CN109546714A - 一种户外供电基站蓄电池管理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种户外供电基站蓄电池管理装置及方法，所述装置包括CPU模块、48V断路器、MOS功率模块1、MOS功率模块2、储能电感、12V断路器和采集模块。与现有技术相比，本发明将传统以蓄电池电梯串联连接组成蓄电池组的模式转变为以12V蓄电池为单位的并联连接方式，充分提高了各个蓄电池的储能能力；大大节省投入的成本，提高了蓄电池的利用率；有效地延长了蓄电池的使用寿命；避免户外高温下充电对蓄电池性能的破坏；采用多种程控充电模式进行充电，放电时持续不间断输出，满足了基站供电需求。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池管理技术领域，尤其涉及一种户外供电基站蓄电池管理装置及方法。
背景技术
户外供电基站的备用电源一般是以串联连接的方式组成蓄电池组，以蓄电池组为单位进行备用供电、维护、置换等，然而众所周知，此种方式组成的蓄电池组，一方面供电可靠性低，如蓄电池储能能力不能得到充分利用、单个或多个蓄电池单体异常将会影响整体蓄电池组的输出、蓄电池提前失效，使用寿命缩短等，另一方面投资成本高昂，由于串联的蓄电池对各个单体电池的一致性要求很高，一旦出现某个电池异常或失效，需要进维修或置换整组蓄电池组，这就意味需要投入巨大的采购成本、维修成本以及人力成本。
另外，户外基站使用的蓄电池工作在恶劣环境下，长时间处于高温下，使用不当，极易使蓄电池性能下降，导致损坏，如蓄电池长时间处于高温环境下充电，会破坏蓄电池的结构，使其使用寿命大大缩短。传统的户外供电基站对蓄电池充放电缺乏充分、科学的管理措施，无法通过蓄电池的充电容量科学评估基站蓄电池续航能力，容易出现突发状况，存在失电、断电的风险，并且抢修不够及时，抢修时间长、难度大，造成潜在的经济损失不可估量。
发明内容
为解决现有技术中：(1)蓄电池串联连接方式中蓄电池利用率低、储能能力低；(2)整组蓄电池置换，新购电池成本高；(3)长时间浮充，高温下充电导致蓄电池使用寿命缩短；(4)无科学、有效措施精确评估蓄电池续航能力和性能等问题，本发明提出一种户外供电基站蓄电池管理装置及方法。
一种户外供电基站蓄电池管理装置，包括CPU模块、48V断路器、MOS功率模块1、MOS功率模块2、储能电感、12V断路器和采集模块，其中所述CPU模块分别与所述12V断路器和所述采集模块连接，用于存储、数据分析处理和充放电控制；所述48V断路器依次与所述MOS功率模块1、MOS功率模块2、所述储能电感、所述12V断路器及所述采集模块串联连接；所述采集模块用于采集蓄电池组各个蓄电池的电压和电流信息，所述蓄电池组包括4个并联连接的12V蓄电池；所述MOS功率模块1的漏极与所述MOS功率模块2的源极并联连接；所述CPU模块、所述48V断路器、所述MOS功率模块1、所述储能电感、所述12V断路器和所述采集模块构成降压充电电路；所述CPU模块、所述48V断路器、所述MOS功率模块1、所述MOS功率模块2、所述储能电感、所述12V断路器和所述采集模块构成升压放电电路。
进一步地，所述采集模块可采集蓄电池工作环境温度信息，并将工作环境温度信息发送到所述CPU模块，当外部环境温度高于设定阈值时，所述CPU模块1发出命令控制蓄电池充电过程，避免高温下充电造成蓄电池损伤。
进一步地，蓄电池组中的12V蓄电池充电完成后，CPU模块控制MOS功率模块1，使其处于截止状态，停止充电操作，使12V蓄电池进入休眠状态，避免长时间浮充电对蓄电池的损伤，延长蓄电池的使用寿命。
进一步地，所述CPU模块对MOS功率模块1和12V断路器发出指令，采用多种程控充电模式进行充电管理，确保蓄电池充电更有效、更安全。
一种户外供电基站蓄电池管理方法，包括步骤：
S1：采集，采集各12V蓄电池单体电压、12V断路器端的电流、48V断路器端的电压及电流；
S2：充电控制，判断任一电池单体电压模块低于或等于第一阈值时，输出MOS功率模块1的PWM1信号启动对蓄电池组的充电，该信号与实时采集的12V断路器端的电压/电流形成闭环控制实现恒压/恒流充电；并输出MOS功率模块2的PWM2信号使MOS功率模块2的IGBT2处于闭合状态；
S3：放电控制，判断48V断路器端的电压低于或等于第二阈值时，输出MOS功率模块2的PWM2信号，该信号与实时采集的48V断路器端的电压形成闭环控制，并输出MOS功率模块1的PWM1信号使MOS功率模块1的IGBT1处于导通状态；
S4：监控，48V断路器端的电压高于第二阈值且所有电池单体模块电压均高于第一阈值时，输出MOS功率模块1的PWM1信号使MOS功率模块1的IGBT1闭合，输出MOS功率模块2的PWM2信号使MOS功率模块2的IGBT2闭合，此时装置处于监控状态。
进一步地，所述第一阈值具体为12V蓄电池处于满充电状态时的电压值；第二阈值具体为直流母线最低电压限值，当直流母线电压低于第二阈值时表示交流市电或者整流器输出异常。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明针对传统蓄电池连接方式的弊端，将蓄电池串联连接方式转变为并联连接方式，确保充电更有效，充分提高各个蓄电池的储能能力；
(2)基站蓄电池不再以蓄电池组为单位进行配置、更换，采用以12V蓄电池单体为单位，可大大节省投入的成本，提高蓄电池的利用率，以及减少蓄电池的报废以及对环境的污染。并且每个12V蓄电池升压放电的输出均可满足户外基站的供电需求；
(3)本发明摒弃了传统蓄电池长期浮充的运行模式，通过CPU模块的控制，可使充满电的蓄电池停止充电，进入休眠状态，并定期补充电，可有效延长蓄电池的使用寿命；
(4)本发明还增加了对蓄电池工作环境温度的监控，当工作环境温度较高时，智能调节降低蓄电池充电电流，或停止对蓄电池充电，避免户外高温下充电对蓄电池性能的破坏；
(5)本发明提供科学、有效的户外基站蓄电池管理方法，采用多种程控充电模式进行充电，放电时持续不间断输出，并能满足基站供电需求；可根据充电数据和核容放电数据精准计算出充放电能力，并评估出蓄电池的续航能力和性能。
附图说明
图1是本发明一种户外供电基站蓄电池管理装置实现原理框图；
图2是本发明一种户外供电基站蓄电池管理方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，具体实施方式1：本发明一种户外供电基站蓄电池管理装置及方法，可延长蓄电池使用寿命、科学评估蓄电池的续航能力以及蓄电池性能。如图1所示，该户外供电基站蓄电池管理装置包括CPU模块、48V断路器、MOS功率模块1、MOS功率模块2、储能电感、12V断路器和采集模块。CPU模块分别与12V断路器与采集模块连接，用于存储、数据分析处理、充放电控制等，48V断路器依次与MOS功率模块1、MOS功率模块2、储能电感、所12V断路器及采集模块串联连接，MOS功率模块1的漏极与MOS功率模块2的源极并联连接。其中，CPU模块、48V断路器、MOS功率模块1、储能电感、12V断路器、采集模块构成降压充电电路；CPU模块、48V断路器、MOS功率模块1、MOS功率模块2、储能电感、12V断路器、采集模块构成升压放电电路。
基于上述电路结构，本发明工作原理如下：
1、将传统的48V蓄电池组更换为以12V蓄电池为单位的电池并联连接，分别通过采集模块并联在降压充电回路12V断路器上。
2、充电时，在CPU模块的控制下，MOS功率模块1智能调节PWM1的占空比，使48V直流电压降压至12V直流电压以及适当的充电电流大小为各个并联的12V蓄电池充电。在这一过程中，CPU模块根据采集模块实时上传的数据调节PWM1的占空比和MOS功率模块1的输出，对充电进行程序控制管理，形成闭环控制，具体体现在以下方面：
(1)当12V蓄电池电压较低，处于欠充电状态时，CPU模块智能调节PWM1的占空比，使MOS功率模块1输出适当的充电电压和充电电流以先恒流后恒压的模式为12V蓄电池充电，直至充电充电电流下降至接近0。
(2)当12V蓄电池处于满充电状态，CPU模块控制MOS功率模块1处于截止状态并关断输出，停止对12V蓄电池进行充电，使其进入休眠状态；
(3)当采集模块检测到充电环境温度变量超过设定阈值时，CPU模块控制MOS功率模块1截止，停止对12V蓄电池充电，或调节PWM1的占空比，降低充电电流的大小，避免高温环境下充电对12V蓄电池造成破坏。直到环境温度下降到正常范围之内，CPU模块控制PWM1恢复12V蓄电池的正常充电状态。
3、放电时，各个12V的蓄电池电压，经过CPU模块控制PWM2的占空比使MOS功率模块2导通，通过储能电感和12V断路器，实现升压放电工作，各个12V蓄电池电压升压至基站供电所需的电压和电流，通过MOS功率模块1持续不间断的输出到直流母线上，为基站负载提供电能支持，此时MOS功率模块1作为大功率二极管使用。
具体实施方式二：本实施方法基于具体实施方式一，作为具体实施方式一的补充，一种户外供电基站蓄电池管理装置的实现方法，可提高蓄电池的储能能力，精确计量出蓄电池的充放电能力，科学评估蓄电池的续航能力以及蓄电池的性能，具体体现如下：
采用12V蓄电池并联充电的方式充电，每个12V蓄电池都能充满电，充分发挥每个电池的储能能力，同时避免出现过充电和欠充电等现象。
进行核对性容量放电测试时，对各个并联的12V蓄电池进行升压放电，通过采集模块采集的各个12V蓄电池的放电停止电压和电流，可以精确推算出蓄电池的实际容量，进而评估出每个蓄电池的续航能力和性能状况。
具体实施方式三：本发明提供的一种户外供电基站蓄电池管理方法，具体步骤如下：
S1：采集各12V蓄电池电压、电流，12V断路器端的电流、48V断路器端的电压及电流；
S2：判断任一电池单体电压模块低于或等于第一阈值时，输出MOS功率模块1的PWM1信号启动对蓄电池组的充电，该信号与实时采集的12V断路器端的电压/电流形成闭环控制实现恒压/恒流充电；并输出MOS功率模块2的PWM2信号使MOS功率模块2的IGBT2处于闭合状态；
S3：判断48V断路器端的电压低于或等于第二阈值时，输出MOS功率模块2的PWM2信号，该信号与实时采集的48V断路器端的电压形成闭环控制，并输出MOS功率模块1的PWM1信号使MOS功率模块1的IGBT1处于导通状态；
S4：48V断路器端的电压高于第二阈值且所有电池单体模块电压均高于第一阈值时，输出MOS功率模块1的PWM1信号使MOS功率模块1的IGBT1闭合，输出MOS功率模块2的PWM2信号使MOS功率模块2的IGBT2闭合，此时装置处于监控状态。
具体地，第一阈值为12V蓄电池处于满充电状态时的电压值；第二阈值为直流母线最低电压限值，当直流母线电压低于第二阈值时表示交流市电或者整流器输出异常。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种户外供电基站蓄电池管理装置，其特征在于，包括CPU模块、48V断路器、MOS功率模块1、MOS功率模块2、储能电感、12V断路器和采集模块，其中所述CPU模块分别与所述12V断路器和所述采集模块连接，用于存储、数据分析处理和充放电控制；所述48V断路器依次与所述MOS功率模块1、MOS功率模块2、所述储能电感、所述12V断路器及所述采集模块串联连接；所述采集模块用于采集蓄电池组各个蓄电池的电压和电流信息，所述蓄电池组包括4个并联连接的12V蓄电池；所述MOS功率模块1的漏极与所述MOS功率模块2的源极并联连接；所述CPU模块、所述48V断路器、所述MOS功率模块1、所述储能电感、所述12V断路器和所述采集模块构成降压充电电路；所述CPU模块、所述48V断路器、所述MOS功率模块1、所述MOS功率模块2、所述储能电感、所述12V断路器和所述采集模块构成升压放电电路。
2.如权利要求1所述的户外供电基站蓄电池管理装置，其特征在于，所述采集模块可采集蓄电池工作环境温度信息，并将工作环境温度信息发送到所述CPU模块，当外部环境温度高于设定阈值时，所述CPU模块发出命令控制蓄电池充电过程。
3.如权利要求1所述的户外供电基站蓄电池管理装置，其特征在于，蓄电池组中的12V蓄电池充电完成后，CPU模块控制MOS功率模块1，使其处于截止状态，停止充电操作，使12V蓄电池进入休眠状态。
4.如权利要求1所述的户外供电基站蓄电池管理装置，其特征在于，所述CPU模块对MOS功率模块1和12V断路器发出指令，采用多种程控充电模式进行充电管理。
5.一种户外供电基站蓄电池管理方法，其特征在于，包括步骤：
S1：采集各12V蓄电池电压、电流，12V断路器端的电流、48V断路器端的电压及电流；
S2：判断任一电池单体电压模块低于或等于第一阈值时，输出MOS功率模块1的PWM1信号启动对蓄电池组的充电，该信号与实时采集的12V断路器端的电压/电流形成闭环控制实现恒压/恒流充电；并输出MOS功率模块2的PWM2信号使MOS功率模块2的IGBT2处于闭合状态；
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S4：48V断路器端的电压高于第二阈值且所有电池单体模块电压均高于第一阈值时，输出MOS功率模块1的PWM1信号使MOS功率模块1的IGBT1闭合，输出MOS功率模块2的PWM2信号使MOS功率模块2的IGBT2闭合，此时装置处于监控状态。
6.如权力要求5所述的一种户外供电基站蓄电池管理方法，其特征在于，所述第一阈值具体为12V蓄电池处于满充电状态时的电压值；第二阈值具体为直流母线最低电压限值，当直流母线电压低于第二阈值时表示交流市电或者整流器输出异常。
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| CN110048188A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-07-23 | 香江科技股份有限公司 | 一种基于冗余功率器件的户外基站电源热管理*** |
| CN110048188B (zh) * | 2019-04-16 | 2024-02-02 | 香江科技股份有限公司 | 一种基于冗余功率器件的户外基站电源热管理*** |
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