操作；其中，采样数据至少包括单电池电压、单电池温度、充放电电流。

上海玖行能源科技有限公司提出的中国专利申请201610601656.8提供了一种通信基站磷酸铁锂电池梯次利用充放电系统及控制方法，包括：双向储能变流器、梯次电池系统以及电动汽车充电设备，当通信基站失电时，控制器控制梯次电池系统，由梯次电池系统自动为通信基站内通信设备提供供电电源；在用电低谷时段，控制器控制双向储能变流器，由双向储能变流器为梯次电池系统充电储能，同时为通信基站提供电源；在用电高峰时段，控制器控制双向储能变流器，由双向储能变流器释放梯次电池系统中的能量，作为电网支撑，为电动汽车提供充电服务。

电动汽车用动力电池大部分电压等级为300-400V或600-700V，无法直接应用于现有的系统架构中去。对退役动力电池做拆解重装为48V模块，又会大大增加退役电池的成本，同时不同的退役电池包中电芯再次搭配到一个电池包中使用时，由于电芯间的差异性，也会降低其整个电池包性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备，可以直接连接退役电动汽车高压电池，实现多种功率流向充放电管理功能，同时保证备电，可以省去现有的48v铅酸电池。

本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现：通信电源系统通过高压直流母线连接电动汽车退役高压电池，电动汽车退役高压电池上安装电池管理系统BMS模块；在通信电源系统内安装直流的耦合母线、双向整流电路、控制单元、双向充电电路以及DCDC电路，直流的耦合母线同时与双向整流电路、控制单元、双向充电电路以及DCDC电路连接；控制单元也分别与耦合母线、双向整流电路、双向充电电路和DCDC电路相连；双向充电电路通过高压直流母线外接电动汽车退役高压电池上安装的电池管理系统BMS模块。

尤其是，控制单元分别通过通讯线路连接通信电源系统外的信息模块、电池管理系统BMS模块或远程遥控遥测系统。

尤其是，信息模块为智能电表。

尤其是，耦合母线通过并联至少二路DCDC电路外接48V直流母线。

尤其是，双向充电电路连接对外供电电路，并且，对外供电电路通过BMS供电电路连接到电池管理系统BMS模块。

尤其是，通信电源系统通过48V直流母线连接48V电池。

尤其是，通信电源系统通过48V直流母线连接设备。

本实用新型的优点和效果：在通信电源系统内置控制单元，采用直流耦合方法设计双向整流电路，内置的控制单元通过监测电池、电网状态，根据远程遥控遥测自动执行预设的储能运行模式，可以直接连接退役电动车高压电池，并对其进行充放电管理。在通信基站中替代原通信电源，省去现有的48v铅酸电池。为用户带来削峰填谷、需量调节等多种应用场景，增加运营收益。

附图说明

图1为现有通信基站内应用结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中通信基站内应用结构示意图。

图3为本实用新型实施例1通信电源内部具体结构示意图。

图4为本实用新型实施例1中通信电源内部结构充电时电路运行方向示意图。

图5为本实用新型实施例1中通信电源内部结构备电模式下电路运行方向示意图。

图6为本实用新型实施例1中具体的实现逻辑结构示意图。

附图标记包括：

通信电源系统1、信息模块2、电网3、电动汽车退役高压电池4、 48V直流母线5、48V电池6、设备7、高压直流母线8、远程遥控遥测系统9、耦合母线101、双向整流电路102、控制单元103、双向充电电路104、DCDC电路105、外供电电路106、电池管理系统BMS模块401。

具体实施方式

本实用新型原理在于，在通信电源系统1内置控制单元103，采用直流耦合方法设计双向整流电路102，以双向充电电路104通过高压直流母线8连接电动汽车退役高压电池4，配合耦合母线101通过逆变器连接48V直流母线5 低压输出，完成电动汽车退役高压电池4的充放电管理，有效地控制电动汽车退役高压电池4的充放电状态，实现高压动力电池在通讯基站中智能化的管理模式。由于电动汽车退役高压电池4容量较大，远远超出通信基站备电需求，那么在预留出足够的容量作为给基站备电用以后，多余的容量就可以作为储能用容量来进行能量管理，从而实现削峰填谷、需量调节等多种运行模式，从而带来额外的可观收益。

本实用新型中，在通信基站内应用场景结构如附图2所示，通信电源系统1通过信息模块2连接电网3，通信电源系统1通过高压直流母线8连接电动汽车退役高压电池4，电动汽车退役高压电池4上安装电池管理系统BMS模块401，同时，通信电源系统1通过48V直流母线5连接设备7；又如附图3所示，在通信电源系统1内，直流的耦合母线101同时与双向整流电路102、控制单元103、双向充电电路104以及DCDC电路105连接；同时，控制单元103也分别与耦合母线101、双向整流电路102、双向充电电路104和DCDC电路105 相连，控制单元103总体负责系统运行模式的控制和检测；双向充电电路104 通过高压直流母线8外接电动汽车退役高压电池4上安装的电池管理系统BMS 模块401。

本实用新型中，当电网3正常时，如附图4所示，电网3电流由双向整流电路102输入到耦合母线101，再通过DCDC电路105经48V直流母线5 向设备7供电；同时，耦合母线101通过双向充电电路104向电动汽车退役高压电池4充电，保证容量维持；当电网3异常时，如附图5所示，双向整流电路 102停止工作，电动汽车退役高压电池4通过双向充电电路104向耦合母线101 放电，从而维持48V直流母线5供电，满足设备7的备电需求。

本实用新型与现有技术中的通信电源区别在于通过内部设置耦合母线101，将原有整流电路和DCDC之间的直流母线对双向充电电路开放，对高压电池进行充放电操作，同时集成有控制单元可与电池管理系统通信管理。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：作为一种典型削峰填谷运行模式实现方案，具体的实现逻辑图如附图6所示。

设定电动汽车退役高压电池4容量为SOC，SOC1为电池管理系统BMS 模块401传递的下限，SOC2为电池管理系统BMS模块401传递的上限，同时SOC 备电为控制单元103接受远程调控设置的备电阈值；首先，判断电网情况，电网 3异常则进入备电模式，电动汽车退役高压电池4为设备7负载供电，采用V/F 控制，输出功率Pr＝Plac；当电动汽车退役高压电池4状态在SOC1<SOC<SOC备电时，进入备电模式，系统处于备电区，系统不做储能策略管理；当电池状态在 SOC备电<SOC<SOC2时，系统处于储能区，系统进行削峰填谷策略管理；

设定峰时段和谷时段，此参数由远程调控设置；当电网正常，电动汽车退役高压电池4处于储能区时，则根据设定，依次判断当前处于是否归于峰时段、谷时段或平期模式之一，采用功率控制，并进而选择进入峰期模式、谷期模式或平期模式；

其中，峰期模式下，通信电源系统控制电动汽车退役高压电池4放电，和电网3一起来给负载设备7提供功率，输出功率Pr＝Plac-Ptop，其中， Plac为设备7负载功率，约束条件为

即ΔΡr>-k1ΔΡ top+k2ΔΡlac，式中k1、k2为系数，其值大于0.1，小于2；ΔΡr>-k1ΔΡ top+k2ΔΡlac不成立则返回开始状态；ΔΡr>-k1ΔΡtop+k2ΔΡlac成立则判断Ρr，Ρr>0，则调整放电功率，否则进入待机状态；

其中，谷期模式下，负载设备由电网3供电，通信电源系统1对电动汽车退役高压电池4充电，充电功率Pr＝Pgrld-Plac，约束条件为

即ΔΡr<k1ΔΡtop—k2ΔΡlac；ΔΡr<k1ΔΡtop—k2 ΔΡlac不成立则返回开始状态；ΔΡr<k1ΔΡtop—k2ΔΡlac成立则判断Ρr，Ρr>0，则调整放电功率，否则进入待机状态；

其中，平期模式下，通信电源功率目标Pr＝Ptop-Plac，系统根据Pr 值控制充放电功率；ΔΡr>-k1ΔΡtop+k2ΔΡlac不成立，则返回开始状态；ΔΡr>-k1ΔΡtop+k2ΔΡlac成立下，Ρr<0，则进入放电模式，否则保持当前状态。

前述中，控制单元103分别通过通讯线路连接通信电源系统1外的信息模块2、电池管理系统BMS模块401或远程遥控遥测系统，负责通信电源系统1运行逻辑的调整及对远程遥控遥测信号的响应。

前述中，信息模块2包括智能电表设备。

前述中，耦合母线101通过并联至少二路DCDC电路105外接48V直流母线5。

前述中，双向充电电路104连接对外供电电路106，并且，对外供电电路106通过BMS供电电路连接到电池管理系统BMS模块401。

前述中，典型的设备7包括通信基站。

前述中，通信电源系统1通过48V直流母线5连接48V电池6。

本实用新型实施例中，直流的耦合母线101为功率部分的核心结构，双向整流电路102既可以实现将电网3能量整流后引入耦合母线101的功能，也可以将耦合母线101中的能量回馈到电网3中。双向充电电路104既可以实现从耦合母线101对电动汽车退役高压电池4充电的功能，也可以实现将电动汽车退役高压电池4中能量回馈到耦合母线101中的功能。DCDC电路105功能与传统通信电源接近，单向输出连接48V直流母线5，为设备7供电，由于普遍电动汽车退役电池容量较大，所以耦合母线101的容量也需要选择较大容量规格配置，所以，DCDC电路105为可并联设计，在耦合母线101容量范围内可以通过增加减少DCDC电路105以实现对供电容量的灵活配置。

Claims (7)

1.电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备，其特征在于，通信电源系统(1)通过高压直流母线(8)连接电动汽车退役高压电池(4)，电动汽车退役高压电池(4)上安装电池管理系统BMS模块(401)；在通信电源系统(1)内安装直流的耦合母线(101)、双向整流电路(102)、控制单元(103)、双向充电电路(104)以及DCDC电路(105)，直流的耦合母线(101)同时与双向整流电路(102)、控制单元(103)、双向充电电路(104)以及DCDC电路(105)连接；控制单元(103)也分别与耦合母线(101)、双向整流电路(102)、双向充电电路(104)和DCDC电路(105)相连；双向充电电路(104)通过高压直流母线(8)外接电动汽车退役高压电池(4)上安装的电池管理系统BMS模块(401)。

2.如权利要求1所述的电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备，其特征在于，控制单元(103)分别通过通讯线路连接通信电源系统(1)外的信息模块(2)、电池管理系统BMS模块(401)或远程遥控遥测系统。

3.如权利要求1所述的电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备，其特征在于，信息模块(2)为智能电表。

4.如权利要求1所述的电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备，其特征在于，耦合母线(101)通过并联至少二路DCDC电路(105)外接48V直流母线(5)。

5.如权利要求1所述的电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备，其特征在于，双向充电电路(104)连接对外供电电路(106)，并且，对外供电电路(106)通过BMS供电电路连接到电池管理系统BMS模块(401)。

6.如权利要求1所述的电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备，其特征在于，通信电源系统(1)通过48V直流母线(5)连接48V电池(6)。

7.如权利要求1所述的电动汽车退役电池母线耦合双向充放电通讯基站电源设备，其特征在于，通信电源系统(1)通过48V直流母线(5)连接设备(7)。

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