SE534553C2 - Förfarande, styranordning, system och datorprogramprodukt för effektförsörjning av en radiobasstation - Google Patents

Description

534 553 2 med anläggningen och således verka som ett reservsystem för kraftför- sörjning av radiobasstationen.

Sammanfattningsvis finns ett behov av alternativa lösningar för kraftförsörjning av fiärrbelägna basstationer.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en lösning för effekt- försörjning av en radiobasstation.

Enligt en första aspekt av uppfinningen tillhandahålls ett förfarande för effektförsörjning av en radiobasstation innefattande stegen att styra effekt- försörjning till radiobasstationen från en batteriuppsättning så att all effekt till basstationen tillhandahålls från batteriuppsättningen, att initiera uppladdning av batteriuppsättningen från en extern energikälla när batteriuppsättningens energinivå faller under en i förväg bestämd energinivå och att avsluta uppladdningen när batteriuppsättningens energinivå överskrider en andra i förväg bestämd energinivå.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen tillhandahålls en styranordning för effektförsörjning av en radiobasstation innefattande organ för att styra effektförsörjning till radiobasstationen från en batteriuppsättning så att all effekt till basstationen tillhandahålls från batteriuppsättningen, och organ för att initiera uppladdning av batteriuppsättningen från en extern energikälla när batteriuppsättningens energinivå faller under en i förväg bestämd energinivå och för att avsluta uppladdningen när batteriuppsättningens energinivå överskrider en andra i förväg bestämd energinivå.

I detta sammanhang kan en batteriuppsättning vara ett enda batteri eller flera batterier som kan seriekopplas för att fungera som ett enda batteri.

I föreliggande framställning styrs kraftförsörjningen till radiobasstationen så att all kraft tillförs enbart från en batteriuppsättning. Växelvis kraftför- sörjning till radiobasstationen från olika energikällor sker således inte, utan försörjning sker enbart från en batteriuppsättning. Detta är fördelaktigt eftersom oavbruten kraftdistribution till radiobasstationen såväl som minskade COg-utsläpp möjliggörs.

Från batteriuppsättningens perspektiv utgör en radiobasstation en oförutsägbar last som kan variera över tiden. Under låglastperioder kan således mindre kraft behövas från batteriuppsättningen, vilket innebär att batteriets energinivå minskar långsammare jämfört med höglastperioder. Som svar på radiobasstationens oförutsägbara last har uppfinnarna funnit att det är 534 553 3 fördelaktigt att initiera uppladdning av batteriet som en reaktion på batteriets energinivå istället för att initiera uppladdning av batteriet efter en särskild i förväg bestämd tidsperiod, eftersom det kan säkerställa att uppladdning initieras när batterinivån är låg, dvs. när uppladdning faktiskt krävs, vilket ökar batteriuppsättningens kapacitet och livslängd.

Genom initiering av uppladdning av batteriuppsättningen när energinivån faller under en i förväg bestämd energinivå kan batteriernas uppladdningsnivå styras så att fullständig urladdning av batteriuppsättningen kan undvikas.

Detta möjliggör energiförsörjning av radiobasstationen enbart från batteri- uppsättningen. Genom avslutning av batteriuppladdningen när batteriets energinivå befinner sig ovanför ett i förväg bestämt värde möjliggörs dessutom förhindrande av onödig användning av den externa energikällan.

Den första i förväg inställda energinivån kan exempelvis vara kring 40 % eller mindre, såsom 30 %, såsom 20 %, såsom 10 %, såsom 5 % av batteri- uppsättningens maximala energinivå. Vidare kan den andra i förväg inställda energinivån vara exempelvis kring 60 % eller mer, såsom 70 %, såsom 80 %, såsom 90 %, såsom 95 % av batteriuppsättningens maximala energinivå. De första och andra iförväg inställda energinivåerna kan bero på den typ av batteri som används i batteriuppsättningen. l enlighet med föreliggande framställning används den externa energi- källan för uppladdning av batteriet och används typiskt, dvs. slås på, endast vid uppladdning av batteriuppsättningen. Under uppladdning av batteri- uppsättningen kraftförsörjs emellertid radiobasstationen fortfarande från batteriuppsättningen.

Vidare kan förfarandet och styranordningen i enlighet med föreliggande uppfinning användas för kraftförsörjning av utrustning i andra tillämpningar, såsom kraftförsörjning till annan telekomutrustning, militär telekomutrustning, pumpar för vattendistribution, medicinsk utrustning eller till hushåll eller byggnader i oländig terräng eller på andra isolerade platser, såsom hushåll eller byggnader i avlägsna samhällen som betjänas av dåliga vägar och har dålig infrastruktur.

I utföringsformer av föreliggande uppfinning kraftförsörjs också batteriuppsättningen från åtminstone en alternativ energikälla. En alternativ energikälla åsyftar på en energikälla som utvinner energi från sol, vind, vågor eller andra naturliga förnybara källor. Den alternativa energikällan kan exempelvis vara åtminstone en vindenergikälla och/eller åtminstone en solenergikälla. 534 553 4 Om en alternativ energikälla används kan den kraftförsörja batteri- uppsättningen och således åstadkomma uppladdning av batteriuppsättningen mindre ofta. Nämnda åtminstone en alternativ energikälla kan kraftförsörja batteriuppsättningen både under uppladdning av batteriuppsättningen och under tidsperioden då batteriuppsättningen inte uppladdas. Den alternativa energikällan kan ha variationer i genererade kraftnivåer över tiden, pga. variationer i väderförhållanden, och kraftförsörjningen till batteriuppsättningen från nämnda åtminstone en alternativ energikälla kan således variera över tiden.

I en utföringsform av föreliggande uppfinning kan batteriuppsättningens energinivå estimeras. Det är fördelaktigt att estimera batteriuppsättningens energinivå eftersom att det möjliggör bestämning av när batteriuppsättningen måste laddas upp. Steget att estimera energinivån kan utföras under både steget att styra effektförsörjningen och vid uppladdning av batteriuppsätt- ningen. Exempelvis kan estimering av energinivån utföras med en frekvens på ungefär var 30:e minut, en gång i timmen, en gång var 12:e timme, en gång var 24:e timme eller en gång varje 48:e timme. Vidare kan estimering av batteriuppsättningens energinivå innefatta uppmätning av energin som levereras till batteriuppsättningen och energin som levereras från batteriuppsättningen.

Uppmätning av energin som leveras till batteriuppsättningen och energin som levereras från batteriuppsättningen vid särskilda ögonblick möjliggör estimering av nettoenergin som förbrukas av batteriet. Genom estimering av nettoenergin som förbrukas av batteriuppsättningen vid en särskild frekvens möjliggör således estimering av total förbrukad energi, och subtrahering av total förbrukad energi från ett helt uppladdat batteris energinivå tillåter estimering av batteriuppsättningens energinivå. Energin som levereras till batteriuppsättningen och energin som levereras från batteriuppsättningen kan mätas genom bestämning av strömmen som kommer in i batteriuppsättningen och strömmen som lämnar batteriuppsättningen, dvs. strömförbrukningen över tid, såväl som spänningsfallet över batteriuppsättningen. Således kan batteriuppsättningens energinivå estimeras genom "cou|ombräkning”, varvid laddningen som förs in och ut ur batteriuppsättningen erhålls genom ackumulering av strömförbrukning över tiden. "Coulombräkning" är ett förfarande som är välkänt för fackmannen.

Vidare kan estimeringen av batteriets energinivå underlättas genom användning av uppslagstabeller konstruerade utifrån för batteriuppsättningen 534 553 uppmätta urladdningsdata. Uppslagstabellen kan innehålla detaljerad information gällande en batteriuppsättnings urladdningskarakteristik och kan sätta batteriets energinivå i relation till uppmätta strömmar till och från batteriuppsättningen och/eller en spänning mått över batteriuppsättningen. En sådan uppslagstabell kan skapas genom noggrann uppmätning av urladd- ningskarakteristik för en population av batteriuppsättningar under särskilda förhållanden för erhållande av statistiskt signifikanta resultat, och resultaten från batteriuppsättningspopulationen kan sedan användas som en mall i uppslagstabellen för alla batteriuppsättningar i populationen. Uppslags- tabellen kan också innehålla information om energinivån för en helt upp- laddad batteriuppsättning. Uppslagstabeller för en batteriuppsättnings energinivå är också välkända för fackmannen.

Batteriuppsättningens energinivå kan också estimeras genom andra kända förfaranden, såsom genom mätning av battericellimpedans vid en specifik frekvens. Batteriuppsättningens impedans kan mätas genom sändning av en högfrekvent spänningssignal till batteriuppsättningen. l utföringsformer kan styranordningen innefatta organ för estimering av energin som levereras till batteriuppsättningen och energin som levereras från batteriuppsättningen, såsom organ för mätning av strömmen till och från batteriuppsättningen och/eller spänningen över batteriuppsättningen.

I utföringsformer av föreliggande uppfinning är den externa energikällan en generator, såsom en dieselgenerator. Dieselgeneratorn kan till exempel ha en maximal uteffekt på mer än 5 kW, såsom mer än 6 kW, såsom mer än 7 kW, såsom mer än 8 kW, såsom mer än 9 kW, såsom mer än 10 kW. En dieselgenerator kan förse batteriuppsättningen med hög effekt, varvid uppladdningstiden för batteriuppsättningen minskar. l utföringsformer av föreliggande uppfinning drivs den externa energi- källan vid maximal, eller närapà maximal, effekt vid uppladdning av batteri- uppsättningen. I vidare utföringsformer drivs den externa energikällan vid optimal, eller närapà optimal, effekt vid uppladdning av batteriuppsättningen.

Drift av den externa energikällan vid, eller nära, maximal eller optimal effekt minskar tiden under vilken batteriuppsättningen laddas upp, dvs. tiden under vilken den externa energikällan behöver användas eller vara i drift, vilket kan leda till minskade föroreningar från den externa energikällan.

I utföringsformer av den första aspekten år genomsnittstiden för uppladdning av batteriuppsättningen kortare än genomsnittstiden för vilken batteriuppsättningen inte laddas upp. 534 553 6 Detta innebär följaktligen att den externa energikällan används under kortare tidsperioderjämfört med tidsperioder när den externa energikällan inte används. Genomsnittstiden kan till exempel vara genomsnittstid under en vecka eller en månad. Detta möjliggör en minskad användning av den externa energikällan, vilket kan leda till mindre föroreningar från systemet. Om den externa energikällan drivs nära maximal uteffekt så möjliggörs en snabbare uppladdning av batteriuppsättningen, vilket således möjliggör att genomsnittstiden för uppladdning av batteriuppsättningen är mindre än genomsnittstiden för vilken batteriuppsättningen inte laddas upp.

Styranordningen innefattar typiskt en eller flera mikroprocessorer eller någon annan anordning med beräkningskapacitet, t.ex. en applikations- specifik integrerad krets (ASIC), en fältprogrammerbar grindmatris (CPLD), etc., för styrning av effektförsörjning och uppladdning av batteriuppsättningen, under exekvering av lämplig nedladdningsbar programvara lagrad i passande lagringsarea, såsom ett RAM, ett flashminne eller en hårddisk.

Det ska påpekas att kombinering av styrenheten och batteriuppsätt- ningen ger ett fullständigt kraftförsörjningssystem.

Styrenheten och batteriuppsättningen kan således tillhandahållas som ett integrerat system, såsom i ett kabinett, vilket möjliggör hantering av systemet och implementering av styrenheten och batteriuppsättningen med en extern energikälla och en radiobasstation.

Vidare kan systemet innefatta den externa energikällan.

Följaktligen kan styranordningen, batteriuppsättningen och den externa energikällan tillhandahållas som ett integrerat system, såsom i ett kabinett.

Som beskrivs ovan kan den externa energikällan vara en generator, såsom en dieselgenerator. Exempelvis kan den externa energikällans maximala uteffekt överstiga radiobasstationens genomsnittliga last.

Exempelvis kan den externa energikällans maximala uteffekt vara åtminstone två gånger större, såsom åtminstone tre gånger större, såsom åtminstone fyra gånger större, såsom åtminstone fem gånger större, än radiobasstationens genomsnittliga last. Radiobasstationens genomsnittliga last kan exempelvis vara genomsnittlig last under loppet av 24 timmar. Om den externa energikällans maximala uteffekt överstiger batteriuppsättningens genomsnittliga last så ökas takten med vilken batteriuppsättningen laddas.

Systemet kan vidare innefatta åtminstone en alternativ energikälla, och styranordningen kan vidare innefatta organ för styrning av effektförsörjning till batteriuppsättningen från den alternativa energikällan. 534 553 7 En alternativ energikälla kan vara en alternativ energikälla såsom beskrivs här ovan. Om systemet vidare innefattar en alternativ energikälla och batteriuppsättningen kan förses med energi från den alternativa energikällan så kan frekvensen med vilken batteriet behöver laddas minskas.

I utföringsforrner kan systemet vidare innefatta radiobasstationen.

Vidare tillhandahålls i en aspekt av föreliggande uppfinning en dator- programprodukt som innefattar datorexekverbara komponenter för att få en anordning att utföra stegen i förfarandet i enlighet med föreliggande uppfinning, när de datorexekverbara komponenterna körs på en behandlingsenhet som innefattas i anordningen.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 visar en översikt av ett system i enlighet med föreliggande uppfinning i en första exemplifierande utföringsform.

Figur 2 visar en översikt av effektförsörjningen till en radiobasstation från systemet som visas i figur 1.

Figur 3 visar en översikt av ett system i enlighet med föreliggande uppfinning i en andra exemplifierande utföringsform.

Figur 4 visar en översikt av effektförsörjningen till en radiobasstation från systemet som visas i figur 3.

Detalierad beskrivning av uppfinningen En exemplifierande utföringsforrn av ett system i enlighet med föreliggande uppfinning åskådliggörs funktionellt i figur 1. Systemet innefattar en fiärrbelägen radiobasstation ( 1), en styrenhet (2), en dieselgenerator (3) och en batteriuppsättning (4). Styrenheten (2) är anordnad att styra så att radiobasstationen (1) enbart försörjs med uteffekt från batteriuppsättningen (4), och är anordnad med organ för att slå av och på generatorn (3).

Dieselgeneratorn (3) 'a'r anordnad så att uteffekten Pgen från generatorn kan användas för uppladdning av batteriuppsättningen (4). Effektförsörjning Pioad till radiobasstationen (1) åskådliggörs i figur 2. Under tidsintervall t., stängs dieselgeneratorn (3) av och radiobasstationen (1) förses med energi Pm., från batteriuppsättningen (4). Radiobasstationens (1) last är exempelvis beroende av hur många samtal som hanteras av radiobasstationen (1) , vilket innebär att lasten kan fluktuera under loppet av 24 timmar, tex. så att lasten är lägre under natten. Som ett exempel kan Pm, fluktuera kring 2 kW, så att genomsnittslasten är 2 kW. Under loppet av 24 timmar kan emellertid lasten 534 553 fluktuera mellan 0,5 och 2,5 kW.

Styrenheten (2) mäter strömmen till och från batteriuppsättningen (4) och spänningen över batteriuppsättningen (4) för att estimera energin som levereras till batteriuppsättningen (4) och energin som levereras av batteri- uppsättningen (4). Utifrån dessa mätningar estimeras den förbrukade energin.

Estimeringen av förbrukad energi utförs en gång var 12:e timme. Följaktligen kan styrenheten (2), genom estimering av förbrukad energi med en frekvens på ca 12 timmar och jämförelse med batteriets initiala energinivå, estimera batteriuppsättningens (4) energinivå. När styrenheten (2) estimerar att batteriets energinivå är mindre än t.ex. 10 % av batteriets maximala energ- inivå initierar styrenheten (2) uppladdning av batteriuppsättningen genom start av generatorn och leverans av energi Pgen från generatorn (3) till batteriuppsättningen. Dieselgeneratorn (3) som används kan ha en maximal uteffekt som överstiger den genomsnittliga effekt som leveras till radiobas- stationen. Som ett exempel kan dieselgeneratorn (3) ha en maximal uteffekt på 10 kW. Dieselgeneratorn (3) kan drivas ut maximalt när batteriet laddas, vilket möjliggör att radiobasstationen förses med kraft från batteriet.

Uppladdning fortsätter under t, och styrenheten (2) estimerar batteriupp- sättningens energinivå under t,. När styrenheten (2) estimerar att batteriupp- sättningen har en energinivå som överstiger ett i förväg inställt värde, såsom ca 90 % av batteriets maximala energinivå, så stänger styrenheten (2) av dieselgeneratorn (3). Under t, försörjs radiobasstationen fortfarande med kraft från batteriet eftersom att batteriuppladdningen initieras innan batteriuppsätt- ningen helt har laddat ur. Detta innebär att radiobasstationen (1) kontinuerligt kraftförsörjs, dvs. radiobasstationen (1) upplever inga avbrott i tillförd energi när batteriuppsättningen laddas.

Tiden under vilken batteriuppsättningen inte kräver uppladdning, dvs. th, beror på fluktuationer i Pm., för basstationen (1 ). Detta innebär att t., kan fluktuera under loppet av dagar eller veckor. Om generatorn (3) drivs vid maximal utenergi vid uppladdning är tiden för uppladdning av batteriuppsätt- ningen (4) emellertid mer eller mindre konstant, dvs. t, är mer eller mindre konstant. Om en dieselgenerator (3) på 10 kW används, såsom beskrivs ovan, så kan det ta ungefär 2,5 timmar att ladda batteriuppsättningen (4), dvs. t, kan vara ca 2,5 timmar. Vid normal drift av radiobasstationen (1) är ti, vanligtvis längre än t,. Detta innebär att under loppet av t.ex. en vecka så är tiden under vilken dieselgeneratorn (3) körs kortare än tiden under vilken generatorn är avstängd, vilket innebär små COz-utsläpp. 534 553 9 En andra exemplifierade utföringsform av föreliggande uppfinning illustreras funktionellt i figur 3. Som i första utföringsforrnen innefattar systemet en fiärrbelâgen radiobasstation (1), en styrenhet (2), en diesel- generator (3) och en batteriuppsättning (4). Vidare är en alternativ energikälla (5) ansluten till systemet och anordnad så att den kan förse batteriet med effekt Pan, både under uppladdningen av batteriuppsättningen och när batteriuppsättningen inte kräver uppladdning. En fackman inser hur en alternativ energikälla ska anslutas så att den kan förse batteriuppsättningen med effekt. Källan för alternativ energi (5) kan vara en solenergikälla, såsom fotoelektriska celler, eller en vindenergikälla, såsom vindturbiner. Styrenheten (1) reglerar så att radiobasstationen (1) förses med effekt endast från batteriuppsättningen (4). En översikt av effektförsörjning Pma., till radiobasstationen (1) visas i figur 4. Laddning av batteriuppsättningen initieras såsom beskrivs i den första exemplifierande utföringsformen ovan, så att uteffekt Pga" används för laddning av batteriuppsättningen. Eftersom den alternativa energikällan (5) förser batteriuppsättningen med effekt krävs emellertid uppladdning mindre ofta jämfört med den första exemplifierande utföringsformen. Således inträffar, vilket kan ses ifig. 4, t, mindre ofta jämfört med t, i fig. 2. Vidare är, eftersom effekten Paj, matas till batteriuppsättningen från den alternativa energikällan också vid laddning av batteriuppsättningen, tiden t, under vilken uppladdning fortskrider i den andra exemplifierande utföringsformen (se fig. 4) kortare jämfört med tiden under vilken uppladdning fortskrider i den första exemplifierande utföringsformen (se fig. 2).

Claims (14)

534 553 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för effektförsörjning av en radiobasstation, kännetecknat av att förfarandet innefattar stegen: att styra effektförsörjning till nämnda radiobasstation från en batteri- uppsättning så att all effekt till basstationen levereras enbart från batteriupp- sättningen; och att initiera uppladdning av nämnda batteriuppsättning från en extern energikälla när nämnda batteriuppsättnings energinivå faller under en första i förväg bestämd energinivå och att avsluta uppladdningen när batteriupp- sättningens energinivå överstiger en andra i förväg bestämd energinivå.

2. Förfarande i enlighet med krav 1, vidare innefattande att leverera effekt till nämnda batteriuppsättning från åtminstone en alternativ energikälla.

3. Förfarande i enlighet med krav 2, varvid nämnda alternativa energikälla är åtminstone en vindenergikälla och/eller åtminstone en solenergikälla.

4. Förfarande i enlighet med något av krav 1-3, vidare innefattande steget att estimera nämnda batteriuppsättnings energinivå.

5. Förfarande i enlighet med krav 4, varvid steget att estimera nämnda batteriuppsåttnings energinivå innefattar steget att mäta energin som levereras till batteriuppsättningen och energin som levereras från batteriuppsättningen.

6. Förfarande i enlighet med något av krav 1-5, varvid den externa energikällan är en generator.

7. Förfarande i enlighet med något av föregående krav, varvid 534 553 11 genomsnittstiden för uppladdning av nämnda batteri är kortare än genom- snittstiden under vilken batteriuppsättningen inte laddas.

8. Styranordning för effektförsörjning av en radiobasstation, kännetecknat av att styranordningen innefattar: organ för att styra effektförsörjning till nämnda radiobasstation från en batteriuppsättning så att all effekt tiil basstationen levereras enbart från batteriuppsättningen; och organ för att initiera uppladdning av nämnda batteriuppsättning från en extern energikälla när nämnda batteriuppsättnings energinivå faller under en första i förväg bestämd energinivå och för att avsluta uppladdningen när batteriuppsättningens energinivå överstiger en andra i förväg bestämd energinivå.

9. System för effektförsörjning av en radiobasstation, kännetecknat av att systemet innefattar styranordningen i enlighet med krav 8, vidare innefattande: en batteriuppsättning för effektförsörjning av radiobasstationen.

10. System i enlighet med krav 9, vidare innefattande nämnda externa energikälla.

11.System i enlighet med krav 9 eller 10, varvid maximal uteffekt från nämnda externa energikälla överstiger nämnda radiobasstations genom- snittliga last.

12.System i enlighet med något av krav 9-11, vidare innefattande åtminstone en alternativ energikälla, och vilken styranordning vidare innefattar organ för att styra effektförsörjning till nämnda batteriuppsättning från nämnda alternativa energikälla.

13. System i enlighet med något av krav 9-12, vidare innefattande nämnda radiobasstation. 534 553 12

14. Datorprogramprodukt kännetecknat av att datorprogramprodukten innefattar datorexekverbara komponenter för att orsaka en anordning att utföra stegen i enlighet med något av kraven 1-7 när de datorexekverbara komponenterna körs på en behandlingsenhet innefattad i anordningen.