一種基於新能源和多組電池管理的通信基站動力後備系統的製作方法
2023-07-10 18:04:26 1
本實用新型屬於通信基站動力後備系統電源技術領域，涉及新能源為基站供電。
背景技術：
新能源工況通信基站動力系統直流電源系統原方案是採用鉛酸電池作為後備電源，由於鉛酸電池的循環壽命遠遠小於梯次鋰電池，鉛酸電池用於該工況通常一年左右就要更換電池，使用成本較高。而梯次鋰電用於該工況可使用3-5年，經濟性將優於鉛酸電池30％以上。隨著梯次鋰電的存量越來越大，鋰代鉛無論從經濟和技術上都成為可能。
新能源工況是指在不用或少用市電的情況下充分利用綠色能源(太陽能、風能)實現基站通信負荷的供電的基站。在新能源工況下通信基站的多組電池充放電的控制策略能科學的對通信基站內多組電池進行充放電控制，充分利用梯次鋰電池的剩餘能量，延長電池使用壽命，保證基站安全可靠運行。
技術實現要素：
本實用新型所解決的技術問題在於提供一種新能源和多組電池配合使用以保障通信基站帶負載不間斷供電，並解決了多組電池在通信基站中並聯使用的環流及安全可靠等問題。
本實用新型採用的技術方案是：一種基於新能源和多組電池管理的通信基站動力後備系統，其特徵在於：包括負載、風力發電機、太陽能光伏板、多個控制單元、多個合路單元及多個電池組，風力發電機和太陽能光伏板經過開關電源為多個電池組提供電源；其中每個所述控制單元配合一個合路單元和一個電池組使用；每個所述合路單元由兩隻逆止二極體、兩隻控制充電狀態的開關、電流採樣元件組成；或每個所述合路單元由兩隻逆止二極體、三隻控制充電狀態的開關、限流電阻、電流採樣元件組成，其中的一隻控制充電狀態的開關和限流電阻作為限流迴路。
進一步的，市電電源經過開關電源為多個電池組提供電源。
進一步的，所述控制充電狀態的開關為直流接觸器、固態繼電器、無觸點開關中的一種或幾種。
進一步的，所述電流採樣元件為分流器或者霍爾傳感器。
進一步的，所述控制單元具體為電池管理系統BMS。
進一步的，所述的多個電池組具體為三個梯次電池組。
進一步的，風力發電機通過風能控制器為多個電池組提供電源、太陽能光伏板通過太陽能控制器為多個電池組提供電源、市電電源通過主控單元對多個合路單元的控制以實現對多組電池的充放電。
本實用新型的優點：
1.在新能源工況下通信基站的多組電池充放電的控制解決了多組電池在通信基站應用中的環流及安全可靠問題，能夠科學地按照電池充放電特性運行，有效延長電池使用壽命，適應不同類型、不同容量電池之間的並聯。
2.使車用動力電池退役後剩餘能量能夠得到充分的利用，減少了碳排放和環境汙染，響應了國家在綠色經濟、循環經濟、低碳經濟等的剛性需求，同時也有很好的經濟效益和社會效益。
3.備用電源切換可靠。通過互鎖連接方式，使新能源與電池組互補為負載供電，並在新能源和電池組不適合供電時由市電代為供電，梯次供電，保證了供電的可靠性。
附圖說明
圖1為本實用新型帶限流迴路一種方式的結構示意圖；
圖2為本實用新型帶限流迴路另一種方式的結構示意圖；
圖3為本實用新型不帶限流迴路一種方式的結構示意圖；
圖4為本實用新型不帶限流迴路另一種方式的結構示意圖；
圖5為本實用新型新能源工況動力後備系統示意圖；
圖1-5中附圖標記：Z:負載；G1：電池組、G2：電池組、Gn：電池組；R1:限流電阻、R2：限流電阻、Rn：限流電阻；K11：充電開關、K12：放電開關、K13:限流開關、K21：充電開關、K22：放電開關、K23：限流開關、Kn1：充電開關、Kn2：放電開關；Kn3：限流開關；FL1:電流採樣元件、FL2：電流採樣元件、FLn：電流採樣元件；BMS1：電池管理系統1、BMSn：電池管理系統n；其中n為整數，且n≥1。
具體實施方式
圖1為本實用新型帶限流迴路一種方式的結構示意圖。以圖1中第一個合路單元為例說明：
限流充電
限流開關K13、放電開關K12閉合，開關電源B+、B-向含FL1、R1、K13器件在內的電池組G1支路充電，同時帶負載Z。
正常充電
充電開關K11、放電開關K12閉合，開關電源B+、B-向含FL1、二極體、K11器件在內的電池組G1支路充電，同時帶負載Z。
失電保護
當開關電源B+、B-失電時，此時放電開關K12閉合，電池組G1向負載Z供電，即電池組G1、負載Z、放電開關K12、另一個二極體、電流採樣元件FL1形成閉合迴路，完成在開關電源B+、B-失電情況下，對負載Z的供電保護。
通過對第一個合路單元、第二個合路單元、直至第N個合路單元控制能夠實現對第一組電池組、第二組電池組、直至第N組電池組進行依次充電或同時充電，並能夠實現同時放電。
圖2為本實用新型帶限流迴路另一種方式的結構示意圖。其與圖1中主要區別在於限流電路(限流開關K13、電阻R1)接到開關電源B+一側，其餘限流充電、正常充電、失電保護的實現，以及實現的功能(實現的功能是指：通過對第一個合路單元、第二個合路單元、直至第N個合路單元控制能夠實現對第一組電池組、第二組電池組、直至第N組電池組進行依次充電或同時充電，並能夠實現同時放電)與圖1中相應實現一致。
圖3為本實用新型不帶限流迴路一種方式的結構示意圖。以圖3中第一個合路單元為例說明：
正常充電
充電開關K11、放電開關K12閉合，開關電源B+、B-向含FL1、二極體、K11器件在內的電池組G1支路充電，同時帶負載Z。
失電保護
當開關電源B+、B-失電時，此時放電開關K12閉合，電池組G1向負載Z供電，即電池組G1、負載Z、放電開關K12、另一個二極體、電流採樣元件FL1形成閉合迴路，完成在開關電源B+、B-失電情況下，對負載Z的供電保護。
通過對第一個合路單元、第二個合路單元、直至第N個合路單元控制能夠實現對第一組電池組、第二組電池組、直至第N組電池組進行依次充電或同時充電，並能夠實現同時放電。
圖4為本實用新型不帶限流迴路另一種方式的結構示意圖。其與圖3中主要區別在於電池組支路(電池組G1、電流採樣元件FL1)接到開關電源B-一側，其餘正常充電、失電保護的實現，以及實現的功能(實現的功能是指：通過對第一個合路單元、第二個合路單元、直至第N個合路單元控制能夠實現對第一組電池組、第二組電池組、直至第N組電池組進行依次充電或同時充電，並能夠實現同時放電)與圖3中相應實現一致。
圖5為本實用新型新能源工況動力後備系統示意圖；風力發電機通過風能控制器為多個電池組提供電源、太陽能光伏板通過太陽能控制器為多個電池組提供電源、市電電源通過主控單元對多個合路單元的控制以實現對多組電池的充放電。實施例1
當帶有限流迴路(如圖1、圖2)三組梯次電池G1、G2、G3，無市電時：
1、負載供電：在風、光能源充足的狀態下始終由開關電源帶負荷運行；其它情況由蓄電池放電給負荷提供電源。
2、電池組充電過程：
1)在風、光能源消失一段時間後恢復供電，同時合K13、K12、K23、K22、K33、K32、開關給電池組G1、G2、G3同時充電，分別檢測每組充電電流，電池組G1電流低於設定值斷開K13開關，同時合K11開關電池組G1進入正常充電狀態；電池組G2電流低於設定值斷開K23開關，同時合K21開關電池組G2進入正常充電狀態；電池組G3電流低於設定值斷開K33開關，同時合K31開關電池組G3進入正常充電狀態；
2)充滿後可選擇三組梯次鋰電同時進入備電擱置：斷開K11、K21、K31開關電池組G1、G2、G3進入備電擱置狀態；也可以選擇部分電池組繼續浮充，部分電池組備電擱置，只需把選擇備電擱置的電池組相應的充電開關斷開即可。
3、電池組放電過程：
1)在風、光能源消失後，電池組需無間斷地為負載提供電源。因為K12、K22、K32始終處於合位，可以同時為負載無間斷地提供電源，當放電電壓低於二次下電電壓時，同時斷開K12、K22、K32開關，避免電池過放造成對電池壽命的損害。
2)在風、光能源恢復後重複以上過程。
實施例2
當帶有限流迴路(如圖1、圖2)三組梯次電池G1、G2、G3，有市電時：
1、負載供電：在風、光能源充足的狀態下始終由開關電源帶負荷運行；其它情況由蓄電池放電給負荷提供電源；電池放電到二次下電電壓風、光能源仍沒有恢復，此時投入市電，開關電源帶載。
2、電池組充電過程：
1)在風、光能源消失一段時間後恢復供電，同時合K13、K12、K23、K22、K33、K32、開關給電池組G1、G2、G3同時充電，分別檢測每組充電電流，電池組G1電流低於設定值斷開K13開關，同時合K11開關電池組G1進入正常充電狀態；電池組G2電流低於設定值斷開K23開關，同時合K21開關電池組G2進入正常充電狀態；電池組G3電流低於設定值斷開K33開關，同時合K31開關電池組G3進入正常充電狀態；
2)充滿後可選擇三組梯次鋰電同時進入備電擱置：斷開K11、K21、K31開關電池組G1、G2、G3進入備電擱置狀態；也可以選擇部分電池組繼續浮充，部分電池組備電擱置，只需把選擇備電擱置的電池組相應的充電開關斷開即可。
3、電池組放電過程：
1)在風、光能源消失後，電池組需無間斷地為負載提供電源。因為K12、K22、K32始終處於合位，可以同時為負載無間斷地提供電源，當放電電壓低於二次下電電壓時，同時斷開K12、K22、K32開關，避免電池過放造成對電池壽命的損害。
2)電池組電壓低於二次下電電壓時，如果風、光能源仍沒有恢復，此時投入市電，由市電帶載，保證負荷的不間斷供電。
3)在風、光能源恢復後，斷開市電，重複以上過程。
以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種可知的更改和變化。凡在本實用新型的原則和精神之內，所作出的任何等同替換、修改、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。