CN104157918A - 一种蓄电池冗余重配组的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池冗余重配组的方法和装置，其中装置包括：蓄电池组、性能监测处理模块和蓄电池配组输出模块，所述蓄电池组内具有多个蓄电池，每个蓄电池分别与性能监测处理模块连接；所述蓄电池配组输出模块包括多个通断选择模块，蓄电池通过通断选择模块组成一用于向用电设备供电的串联回路，其中，通断选择模块的数量与蓄电池的数量相等且与蓄电池形成一一对应关系。通过性能监测处理模块及时发现蓄电池组运行的性能问题，或者发现蓄电池组是否为最佳配组状态，然后用冗余蓄电池更换性能异常或非最佳配组的工作蓄电池，重新配组成新蓄电池组以保持正常供电能力或者提升供电能力。

Description

一种蓄电池冗余重配组的方法和装置

技术领域

本发明涉及蓄电池管理领域，具体涉及一种蓄电池冗余重配组的方法和装置。

背景技术

蓄电池是通信网络供电***的主要组成部分，为设备不间断运行提供最后的供电保障。一般多个蓄电池单元(简称单体)配成蓄电池组进行工作，其数量和容量由供电要求决定。以移动通信基站为例，大多采用阀控铅酸蓄电池，单体电压一般是2V，通过采用多节单体串联组成以提供-48V的供电电压以及供电容量；图1是基站供电***(直流部分)示意图，当交流电临时中断时由蓄电池为通信设备保持直流供电，平时蓄电池可控制处于充电状态。

配组方式要求各单体应尽可能保持性能一致，才能有效达到蓄电池组的总体性能。因此实际往往对单体蓄电池进行优化配组，例如实用新型专利“一种蓄电池检测配组装置”(申请号201220423950.1)提出了一种厂家针对出厂产品时的一种高配组效率、高精度的蓄电池检测配组装置，通过程序完成电池端电压比较实现精确配组选择，实现优等级别电池配组和普通级别配组的区别配组方式。

实际资料显示，铅酸蓄电池即使在出厂时进行了精确配组，但在使用2年左右以后进入不稳定期，典型情况是蓄电池组中出现1-2只性能落后的单体，从而直接影响蓄电池组的容量状态、并且加速蓄电池组中其它单体的劣化速度。由于单体性能非同步劣化甚至发生个别恶化，导致整个蓄电池组状态异常、或者容量达不到要求，从而威胁到电源供电可靠性。因此，及时测试发现蓄电池组中性能落后单体并采取相应措施，才能有效保障蓄电池组供电性能以及延长蓄电池组使用寿命。传统的人工巡检测试工作量大、无法及时发现问题，发现问题后紧急调运和更换劣化单体需要一定的施工时间，不仅造成维护成本的增加，尤其是电池劣化的加速特性以及影响其它单体的扩散特性更易造成更换过渡阶段蓄电池供电风险的时间加速积累，这对设备的稳定运行形成极大的风险。

针对上述问题，实用新型专利“汽车锂电池动力冗余供电***”(申请号201120186608.X)提供了通过后备电池的设置，通过选择通断单元的切换实现电池组内“N+1”冗余供电架构，从而确保电池组正常供电状态，避免单体电池故障对整个***的破坏性影响，大大提高常供电池组的工作可靠性。但是该方案主要存在三处缺陷：

首先是只说明了选择通断单元何时通断切换，关键部分的选择通断单元如何在通断不同情况下实现(单体)电池配组的构造没有提供。

其次是只说明了常供电池出现故障后要求选择通断单元进行通断切换，对于常供电池的故障检测方法和判断参数没有提供。

还有是只说明了针对常供电池出现故障情况下的通断切换要求。实际中如果某单体先于其它电池达到了最大或最小电压，此单体将被迫深度放电或过度充电，一定次数后此单体可能永久性损坏，此发明没有提出针对一致性充放电均衡优化情况下的通断切换要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种蓄电池冗余重配组方法和装置，实现当个别工作蓄电池出现性能异常时或者需要进行均衡优化时可以自动重新配组，将性能正常/最佳配组的冗余蓄电池替换性能异常/非正常配组的工作蓄电池，保障蓄电池组正常供电，延长使用寿命。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

技术方案一：

一种蓄电池冗余重配组的方法，应用于性能监测处理模块、蓄电池组和通断选择模块之间，所述蓄电池组内具有多个蓄电池，蓄电池包括工作蓄电池和冗余蓄电池，其中工作蓄电池的数量为多个，冗余蓄电池的数量至少为一个，方法包括以下步骤：

S101：性能监测处理模块对蓄电池组中的工作蓄电池和冗余蓄电池的性能数据进行监测；

S102：性能监测处理模块判断工作蓄电池的性能数据是否异常，若是，则执行S103，若否，表示工作正常，再次执行S101进行监测；其中，性能数据包括蓄电池的电压、内阻和容量中的一种或多种。

S103：性能监测处理模块判断蓄电池组中的性能数据正常的冗余蓄电池的数量是否足够替换性能数据异常的工作蓄电池，若是，则执行S107，若否，结束流程；

S107：性能监测处理模块定位需要被替换的工作蓄电池和用于替换的冗余蓄电池，并向与被替换的工作蓄电池对应的通断选择模块发送断开指令，和向与用于替换的冗余蓄电池对应的通断选择模块发送接通指令；

S108：通断选择模块将被替换的工作蓄电池从串联回路中脱离，并将用于替换的冗余蓄电池接入串联回路中，并且再次执行S101进行监测。其中，蓄电池通过通断选择模块组成一用于向用电设备供电的串联回路。

进一步地，在S102中，性能监测处理模块判断工作蓄电池的电压或内阻或容量是否异常，若是，则执行S103，若否，表示工作正常，再次执行S101进行监测。

进一步地，在S102中，性能监测处理模块判断工作蓄电池的电压或内阻或容量是否异常，若是，则执行S103，若否，执行S105；

S105：性能监测处理模块判断每个工作蓄电池之间的内阻是否为最佳配组状态，若是，执行S101，若否，执行S106,其中最佳配组状态为每个工作蓄电池的内阻是否一致；

S106：性能监测处理模块判断是否有冗余蓄电池替换内阻不一致的工作蓄电池后达到最佳配组状态，若是，执行S107，若否，再次执行S101进行监测。

进一步地，在S103中，在结束流程的同时还发出严重警告，提醒及时更换冗余蓄电池。

技术方案二：

一种蓄电池冗余重配组的装置，包括：蓄电池组、性能监测处理模块和蓄电池配组输出模块，所述蓄电池组内具有多个蓄电池，每个蓄电池分别与性能监测处理模块连接；所述蓄电池配组输出模块包括多个通断选择模块，蓄电池通过通断选择模块组成一用于向用电设备供电的串联回路，其中，通断选择模块的数量与蓄电池的数量相等且与蓄电池形成一一对应关系；

所述性能监测处理模块，用于监测蓄电池组中的蓄电池的性能数据，并根据监测的性能数据通过通断选择模块控制对应的蓄电池处于接入串联回路和离开串联回路中的一种状态，所述性能数据包括蓄电池的电压、内阻和容量中的一种或多种。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过性能监测处理模块及时发现蓄电池组运行的性能问题，或者发现蓄电池组是否为最佳配组状态，然后用冗余蓄电池更换性能异常/非最佳配组的工作蓄电池，重新配组成新蓄电池组以保持正常供电能力或者提升供电能力。对劣化蓄电池进行及时的切换和对工作蓄电池进行最佳配组，使蓄电池始终工作在正常的运行状态下，消除了传统人工检测和临时紧急更换蓄电池时间所导致的通信设备处于非安全供电状态的风险，同时延长了蓄电池组使用寿命。

附图说明

图1为基站供电***(直流部分)示意图。

图2为本发明的蓄电池冗余重配组的方法的流程图。

图3为本发明的蓄电池冗余重配组的装置的结构示意图。

图4为本发明的通断选择模块的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1：

图2示出了本发明蓄电池冗余重配组的方法的优选实施例，该方法应用于性能监测处理模块、蓄电池组和通断选择模块之间，蓄电池组内具有多个蓄电池，蓄电池包括工作蓄电池和冗余蓄电池，其中工作蓄电池的数量为多个，冗余蓄电池的数量至少为一个，蓄电池通过通断选择模块组成一用于向用电设备供电的串联回路，通断选择模块与蓄电池形成一一对应关系，方法包括以下步骤：

S101：性能监测处理模块对蓄电池组中的工作蓄电池和冗余蓄电池的性能数据进行监测，性能数据包括蓄电池的电压、内阻和容量中的一种或多种。

S102：性能监测处理模块判断工作蓄电池的电压或内阻或容量是否异常，若是，则执行S103，若否，表示工作正常，再次执行S101进行监测。在该步骤中，只要有其中一个工作蓄电池的电压或内阻或容量出现异常，就判断该工作蓄电池为异常，需要更换，这里的异常指得是该电压或内阻或容量不在正常的范围内，具体的范围是根据蓄电池厂家提供的标称值或者实际环境而设定的。另外，性能数据还可包括蓄电池组的组电压、蓄电池组的温度，蓄电池组的组电压可作为电压的前置判断和人工维护蓄电池组时的一个参考值，电压、内阻和容量的判断还与蓄电池组的温度相关，在不同的温度下，范围值都会有所变动，这些也是由厂家提供的，在此不再赘述。

S103：性能监测处理模块判断蓄电池组中的性能数据正常的冗余蓄电池的数量是否足够替换性能数据异常的工作蓄电池，若是，则执行S107，若否，结束流程。在该步骤中，需要判断是否有足够的性能正常的冗余蓄电池去替换性能异常的工作蓄电池。例如，有两个工作蓄电池异常了，只有一个正常的冗余蓄电池，那就是不能满足替换条件了。此外，在S103中还有另一种方式，只要有正常的冗余蓄电池就由后面的步骤将该正常的冗余蓄电池替换性能异常最严重的蓄电池，返回S101继续监控，直至没有正常的冗余蓄电池，S103才输出否，结束流程。

进一步地，在S103中，在结束流程的同时还发出严重警告，提醒及时更换冗余蓄电池。此时就要通过报警装置或其它警告手段及时通知管理者，以使管理者能及时进行人工处理。

为了更好地进行蓄电池组的监测管理，在上述S102中，本来是若否则表示工作正常，返回S101继续进行监测，现在为了进一步实现更好的效果，因此，S102中，若否，则执行S105。进一步执行S105的原因在于，即使蓄电池组中的工作蓄电池都是在正常范围内工作，但是蓄电池组中还会可能存在一个或多个工作蓄电池的内阻与其它工作蓄电池的内阻不同。如果每个蓄电池的内阻不同，那么充电时产生的热量就会有差异，内阻越大则温度升高的速度越快，温度的升高又促使内阻下降，内阻下降反过来导致电流增加，这样相互作用就会导致蓄电池失水速率加快，最终造成热失控等。而内阻较小的电池升温速度相比内阻较大的要慢，失水速率也慢，这样会进一步促使蓄电池间的差异加大。可以理解为，蓄电池组中的各个工作蓄电池的内阻不一致将会是一个慢性杀死蓄电池的方式。

S105：性能监测处理模块判断每个工作蓄电池之间的内阻是否为最佳配组状态，若是，执行S101，若否，执行S106,其中最佳配组状态为每个工作蓄电池的内阻是否一致。在该步骤中，判断每个工作蓄电池的内阻是否一致，这里的一致并不是指要绝对一致，也是允许在一定范围内浮动的，即要达到基本一致，但是在该步骤中的内阻可浮动范围比S102中的内阻正常范围小，因此S102中的内阻正常，在该步骤中内阻可能会不一致；若判断结果为一致，则返回S101继续监测，否则执行S106。

S106：性能监测处理模块判断是否有冗余蓄电池替换内阻不一致的工作蓄电池后达到最佳配组状态，若是，执行S107，若否，再次执行S101进行监测。进一步地，也可以在执行S101前发出提示性告警提示工作蓄电池不是最佳配组状态。在该步骤中，将与其它工作蓄电池内阻不一致的工作蓄电池用冗余蓄电池进行替换，判断是否能达到最佳配组状态，即是否内阻基本一致。

S107：性能监测处理模块定位需要被替换的工作蓄电池和用于替换的冗余蓄电池，并向与被替换的工作蓄电池对应的通断选择模块发送断开指令，和向与用于替换的冗余蓄电池对应的通断选择模块发送接通指令。在该步骤中，定位S103或S106中需要被替换的工作蓄电池，和用于替换的冗余蓄电池，其中，在S103中，需要被替换的工作蓄电池就是性能数据异常的蓄电池，用于替换的冗余蓄电池就是性能正常的冗余蓄电池，在S106中，需要被替换的工作蓄电池就是内阻不一致的蓄电池，用于替换的冗余蓄电池就是内阻与其它工作蓄电池一致的蓄电池。定位后，就发送控制指令控制对应的通断选择模块工作。进一步地，性能监测处理模块还同时发出蓄电池更换告警提示，提示管理员有蓄电池进行更换。

S108：通断选择模块将被替换的工作蓄电池从串联回路中脱离，并将用于替换的冗余蓄电池接入串联回路中，并且再次执行S101进行监测。

实施例2：

图3-4示出了本发明蓄电池冗余重配组的装置的优选实施例，该装置的工作是基于实施例1中的蓄电池冗余重配组的方法，蓄电池冗余重配组的装置包括：蓄电池组10、性能监测处理模块11和蓄电池配组输出模块12，蓄电池组10中具有多个蓄电池，蓄电池包括工作蓄电池21和冗余蓄电池22，工作蓄电池21指的是正在供电的蓄电池，冗余蓄电池22指的是用于后备的蓄电池，蓄电池配组输出模块12包括多个通断选择模块31，通断选择模块31的数量与蓄电池的数量一样且与蓄电池形成一一对应关系，蓄电池通过通断选择模块31组成一用于向用电设备供电的串联回路。

蓄电池组10中的工作蓄电池21的数量为多个，冗余蓄电池22的数量不少于一个。性能监测处理模块11与蓄电池组10中的每个蓄电池连接以监控其性能，这里的蓄电池包括工作蓄电池21和冗余蓄电池22，由监控所得到的性能数据包括每个蓄电池的电压、内阻和容量，上述的性能监控和获取性能数据为蓄电池领域中常规的技术，因此在本方案中，如何监控蓄电池的性能在此不再赘述。

性能监测处理模块11根据监测到的性能数据通过通断选择模块31控制对应的蓄电池的通断，以使对应的蓄电池处于接入串联回路和离开串联回路中的一种状态。在正常情况下，工作蓄电池21所对应的通断选择模块31均为接入状态的，冗余蓄电池22所对应的通断选择模块31均为离开状态的，当有工作蓄电池21的性能异常时，性能监测处理模块11通过对应的通断选择模块31控制性能异常的工作蓄电池21从串联回路中脱离，并控制性能正常的冗余蓄电池22接入串联回路中。

蓄电池配组输出模块12将接入本模块的串联回路中的蓄电池输出工作电压至用电设备中。

上述的通断选择模块31的结构具体可以是如图3所示，通断选择模块31内设有第一开关41、第二开关42和一根直通导体43，其中第一开关41在直通导体的一端和蓄电池的正极之间切换，第二开关42在直通导体的另一端和蓄电池的负极之间切换，当需要接通对应的蓄电池时，将两个开关均与该蓄电池连接，当需要断开时，将两个开关均与该直通导体连接，控制开关切换的方式可以是通过继电器或大功率电子开关控制。此外，通断选择模块31中的第一开关41与上一个通断选择模块31的第二开关连接，通断选择模块31中的第二开关42与下一个通断选择模块31的第一开关连接。由此便可实现所有通断选择模块31组成一个串联回路，当通断选择模块31断开与对应的蓄电池的连接，此时通断选择模块31相当于只是直通导体作用，当通断选择模块31与对应的蓄电池连接，此时该蓄电池便进入到串联回路中。

根据蓄电池配组输出模块的结构，实际上是与替换进来的冗余蓄电池对应的通断选择模块接通该冗余蓄电池，与被替换的工作蓄电池对应的通断选择模块断开该工作蓄电池的连接。替换进来的冗余蓄电池就成为了工作蓄电池，被替换出去的工作蓄电池就需要人工执行蓄电池下架维护更换。

使用了蓄电池冗余重配组的方法，该装置能通过性能监测处理模块及时发现蓄电池组运行的性能问题，或者发现蓄电池组是否为最佳配组状态，然后用冗余蓄电池更换性能异常/非最佳配组的工作蓄电池，重新配组成新蓄电池组以保持正常供电能力或者提升供电能力。对劣化蓄电池进行及时的切换和对工作蓄电池进行最佳配组，使蓄电池始终工作在正常的运行状态下，消除了传统人工检测和临时紧急更换蓄电池时间所导致的通信设备处于非安全供电状态的风险，同时延长了蓄电池组使用寿命。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蓄电池冗余重配组的方法，其特征在于，应用于性能监测处理模块、蓄电池组和通断选择模块之间，所述蓄电池组内具有多个蓄电池，蓄电池包括工作蓄电池和冗余蓄电池，其中工作蓄电池的数量为多个，冗余蓄电池的数量至少为一个，方法包括以下步骤：

S101：性能监测处理模块对蓄电池组中的工作蓄电池和冗余蓄电池的性能数据进行监测，性能数据包括蓄电池的电压、内阻和容量中的一种或多种；

S102：性能监测处理模块判断工作蓄电池的性能数据是否异常，若是，则执行S103，若否，表示工作正常，再次执行S101进行监测；其中。

S103：性能监测处理模块判断蓄电池组中的性能数据正常的冗余蓄电池的数量是否足够替换性能数据异常的工作蓄电池，若是，则执行S107，若否，结束流程；

S107：性能监测处理模块定位需要被替换的工作蓄电池和用于替换的冗余蓄电池，并向与被替换的工作蓄电池对应的通断选择模块发送断开指令，和向与用于替换的冗余蓄电池对应的通断选择模块发送接通指令；

S108：通断选择模块将被替换的工作蓄电池从串联回路中脱离，并将用于替换的冗余蓄电池接入串联回路中，并且再次执行S101进行监测。其中，蓄电池通过通断选择模块组成一用于向用电设备供电的串联回路。

2.根据权利要求1所述的蓄电池冗余重配组的方法，其特征在于，在S102中，性能监测处理模块判断工作蓄电池的电压或内阻或容量是否异常，若是，则执行S103，若否，表示工作正常，再次执行S101进行监测。

3.根据权利要求1所述的蓄电池冗余重配组的方法，其特征在于，在S102中，性能监测处理模块判断工作蓄电池的电压或内阻或容量是否异常，若是，则执行S103，若否，执行S105；

S105：性能监测处理模块判断每个工作蓄电池之间的内阻是否为最佳配组状态，若是，执行S101，若否，执行S106,其中最佳配组状态为每个工作蓄电池的内阻是否一致；

S106：性能监测处理模块判断是否有冗余蓄电池替换内阻不一致的工作蓄电池后达到最佳配组状态，若是，执行S107，若否，再执行S101进行检测。

4.根据权利要求1所述的蓄电池冗余重配组的方法，其特征在于，在S103中，在结束流程的同时还发出严重警告，提醒及时更换冗余蓄电池。

5.一种蓄电池冗余重配组的装置，其特征在于，包括：蓄电池组、性能监测处理模块和蓄电池配组输出模块，所述蓄电池组内具有多个蓄电池，每个蓄电池分别与性能监测处理模块连接；所述蓄电池配组输出模块包括多个通断选择模块，蓄电池通过通断选择模块组成一用于向用电设备供电的串联回路，其中，通断选择模块的数量与蓄电池的数量相等且与蓄电池形成一一对应关系；

所述性能监测处理模块，用于监测蓄电池组中的蓄电池的性能数据，并根据监测的性能数据通过通断选择模块控制对应的蓄电池处于接入串联回路和离开串联回路中的一种状态，所述性能数据包括蓄电池的电压、内阻和容量中的一种或多种。