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通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统的制作方法

文档序号:10859614
通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,连接到外部的市电输入模块和通信负载,其特征在于,包括:智能控制模块、整流模块组、磷酸铁锂蓄电池组、电流控制模块和开关模块,智能控制模块连接市电输入模块,接收市电供电;智能控制模块还连接到整流模块组,整流模块组连接到通信负载,用于将接收到的市电供电经整流模块组的处理后向通信负载供电;智能控制模块还连接到蓄电池组,用于向蓄电池组充电;蓄电池组分别经由电流控制模块和开关模块连接到通信负载。
【专利说明】
通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统
技术领域
[0001]本申请涉及电源技术领域,具体地说,涉及一种通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统。
【背景技术】
[0002]自磷酸铁锂蓄电池引进通信行业以来,由于比传统铅酸蓄电池体积小、重量轻、寿命长、节能环保等技术优势,始终受到人们的高度关注并开始了广泛的应用。但是,磷酸铁锂蓄电池组内每个单体电池的电压不平衡,一直是困扰维护人员的一个棘手的安全问题。对此,各个制造商在蓄电池组出厂时都安装了蓄电池管理系统(简称BMS),使得蓄电池在运行中保持每个单体电池的电压不平衡控制在偏差很小的范围。BMS的使用,从表面上看,蓄电池组内每个单体电池平衡了,但是运行实践证明,BMS系统也带来许多不利因素,主要问题是:
[0003]1)BMS系统使蓄电池组容量下降、寿命缩短。BMS系统工作原理是在蓄电池组内每个单体电池的两端安装一个平衡器(如MOS管),当某个单体电池电压较高时,给MOS管一个控制信号,MOS管给该电池取走一定的电能,经过相应的处理,将该能量传递到某个单体电池电压较低的蓄电池两端充电,从而达到整组电池端电压平衡。根据大量实验证明,磷酸铁锂蓄电池组在充足电后,持续浮充就会出现磷酸铁锂蓄电池组每个单体蓄电池电压不平衡的现象,且是随机的,并不存在单体电压高低与单体容量有相关性,这种容量迀移的方法是一个“伪命题”。
[0004]2)从长期运行实践来看,蓄电池组内容量落后的电池,往往充电时先达到充足状态,持续浮充通常落后电池电压首先升高,此时如平衡器将本来容量落后的电池再取走一定的容量,使得该电池容量更小,长期运行,形成恶性循环,因蓄电池组是串联使用的,任何一只电池容量减少,就标志着该组蓄电池容量减少,该组蓄电池提前结束寿命。
[0005]3)由于平衡器的使用,BMS系统本身也消耗能量,不符合节能减排的设计思路。
[0006]4)BMS系统不仅增加了投资成本,还增加了运行维护工作量,即增加了运营成本。
【实用新型内容】
[0007]有鉴于此,本申请所要解决的技术问题是提供了一种通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,能够实现磷酸铁锂蓄电池组单体电压平衡,自放电小、容量保障、安全系数高。
[0008]为了解决上述技术问题,本申请有如下技术方案:
[0009]本实用新型提供一种通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,连接到外部的市电输入模块和通信负载,其特征在于,
[0010]包括:智能控制模块、整流模块组、磷酸铁锂蓄电池组、电流控制模块和开关模块,
[0011]所述智能控制模块连接所述市电输入模块,接收市电供电;
[0012]所述智能控制模块还连接到所述整流模块组,所述整流模块组连接到通信负载,用于将接收到的市电供电经整流模块组的处理后向所述通信负载供电;
[0013]所述智能控制模块还连接到所述蓄电池组,用于向所述蓄电池组充电;
[0014]所述蓄电池组分别经由所述电流控制模块和所述开关模块连接到所述通信负载。
[0015]优选地,其中:
[0016]所述电流控制模块由二极管构成,所述二极管的正极连接到所述蓄电池组,所述二极管的负极连接到所述通信负载。
[0017]优选地,其中:
[0018]所述开关模块为继电器。
[0019]优选地,其中:
[0020]所述智能控制模块连接到所述蓄电池组,用于检测蓄电池组的充电情况。
[0021]优选地,其中:
[0022]所述智能控制模块连接到所述蓄电池组,检测到所述蓄电池组需补充电量时,自动将所述继电器闭合,对所述蓄电池组进行浮充充电;当蓄电池组电量充满时,所述智能控制模块对所述蓄电池组进行持续浮充充电。
[0023]优选地,其中:
[0024]所述智能控制模块连接到所述蓄电池组,向所述蓄电池组充电;所述蓄电池组经由所述继电器连接到所述通信负载,所述蓄电池组充电完成且所述蓄电池组的不平衡度达到预设阈值时,所述继电器断开,使得所述蓄电池组进入静置状态。
[0025]优选地,其中:
[0026]所述蓄电池组分别经由二极管和继电器连接到所述通信负载,所述蓄电池组处于静置状态且所述市电输入模块向所述智能控制模块供电异常时,所述蓄电池组通过所述二极管自动向所述通信负载供电并自动闭合所述继电器。
[0027]优选地,其中:
[0028]所述蓄电池组分别经由二极管和继电器连接到所述通信负载,所述市电输入模块向所述智能控制模块正常供电且所述蓄电池组处于浮充工作状态时,所述继电器闭合;若所述市电输入模块向所述智能控制模块供电异常时,所述蓄电池组通过所述闭合的继电器向所述通信负载供电。
[0029]与现有技术相比,本申请所述的通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,达到了如下效果:
[0030]第一、本申请通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,在蓄电池至系统母线之间串接半导体二极管,当蓄电池组需要充电或放电时,用继电器节点短路二极管;当智能控制模块检测到蓄电池单体电压不平衡度达到某个阈值时,断开继电器节点,通过二极管的隔离作用,蓄电池组处于静置状态,自动慢慢恢复平衡状态。这种采用模拟静置的方法解决单体电池电压不平衡的方法,取消磷酸铁锂蓄电池组的BMS,使供电系统结构简化,安全系统提高,节省投资和运营费用。
[0031]第二、本申请通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,通过高频开关电源系统工作状态的转换,让磷酸铁锂蓄电池组模拟静置达到单体电池端电压平衡的方法,控制简单、安全,既节省了投资,又减少了维护工作量,同时还节省了BMS系统不必要的能耗。
【附图说明】
[0032]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于说明本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0033]图1为本实用新型通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统的构成示意图;
[0034]图2为本实用新型通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统一种实施例的构成示意图。
【具体实施方式】
[0035]如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语,故应说明成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。此外,“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此,若文中描述一第一装置耦接于一第二装置,则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置,或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0036]实施例1
[0037]参见图1所示为本申请所述通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统100的构成示意图,该系统100连接到外部的市电输入模块60和通信负载70,包括:智能控制模块10、整流模块组20、磷酸铁锂蓄电池组30、电流控制模块40和开关模块50。所述智能控制模块10连接所述市电输入模块60,接收市电供电;所述智能控制模块10还连接到所述整流模块组20,所述整流模块组20连接到通信负载70,用于将接收到的市电供电经整流模块组20的处理后向所述通信负载70供电;所述智能控制模块10还连接到所述蓄电池组30,用于向所述蓄电池组30充电;所述蓄电池组30分别经由所述电流控制模块40和所述开关模块50连接到所述通信负载70。
[0038]实施例2
[0039]进一步地,参见图2,在实施例1的基础上,开关模块50优选为继电器51,电流控制模块40优选由二极管41构成,二极管41的正极连接到蓄电池组30,二极管41的负极连接到通信负载70。
[0040]本申请中的智能控制模块1连接到蓄电池组3O,用于检测蓄电池组3 O的充电情况。当检测到蓄电池组30需补充电量时,自动将继电器51闭合,对蓄电池组30进行浮充充电;当蓄电池组30电量充满时,智能控制模块10对蓄电池组30进行持续浮充充电。
[0041]当市电输入模块60正常向智能控制模块10供电,系统100处于浮充工作状态,继电器51节点闭合,高频开关电源系统一边给负载供电一边对蓄电池组30充电。当蓄电池组30充满电,进入持续浮充状态,此时,蓄电池组30的不平衡度开始增大,随着浮充时间的延长,不平衡度越来越大,一旦不平衡度达到某个阈值,继电器51的节点将断开,蓄电池组30进入静置状态。通常,蓄电池组30静置24小时后,蓄电池单体端电压就能够达到完全平衡状态。[0042 ]当蓄电池组30静置一段时间后(例如15天),智能控制模块1检测到蓄电池组30需要补充电量时,自动将继电器51节点闭合,高频开关电源系统自动调整系统的电压,对蓄电池组30进行浮充充电。当蓄电池组30充满电,又进入持续浮充状态,蓄电池组30的不平衡度开始增大,当不平衡度达到预设阈值时,继电器51节点断开,蓄电池组30进入自动恢复单体端电压平衡状态。
[0043]当蓄电池组30处于静置状态,市电出现异常时,蓄电池组30通过二极管41自动向通信负载70供电,为了减小二极管41的压降,自动将继电器51节点闭合;当市电恢复正常时,系统自动进入对蓄电池组30进行浮充充电的浮充状态。
[0044]当市电正常,蓄电池组30处于浮充工作状态,继电器51节点闭合,此时如果市电出现异常(例如突然掉电),蓄电池组30通过继电器51闭合节点,向通信负载70供电。
[0045]实施例3
[0046]以下提供一种将本申请中通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统应用于某无线通信基站通信电源系统中的应用实施例。
[0047]上述无线通信基站通信电源系统,由16只磷酸铁锂蓄电池串成的蓄电池组、高频开关电源系统、蓄电池组电压检测系统、智能控制器、交直流配电系统组成。
[0048]系统工作过程为:当市电正常,系统处于浮充工作状态,工作电压为56.3V,继电器节点闭合,高频开关电源系统一边给负载供电一边对蓄电池组充电;电池电压检测模块实时检测每只单体电池端电压,并将数据整理分析后送智能监控模块;当不平衡度达到300mv(单体最高电压与单体最低电压差值,此值也可由用户自己设定),继电器节点断开,蓄电池组进入静置状态,同时,系统将浮充电压自动调整到53.5V运行。市电异常时,蓄电池组通过二极管自动向通信负载供电,为了减少二极管的压降,自动将继电器节点闭合;当市电恢复正常时,高频开关电源自动将输出电压升至56.3V,系统进入浮充限流工作状态。当蓄电池组充满后,持续浮充,蓄电池组不平衡度开始增大,当不平衡度达到300mv时,继电器节点断开,蓄电池组进入自动恢复单体端电压平衡状态,智能控制模块自动将输出电压降低到53.5V运行。
[0049]实施例4
[0050]以下提供另一种将本申请中通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统应用于某网络通信室外机柜通信电源系统中的应用实施例。
[0051]上述某网络通信室外机柜通信电源系统,由15只磷酸铁锂串成的蓄电池组、高频开关电源系统、蓄电池组电压检测系统、智能控制器、交直流配电系统组成。
[0052]系统工作过程:当市电正常,系统处于浮充工作状态,工作电压为53V,继电器节点闭合,高频开关电源系统一边给负载供电一边对蓄电池组充电;电池电压检测模块实时检测每只单体电池端电压,并将数据整理分析后送智能监控模块;当不平衡度达到300mv(单体最高电压与单体最低电压差值),继电器节点断开,蓄电池组进入静置状态,同时,系统将浮充电压自动调整到52.5V运行。市电异常时,蓄电池组通过二极管自动向通信负载供电,为了减少二极管的压降,自动将继电器节点闭合;当市电恢复正常时,高频开关电源自动将输出电压上升,保持0.2C电流充电,直至充电电压达到53V,系统进入浮充限流工作状态。当蓄电池组充满后,持续浮充,蓄电池组不平衡度开始增大,当不平衡度达到300mv时,继电器节点断开,蓄电池组进入自动恢复单体端电压平衡状态,智能控制模块自动将输出电压降低到52V运行。
[0053]通过以上各实施例可知,本申请存在的有益效果是:
[0054]第一、本申请通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,在蓄电池至系统母线之间串接半导体二极管,当蓄电池组需要充电或放电时,用继电器节点短路二极管;当智能控制模块检测到蓄电池单体电压不平衡度达到某个阈值时,断开继电器节点,通过二极管的隔离作用,蓄电池组处于静置状态,自动慢慢恢复平衡状态。这种采用模拟静置的方法解决单体电池电压不平衡的方法,取消磷酸铁锂蓄电池组的BMS,使供电系统结构简化,安全系统提高,节省投资和运营费用。
[0055]第二、本申请通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,通过高频开关电源系统工作状态的转换,让磷酸铁锂蓄电池组模拟静置达到单体电池端电压平衡的方法,控制简单、安全,既节省了投资,又减少了维护工作量,同时还节省了BMS系统不必要的能耗。
[0056]本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全App实施例、或结合App和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0057]上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述发明构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或常识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围,则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,连接到外部的市电输入模块和通信负载,其特征在于, 包括:智能控制模块、整流模块组、磷酸铁锂蓄电池组、电流控制模块和开关模块, 所述智能控制模块连接所述市电输入模块,接收市电供电; 所述智能控制模块还连接到所述整流模块组,所述整流模块组连接到通信负载,用于将接收到的市电供电经整流模块组的处理后向所述通信负载供电; 所述智能控制模块还连接到所述蓄电池组,用于向所述蓄电池组充电; 所述蓄电池组分别经由所述电流控制模块和所述开关模块连接到所述通信负载。2.根据权利要求1所述通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,其特征在于, 所述电流控制模块由二极管构成,所述二极管的正极连接到所述蓄电池组,所述二极管的负极连接到所述通信负载。3.根据权利要求1所述通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,其特征在于, 所述开关模块为继电器。4.根据权利要求1?3之任一所述通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,其特征在于, 所述智能控制模块连接到所述蓄电池组,用于检测蓄电池组的充电情况。5.根据权利要求4所述通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,其特征在于, 所述智能控制模块连接到所述蓄电池组,检测到所述蓄电池组需补充电量时,自动将所述继电器闭合,对所述蓄电池组进行浮充充电;当蓄电池组电量充满时,所述智能控制模块对所述蓄电池组进行持续浮充充电。6.根据权利要求3所述通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,其特征在于, 所述智能控制模块连接到所述蓄电池组,向所述蓄电池组充电;所述蓄电池组经由所述继电器连接到所述通信负载,所述蓄电池组充电完成且所述蓄电池组的不平衡度达到预设阈值时,所述继电器断开,使得所述蓄电池组进入静置状态。7.根据权利要求6所述通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,其特征在于, 所述蓄电池组分别经由二极管和继电器连接到所述通信负载,所述蓄电池组处于静置状态且所述市电输入模块向所述智能控制模块供电异常时,所述蓄电池组通过所述二极管自动向所述通信负载供电并自动闭合所述继电器。8.根据权利要求6所述通过高频开关电源控制磷酸铁锂蓄电池组的系统,其特征在于, 所述蓄电池组分别经由二极管和继电器连接到所述通信负载,所述市电输入模块向所述智能控制模块正常供电且所述蓄电池组处于浮充工作状态时,所述继电器闭合;若所述市电输入模块向所述智能控制模块供电异常时,所述蓄电池组通过所述闭合的继电器向所述通信负载供电。
【文档编号】H01M10/44GK205544405SQ201620100839
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月1日
【发明人】赵长煦, 赵长玉, 方晓琴
【申请人】东台银信钢结构工程有限企业
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