通信蓄电池组的在线主动均衡***
技术领域
本发明涉及通信蓄电池管理领域,特别涉及通信蓄电池组的在线主动均衡***。
背景技术
通信电源是通信设备中必不可少的组成部分,其作用是安全、稳定、可靠、不间断地为通信设备供电。在通信电源***中,蓄电池组作为保障直流应急供电***的重要组成部分,对保证通信***正常运行具有重要意义。
通信蓄电池组,一般是由多个单体蓄电池串联组成,例如24个2V或8个6V或4个12V,目前,对通信蓄电池的使用、维护、检测的方法很多,但在蓄电池的使用过程中,由于蓄电池组容量、使用时间(年限)、单个电池的一致性差异以及通信设施或基站设备的负载不同等原因,使得蓄电池的工作状态不同,一旦市电停、断电后,其使用时间难以进行准确的估计,给维护、管理工作带来困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种通信蓄电池组的在线主动均衡***,对通信蓄电池组实现在线主动均衡。
为解决上述问题,本发明采用的技术方案是:通信蓄电池组的在线主动均衡***,包括蓄电池组、开关网络、控制***、电子功率负载、充电机、肖特基二极管以及市电检测电路;其中,开关网络、检测电路受控制***控制,市电检测电路与控制***连接;
蓄电池组包括依次编号的N个单体电池,N为大于等于2的整数;开关网络包括第一开关、第二开关组、第四开关组,其中,第二开关组包括依次编号的N+1个开关,第四开关组包括依次编号的4个开关;
第四开关组中奇数编号的开关的一端与第二开关组中偶数编号的开关的一端连接,第四开关组中偶数编号的开关的一端与第二开关组中奇数编号的开关的一端连接;各单体电池的正极分别与第二开关组中前N个开关的另一端连接,蓄电池组的负极与第二开关组中第N+1个开关的另一端连接;第四开关组中开关1和开关2的另一端与充电机的输出负极连接,第四开关组中开关3和开关4的另一端与充电机的输出正极连接;
第一开关串联在蓄电池组的外部,肖特基二极管与第一开关并联。
进一步的,充电机采用蓄电池组供电。
进一步的,若需要进行电池主动均衡,则控制***控制第二开关组、第四开关组将充电机并联到需要均衡的电池上,通过充电机对需要均衡的电池进行充电。
进一步的,还包括电子功率负载和用于检测蓄电池组的检测电路,检测电路与电子功率负载、充电机连接;开关网络还包括第三开关组,第三开关组包括依次编号的4个开关,第三开关组中开关1和开关3一端与第二开关组中奇数编号的开关的一端连接,第三开关组中开关2和开关4一端与第二开关组中偶数编号的开关的一端连接,第三开关组中开关1和开关2的另一端与电子功率负载的负极连接,第三开关组中开关3和开关4的另一端与电子功率负载的正极连接。
进一步的,若需要进行放电测试,则控制***控制第二开关组、第三开关组将需要测试的电池连接到电子功率负载上,通过检测电路对需要测试的电池进行放电测试;若需要进行放电测试,则控制***控制控制第二开关组、第四开关组将需要测试的电池连接到充电机上,通过检测电路对需要测试的电池进行充电电测试。
进一步的,实现对多个电池同时进行主动均衡,充电机的数量为M台,M为整数,且2≤M≤N;每台充电机对应一个第二开关组和一个第四开关组;
每个第四开关组中奇数编号的开关的一端与该第四开关组对应的第二开关组中偶数编号的开关的一端连接,每个第四开关组中偶数编号的开关的一端与该第四开关组对应的第二开关组中奇数编号的开关的一端连接;各单体电池的正极分别与每个第二开关组中前N个开关的另一端连接,蓄电池组的负极与每个第二开关组中第N+1个开关的另一端连接;每个第四开关组中开关1和开关2的另一端与该第四开关组对应的充电机的输出负极连接,每个第四开关组中开关3和开关4的另一端与该第四开关组充电机的输出正极连接。
进一步的,所述检测电路用于检测蓄电池组在充放电过程中的电压、电流、时间、温度数据。
进一步的,所述检测电路还包括电量检测电路,该电量检测电路用于检测蓄电池组的电压值;当电量检测电路检测到蓄电池组的电压高于预设值时,控制***控制第一开关断开,使通信电源不再对蓄电池组进行浮充,当检测电路检测单体电池电压小于预设值时,控制***控制第一开关闭合,使通信电源对蓄电池组进行浮充
本发明的有益效果是:本发明即可实现主动均衡,又可实现在线放电测试;当有单体电池低于***设定值的时候,控制***控制第二开关组、第四开关组将充电机并联到该单体电池上,通过充电机对需要均衡的电池进行充电,由于低于***设定值的单体蓄电池一直被补充充电,不会出现单体蓄电池过放情况出现,从而延长单体蓄电池使用寿命;当需要进行放电测试的时候,控制***控制第二开关组、第三开关组将需要测试的电池连接到电子功率负载上,通过检测电路对隔离出来的电池进行放电测试;若需要进行充电测试,控制第二开关组、第四开关组将需要测试的电池连接到充电机上,通过检测电路对测试的电池进行充电测试,得到蓄电池在不同温度下的充放电电压、电流数据,并存储在***中,在遇到市电停、断电时,充电机介入到落后电池对其充电,保护落后电池,延长蓄电池总体工作时间,蓄电池网管***将检测电路实时传送的蓄电池参数与历史数据进行对比,经过特定的运算规则,准确地预计蓄电池的工作时间。
附图说明
图1为实施例的通信蓄电池组的在线主动均衡***的结构示意图。
图中编号:KA为开关网络的第一开关,KB1-KBM为开关网络中的各第二开关组,KC为开关网络中的第三开关组,KD1-KDM为开关网络中的各第四开关组,KB11-KB1N+1为编号1的第二开关组中的各个开关,KBM1-KBMN+1为编号M的第二开关组中的各个开关,KC1-KC4为分别第三开关组中的各个开关,KD11-KD14为编号1的第四切换组中的各个开关,KDM1-KDM4为编号M的第四切换组中的各个开关,D1-DN分别为各个蓄电池,T为肖特基二极管。
具体实施方式
实施例提供一种通信蓄电池组的在线主动均衡***,如图1所示,包括蓄电池组、开关网络、控制***、电子功率负载、充电机、肖特基二极管T、传输电路、蓄电池网管***、检测电路、通信电源以及通信负载;其中,蓄电池组由依次编号的N个单体个蓄电池D1-DN串联组成,N≥2;蓄电池组接于通信电源和通信负载上,开关网络和检测电路分别受控制电路控制,市电检测电路与控制***连接,控制***与传输电路连接,传输电路与蓄电池网管***连接,检测电路与电子功率负载、充电机连接。
充电机的数量为M台,M为整数,且2≤M≤N,这里设置多个充电机可实现对多个电池同时进行主动均衡,从而解决某个时刻多个单体电池均衡的问题。
开关网络包括第一开关、第二开关组、第三开关组、第四开关组,其中,每台充电机对应一个第二开关组和一个第四开关组,每个第二开关组包括依次编号的N+1个开关,每个第四开关组包括依次编号的4个开关;每个第四开关组中奇数编号(即1、3)的开关的一端与该第四开关组对应的第二开关组中偶数编号(即2、4、6、……)的开关的一端连接,第四开关组中偶数编号(即2、4)的开关的一端与该第四开关组对应的第二开关组中奇数编号(即1、3、5、……)的开关的一端连接;各单体电池的正极分别与每个第二开关组中前N个开关的另一端连接,蓄电池组的负极与每个第二开关组中第N+1个开关的另一端连接;每个第四开关组中开关1和开关2的另一端与该第四开关组对应的充电机的输出负极连接,每个第四开关组中开关3和开关4的另一端与该第四开关组充电机的输出正极连接;第三开关组中开关1和开关3一端与任意一个第二开关组(图1中该任意的第二开关组为KB1,实际上也可以是KB1-KBM中的任何一个,以下以KB1为例进行说明)中奇数编号的开关的一端连接,第三开关组中开关2和开关4一端与该任意的第二开关组(即KB1)中偶数编号的开关的一端连接,第三开关组中开关1和开关2的另一端与电子功率负载的负极连接,第三开关组中开关3和开关4的另一端与电子功率负载的正极连接;第一开关KA串联在蓄电池组的外部,肖特基二极管T与第一开关KA并联,肖特基二极管T的导通方向与蓄电池组的外部电流的流向相同。
控制***为通用的控制电路;电子功率负载为与蓄电池参数相匹配的电子负载;检测电路为检测蓄电池充放电的电压、电流、时间、温度的检测电路;传输电路为有线或无线通信传输电路;蓄电池网管***为通用的计算机和相关网关。
实施例中,为充电机供电的电源为蓄电池组,其输入电压为蓄电池组的输出电压。工作时,首先通过蓄电池网管***和控制电路对单体蓄电池或多个蓄电池进行分组,并进行编号管理;当遇市电停电时,一旦单体蓄电池在放电过程中一旦有单体电压低于***设定值,控制电路控制开关网络中的开关按控制逻辑,使充电机并接到单体蓄电池上并对其充电,使单体蓄电池的电压不再下降或者重新上升。
在平时维护中,实施例还可对单体蓄电池进行放电测试。放电测试时,控制***按照预先设定的程序逐个将单体电池或分组的电池通过开关网络从通信蓄电池组中切换出来,将切换出来的单体电池或分组电池对电子功率负载放电,检测电路测试并记录蓄电池放电电压、电流、温度、时间等数据信息,并上传到控制***并通过通信网络传送到蓄电池网管***,蓄电池网管***通过算法处理,一方面可以剔除测试出来的坏电池,另外可以预计整个蓄电池组的放电时间。测试完成后,通过开关网络的切换,将直流充电机并接到测试的单体蓄电池上,对其充电,此时充电机的供电为通信电源输出供电。充到***设定值后,开关网络按逻辑将充电机与充电单体蓄电池断开。此时的单体蓄电池进入电池组浮充状态。
实施例具体工作过程如下:
1、***正常备用时,控制***控制开关网络仅将开关KA闭合,其余开关全部断开,此时,通信蓄电池组可以为通信设备提供正常工作的-48V或者24V备用电源,保证通信设备正常工作;
2、主动均衡实现:
当蓄电池组处于正常备用状态下,遇市电停电,***将对处于供电状态的蓄电池组单体电池电压进行检查,一旦检测到单体电池电压低于设定值后,将由充电机轮流并联到需要充电的单体电池上,对最低电压蓄电池补充电,从而延长蓄电池组工作时间。
(1)对单个蓄电池进行主动均衡,例如:蓄电池D1的电压低于设定值,***控制KB11、KB12、KD11、KD14闭合,使充电机1并接到蓄电池D1上,利用充电机1对蓄电池D1补充充电,其充电电流按蓄电池网管***计算后所设定值进行涓冲或者均冲,提升或保持或缓降最低电压值,保持最低电压值不变,进一步延长蓄电池组的整体工作时间。
当***检测到第二只单体蓄电池低于***设定值时,由KB1和KD1上相应开关,将充电机并联到需要充电的第二只单体电池上,对其充电,其充电电流按蓄电池网管***计算后所设定值进行涓冲或者均冲,提升或保持或缓降最低电压值,保持最低电压值不变,进一步延长蓄电池组的整体工作时间。例如:蓄电池4的电压低于设定值,***控制KB14、KB15、KD12、KD13闭合,使充电机1并接到蓄电池D4上,利用充电机1对蓄电池D4补充充电,其充电电流按蓄电池网管***计算后所设定值进行涓冲或者均冲,提升或保持或缓降最低电压值,保持最低电压值不变,进一步延长蓄电池组的整体工作时间。
以此类推,当3、4…N只电池低于***设定值后,依次打开KB1、KD1内相应开关,实现对低于***设定值单体蓄电池充电,使之保持住最低电压值。直至整个蓄电池组达到***设定值,关断蓄电池***。实现整个电池组电压在放电过程中均衡下降。
(2)对多个蓄电池进行主动均衡。若同时检测到有多个单体电池的电压低于设定值,则控制***需控制开关网络使用多个充电机分别并接到多个单体电池上,例如蓄电池D1和D3低于设定值,则***控制KB11、KB12、KD11、KD14闭合,使充电机1并接到蓄电池D1上,利用充电机1对蓄电池D1补充充电,同时,***控制KB23、KB24、KD21、KD24闭合,使充电机2并接到蓄电池D3上,利用充电机2对蓄电池D3补充充电。
由于低于***设定值的单体蓄电池一直被补充充电,不会出现单体蓄电池过放情况出现,从而延长单体蓄电池使用寿命。
3、需要对通信蓄电池组中的单体蓄电池(或电池分组)进行测试时,通过控制***和蓄电池网管***控制开关网络按照不同的开关断开、闭合组合方式,在同样保证通信蓄电池正常备用状态下的情况下,对单体蓄电池或蓄电池分组充、放电进行测试。
例如,需要图1中的通信蓄电池组的单体蓄电池进行测试时,则将附图中开关KA断开,使蓄电池组与通信设备的通信电源隔开,由于有肖特基管T存在,就能保证在测试单体电池过程中,市电停电后蓄电池组仍然能为通信设备供电,一旦***通过市电检测电路检测到市电停电,将KA闭合,从而实现无缝切换到蓄电池正常为通信设备供电状态中。当对蓄电池D1进行放电测试时,先断开KA,闭合KB11、KB12,KC1、KC4,将蓄电池D1连接到电子功率负载上进行放电,检测电路测试并记录蓄电池D1的放电电压、电流、时间等数据,传送到控制***和远程控制管理***中;放电测试结束后,开关KB11、KB12继续保持闭合,先将KC1、KC4断开,再将开关KD11、KD14闭合,由充电机1将蓄电池D1充满电后,将开关KB11、KB12、KD11、KD14断开,再将开关KA闭合,重新连接到直流充电电源上,保持正常的直流电源对蓄电池浮充充电状态;蓄电池组回复到备用供电状态。
同样,需要测试蓄电池D2时,依次将开关KA断开,闭合KB12、KB13,KC2、KC3,测试并记录蓄电池2的放电电压、电流、时间等数据;测试结束后,开关KB12、KB13继续保持闭合,开关KC2、KC3断开,同时,开关KD12、KD13闭合,充电机1对蓄电池D2充电,蓄电池D2充满电后,将开关KB12、KB13、KD12、KD13断开,再将开关KA闭合,重新连接到直流充电电源上,保持正常的直流电源对蓄电池浮充充电状态。
同理,需要测试蓄电池组内任一单个电池或者电池组合,皆可用开关组合将蓄电池单独断开,完成成放电测试和充电。
通过放电测试,远程控制管理***根据采集的数据,完整地记录单体蓄电池一个放电周期内的放电电压、电流、温度等基本参数,得到对应蓄电池的放电曲线。当市电出现停、断电的时候,通过将实际检测各参数值与管理***记录的数据信息进行比对,按照特定的规则进行计算,可以准确地预定蓄电池在不同季节(温度环境)下的工作时间。
4、本发明还能对蓄电池组浮充方式改进:以往采用通信电源始终在线的方式对电池组浮充,补充本身的自放电;本发明可以通过检测电路检测蓄电池组备用状态下的电压值;当检测电路检测到蓄电池组的电压高于预设值(例如标称电压值的110%)时,控制***控制第一开关断开,使通信电源不再对蓄电池组进行浮充,当检测电路检测到蓄电池组的电压小于预设值(例如标称电压值的105%)时,控制***控制第一开关闭合,使通信电源对蓄电池组进行浮充。
以上描述了本发明的基本原理和主要的特征,说明书的描述只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。