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CN115579988B - 基站电池智能管理系统及方法 - Google Patents

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CN115579988B CN202211323624.8A CN202211323624A CN115579988B CN 115579988 B CN115579988 B CN 115579988B CN 202211323624 A CN202211323624 A CN 202211323624A CN 115579988 B CN115579988 B CN 115579988B
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Abstract

本发明属于基站电池组管理技术领域，具体公开了一种基站电池智能管理系统及方法，该系统包括充放电管理线路独立、充放电管理效果协调的原电池组管理单元和新电池组管理单元；原电池组管理单元包括监控单元和至少一组原电池组，原电池组直接与直流母线连接，监控单元通过原已配置的整流模块与电池电流传感器控制原电池组的充、放电；新电池组管理单元包括至少一组新电池组，供电状态采集模块、双向DC/DC模块和负载电流传感器，新电池组通过双向DC/DC模块与直流母线连接，双向DC/DC模块控制新电池组的充、放电。采用本技术方案，对基站电池进行充放电管理，满足扩容需求，保证基站供电。

Description

基站电池智能管理系统及方法
技术领域
本发明属于基站电池组管理技术领域，涉及一种基站电池智能管理系统及方法。
背景技术
随着通信行业的快速发展，由3G到4G，再到即将到来的5G时代，21世纪初是个通信井喷式爆发年代，而通信基站是通信的基石，通讯基站的重要性比以往任何时候都更加影响民生，为了保证广大人民的切身利益，保证基站电源的可靠运行至关重要。基站即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线网络覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。
电池作为通信基站的电源，在基站中起着尤其重要的作用。通信基站的电池组的设计使用寿命一般为8－10年，甚至更长。但是，实际的使用过程中我们发现电池的使用寿命远远达不到设计时的要求，部分电池甚至在使用1－2年后就无法通过容量监测。电池容量达不到要求的直接后果就是在正常供电中断时无法完成对基站的供电，使基站通信无法正常进行。但是，在已投运的基站中，进行增加新的电源系统或进行系统改造的成本较高，因此提出了通过扩充电源系统的容量来提高基站供电可靠性的想法，有些人就采用在原有电池组并联另一组电池的的方案进行扩容，但是，这种方式对电池的品牌、种类、容量均有较高要求和标准，且不能将已使用过的旧电池与新电池一起进行扩容，造成了退役电池资源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基站电池智能管理系统及方法，对基站电池进行充放电管理，满足扩容需求，保证基站供电。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种基站电池智能管理系统，包括充放电管理线路独立、充放电管理效果协调的原电池组管理单元和新电池组管理单元；
所述原电池组管理单元包括监控单元和至少一组原电池组，所述原电池组直接与直流母线连接，监控单元的控制信号输出端与原配置的开关电源的整流模块连接，监控单元的输入端与原电池组配置的电池电流传感器输出端连接，监控单元通过电池电流传感器与整流模块控制原电池组的充、放电；
所述新电池组管理单元包括至少一组新电池组，供电状态采集模块、双向DC/DC模块和负载电流传感器，所述新电池组通过双向DC/DC模块与直流母线连接，所述供电状态采集模块采集市电供电状态，负载电流传感器采集负载侧直流母线的电流信息，供电状态采集模块和负载电流传感器的输出端分别与双向DC/DC模块的对应输入端连接，双向DC/DC模块控制新电池组的充、放电。
本基础方案的工作原理和有益效果在于：采用对原电池组直接接入直流母线、新电池组配置双向DC/DC合路模块接入直流母线的方案，普遍适用于各类基站电池组的组合场景。原电池可继续全部保留最大限度利旧，新增电池可接入1组或多组，可满足不同负载电流基站的整治需求。既满足了存量基站新建5G扩容电池的需求，又满足了因维护需要进行电池整治替换并充分对原电池利旧的需要，适合于建维一体的规划与设计思路。且本方案成本较低，既兼顾了新老电池组之间不同的性能，又兼顾了电池合路管理的成本。原电池组管理单元和新电池组管理单元的充放电管理线路独立、充放电管理效果协调，降低了扩容的复杂性，实施更简单，同时提高了扩容的管理准确性。
进一步，所述原电池组和新电池组可采用新铅酸、旧铅酸、梯级铁锂、普通铁锂、换电柜退役铁锂中的任意两者组合。
原电池组和新电池组可选用适宜的组合，满足使用需求。
进一步，还包括动环监控单元，所述双向DC/DC模块和监控单元通过智能数据接口，将采集的信息传输至动环监控单元。
动环监控单元获取信息，利于监测系统运行状态。
本发明还提供一种用于本发明所述的基站电池智能管理系统的基站电池智能管理方法，包括如下步骤：
实时采集开关电源前端交流的供电状态信息；
当交流停电时，双向DC/DC模块控制原电池组和新电池组采用共同放电模式或顺序放电模式；
当交流有电时，双向DC/DC模块根据直流母线电压变化趋势，控制新电池组是否充、放电。
外市电停电时，不会导致原电池组与新电池组之间的环流，并能确保每组电池完全放电，最大限度保障基站备电时长，合理使用电池组。
进一步，根据直流母线电压变化趋势，控制新电池组是否充、放电的方法如下：
当直流母线电压逐渐上升后至稳定状态，则对新电池组充电；
当直流母线电压逐渐下降，则让新电池组静止，直至母线电压低于低压门限阈值后，由新电池组按该低压阈值恒压补充放电。
根据直流母线的电压变化，能对原有电池组、新增电池组电池分别设置不同的充电限流，兼顾原电池组与新电池组的充电管理需求。
进一步，原电池组和新电池组采用顺序充电的模式为：
当交流自停电状态转变为来电状态，直流母线优先为原电池组充电；
当直流母线的电压大于设定电压阈值时，直流母线再向新电池组充电。
进一步，原电池组和新电池组采用共同充电的模式为：
当交流自停电状态转变为来电状态，利用监控单元控制原电池组充电，通过原有整流模块与电池电流传感器实现原电池组的充电限压、限流直至充满容量；
利用双向DC/DC模块给新电池组充电，并实现新电池组的充电限压、限流直至充满容量。
这样保证正常充电及充电安全，利于使用。
进一步，原电池组和新电池组采用共同放电模式为：
双向DC/DC模块实时获取负载电流信息，并判断负载电流信息与原电池组最大放电电流、新电池组自身最大放电电流的大小关系；
在负载电流小于新电池组自身最大放电电流时，让原电池组先放电至低压保护，再由新电池组完全负载放电；
在负载电流大于新电池组自身最大放电电流、且小于原电池组最大放电电流时，让新电池组先放电至低压保护，再由原电池组完全负载放电；
在负载电流均大于新电池组、原电池组各自的最大放电电流时，按照新电池组、原电池组的实际放电容量百分比来分配负载电流，实现新电池组、原电池组同时至低压放电保护；
当不能获取负载电流采集信息时，则控制新电池组输出最大电流值优先带载，新电池组先行放电保护后，再由原电池组完全带载放电。
这样保证在各种情况下，都能顺利供电。
进一步，原电池组和新电池组采用顺序放电模式为：
双向DC/DC模块实时获取负载电流信息，并判断负载电流信息与原电池组最大放电电流、新电池组自身最大放电电流的大小关系；
在负载电流小于新电池组、原电池组各自最大放电电流，且市电状态为停电时，新电池通过双向DC/DC模块转换为恒压放电状态，放电电压为基站交流停电前的直流母线电压值，放电电流为后端实际负载电流值，直至新电池组至低压保护；
双向DC/DC模块后端的新电池组放电保护后，原电池组继续对直流负载放电，直至低压保护。
新电源组与原电池组之间既能顺序充电又能共同充电，既能顺序放电又能共同放电，可对每个基站采用灵活不同的充放电管理策略。
附图说明
图1是本发明基站电池智能管理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明公开了一种基站电池智能管理系统，如图1所示，包括充放电管理线路独立、充放电管理效果协调的原电池组管理单元和新电池组管理单元。
原电池组管理单元包括监控单元(CSU，Channel Service Unit,也称通道服务单元)和至少一组原电池组，监控单元的控制信号输出端与原配置的开关电源的整流模块电性连接，监控单元的输入端与原电池组配置的电池电流传感器输出端电性连接，监控单元通过电池电流传感器与整流模块控制原电池组的充、放电。
新电池组管理单元包括至少一组新电池组，供电状态采集模块，双向DC/DC模块和负载电流传感器，新电池组通过双向DC/DC模块与直流母线电性连接。双向DC/DC模块内设置有新电池组充放电管理参数，供电状态采集模块采集市电供电状态，负载电流传感器采集直流母线的电流信息。供电状态采集模块和负载电流传感器的输出端分别与双向DC/DC模块的对应输入端电性连接，双向DC/DC模块控制新电池组的充、放电。双向DC/DC模块上可设置新电池组充放电管理参数，如表1：
表1双向DC/DC模块内设置的新电池组充放电管理参数
优选，原电池组和新电池组可采用新铅酸、旧铅酸、梯级铁锂、普通铁锂、换电柜退役铁锂中的任意两者组合，如铅酸-铁锂电池组合；或旧铅酸-新铅酸电池组合；或梯次铁锂-新铁锂电池组合；或者旧铁锂-新铁锂电池组合。这样可确保基站原电池组或新电池组在厂家、容量、批次等分别一致。
本发明的一种优选方案中，基站电池智能管理系统还包括动环监控单元(FSU)，所述双向DC/DC模块和监控单元通过智能数据接口(如RS485接口、RS232接口、RS422接口等)，将采集的信息传输至动环监控单元。双向DC/DC模块的单片机内执行本方案的管理方法，原电池连接在母线上，可自动调剂。
本发明还提供一种用于本发明所述的基站电池智能管理系统的基站电池智能管理方法，包括如下步骤：
实时采集开关电源前端交流的供电状态信息；
当交流停电时，双向DC/DC模块控制原电池组和新电池组采用共同放电模式或顺序放电模式；
当交流有电时，双向DC/DC模块根据直流母线电压变化趋势，控制新电池组是否充、放电。
外市电停电时，不会导致原电池组与新电池组之间的环流，并能确保每组电池完全放电，最大限度保障基站备电时长，合理使用电池组。
本发明的一种优选方案中，原电池组和新电池组采用顺序充电的模式为：
当交流自停电状态转变为来电状态，直流母线优先为原电池组充电；
当直流母线的电压大于设定电压阈值时，直流母线再向新电池组充电。
另一种优选方案中，原电池组和新电池组采用共同充电的模式为：
当交流自停电状态转变为来电状态，利用监控单元控制原电池组充电，通过原有整流模块与电池电流传感器实现原电池组的充电限压、限流直至充满容量；
利用双向DC/DC模块给新电池组充电，并实现新电池组的充电限压、限流直至充满容量。
本发明的一种优选方案中，原电池组和新电池组采用共同放电模式为：
双向DC/DC模块实时获取负载电流信息，并判断负载电流信息与原电池组最大放电电流、新电池组自身最大放电电流的大小关系；一旦市电状态采集器判断交流停电，新电池组依靠双向DC/DC模块立即转换为放电状态，剩余电流由原电池组补充提供。
在负载电流小于新电池组自身最大放电电流时，让原电池组先放电至低压保护，再由新电池组完全负载放电；
在负载电流大于新电池组自身最大放电电流、且小于原电池组最大放电电流时，让新电池组先放电至低压保护，再由原电池组完全负载放电；
在负载电流均大于新电池组、原电池组各自的最大放电电流时，按照新电池组、原电池组的实际放电容量百分比来分配负载电流，实现新电池组、原电池组同时至低压放电保护，具体实际放电容量百分比可根据实际情况确定，例如采用表1所示实施例中最大放电电流分别按标称容量乘以一个比例系数，根据最大放电电流的百分比来分配负载电流，或根据双向DC/DC模块内单片机最近一次基站新电池与老电池分别深度放电至低压保护的实际放电容量计算值的比例来分配负载电流，实现新电池组、原电池组同时至低压放电保护。
当不能获取负载电流采集信息时，则控制新电池组输出最大电流值优先带载，新电池组先行放电保护后，再由原电池组完全带载放电。
本发明的另一种优选方案中，原电池组和新电池组采用顺序放电模式为：
双向DC/DC模块实时获取负载电流信息，并判断负载电流信息与原电池组最大放电电流、新电池组自身最大放电电流的大小关系；
在负载电流小于新电池组、原电池组各自最大放电电流，且市电状态为停电时，新电池通过双向DC/DC模块转换为恒压放电状态，放电电压为基站交流停电前的直流母线电压值，放电电流为后端实际负载电流值，直至新电池组至低压保护；
双向DC/DC模块后端的新电池组放电保护后，原电池组继续对直流负载放电，直至低压保护。
本方案在外市电停电时，不会导致原电池组与新电池组之间的环流(电池组之间互相无保护充放电)，并能确保每组电池完全放电，最大限度保障基站备电时长，合理使用电池组。
本发明的一种优选方案中，原电池和新电池可设置单充模式，市电来电后先给原电池充电，到直流母线电压高于某设定值后再启动给新电池充电。根据直流母线电压变化趋势，控制新电池组是否充、放电的方法如下：
当直流母线电压逐渐上升后至稳定状态，则对新电池组充电；
当直流母线电压逐渐下降，则让新电池组静止，直至母线电压低于低压门限阈值后，由新电池组按该低压阈值恒压补充放电。
本技术方案把基站原有电池组和新增电池组区分为两个单元，普遍适用于各类基站电池组的组合场景：包括铅酸-铁锂、旧铅酸-新铅酸、梯级铁锂-新铁锂、A铁锂-B铁锂等各种组合，只需确保基站原电池组或新电池组在厂家、容量、批次等分别一致即可，总体成本较低。原电池可继续全部保留最大限度利旧，新增电池可接入1组或多组，新增电池组的最大放电电流可分为100A与150A两种，可满足不同负载电流基站的整治需求。根据基站实际负载电流大小，按照双向DC/DC模块充电电流50A/30A、放电电流150A/100A估算，机框高度约2U，可接入3组/2组新电池。能对基站铅酸电池组与铁锂电池组设置不同的充电电压，能对原有电池组、新增电池组电池分别设置不同的充电限流，兼顾原电池组与新电池组的充电管理需求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基站电池智能管理系统的基站电池智能管理方法，其特征在于，基站电池智能管理系统包括充放电管理线路独立、充放电管理效果协调的原电池组管理单元和新电池组管理单元；
所述原电池组管理单元包括监控单元和至少一组原电池组，所述原电池组直接与直流母线连接，监控单元的控制信号输出端与原配置的开关电源的整流模块连接，监控单元的输入端与原电池组配置的电池电流传感器输出端连接，监控单元通过电池电流传感器与整流模块控制原电池组的充、放电；
所述新电池组管理单元包括至少一组新电池组，供电状态采集模块、双向DC/DC模块和负载电流传感器，所述新电池组通过双向DC/DC模块与直流母线连接，所述供电状态采集模块采集市电供电状态，负载电流传感器采集负载侧直流母线的电流信息，供电状态采集模块和负载电流传感器的输出端分别与双向DC/DC模块的对应输入端连接，双向DC/DC模块控制新电池组的充、放电；
基站电池智能管理方法包括如下步骤：
实时采集开关电源前端交流的供电状态信息；
当交流停电时，双向DC/DC模块控制原电池组和新电池组采用共同放电模式或顺序放电模式；
当交流有电时，双向DC/DC模块根据直流母线电压变化趋势，控制新电池组是否充、放电；
原电池组和新电池组采用共同放电模式为：
双向DC/DC模块实时获取负载电流信息，并判断负载电流信息与原电池组最大放电电流、新电池组自身最大放电电流的大小关系；
在负载电流小于新电池组自身最大放电电流时，让原电池组先放电至低压保护，再由新电池组完全负载放电；
在负载电流大于新电池组自身最大放电电流、且小于原电池组最大放电电流时，让新电池组先放电至低压保护，再由原电池组完全负载放电；
在负载电流均大于新电池组、原电池组各自的最大放电电流时，按照新电池组、原电池组的实际放电容量百分比来分配负载电流，实现新电池组、原电池组同时至低压放电保护；
当不能获取负载电流采集信息时，则控制新电池组输出最大电流值优先带载，新电池组先行放电保护后，再由原电池组完全带载放电。
2.如权利要求1所述的基站电池智能管理系统的基站电池智能管理方法，其特征在于，所述原电池组和新电池组可采用新铅酸、旧铅酸、梯级铁锂、普通铁锂、换电柜退役铁锂中的任意两者组合。
3.如权利要求1所述的基站电池智能管理系统的基站电池智能管理方法，其特征在于，还包括动环监控单元，所述双向DC/DC模块和监控单元通过智能数据接口，将采集的信息传输至动环监控单元。
4.如权利要求1所述的基站电池智能管理系统的基站电池智能管理方法，其特征在于，当交流有电时，根据直流母线电压变化趋势，控制新电池组是否充、放电的方法如下：
当直流母线电压逐渐上升后至稳定状态，则对新电池组充电；
当直流母线电压逐渐下降，则让新电池组静止，直至母线电压低于低压门限阈值后，由新电池组按该低压门限阈值恒压补充放电。
5.如权利要求4所述的基站电池智能管理系统的基站电池智能管理方法，其特征在于，原电池组和新电池组采用顺序充电的模式为：
当交流自停电状态转变为来电状态，直流母线优先为原电池组充电；
当直流母线的电压大于设定电压阈值时，直流母线再向新电池组充电。
6.如权利要求4所述的基站电池智能管理系统的基站电池智能管理方法，其特征在于，原电池组和新电池组采用共同充电的模式为：
当交流自停电状态转变为来电状态，利用监控单元控制原电池组充电，通过原有整流模块与电池电流传感器实现原电池组的充电限压、限流直至充满容量；
利用双向DC/DC模块给新电池组充电，并实现新电池组的充电限压、限流直至充满容量。
7.如权利要求1所述的基站电池智能管理系统的基站电池智能管理方法，其特征在于，原电池组和新电池组采用顺序放电模式为：
双向DC/DC模块实时获取负载电流信息，并判断负载电流信息与原电池组最大放电电流、新电池组自身最大放电电流的大小关系；
在负载电流小于新电池组、原电池组各自最大放电电流，且市电状态为停电时，新电池通过双向DC/DC模块转换为恒压放电状态，放电电压为基站交流停电前的直流母线电压值，放电电流为后端实际负载电流值，直至新电池组至低压保护；
双向DC/DC模块后端的新电池组放电保护后，原电池组继续对直流负载放电，直至低压保护。
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