專利名稱：磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)和電池充放電管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種供電管理裝置，特別是涉及一種磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)和一種電池充放電管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著通信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，移動基站已遍布城鄉(xiāng)各區(qū)域，相應(yīng)的移動基站對供電需求也在逐年增加。然而，由于我國電力發(fā)展相對滯后，全國性缺電較為嚴(yán)重，很多地區(qū)出現(xiàn)了電量不足、用電緊張的局面，拉閘限電時有發(fā)生。目前移動基站應(yīng)對緊急停電時普遍采用的是利用閥控密封鉛酸蓄電池進(jìn)行供電。閥控式密封鉛酸蓄電池以其體積小、電壓穩(wěn)定、無污染、重量輕、放電性能高、維護(hù)量小等特點(diǎn)，成為通信電源裝置的首選電池。但在實際使用中，該鉛酸蓄電池存在很多如下缺點(diǎn)1).環(huán)境溫度過高對閥控密封鉛酸蓄電池使用壽命的影響很大，溫度升高時，蓄電池的極板腐蝕將加劇，同時將消耗更多的水，從而使電池壽命縮短。蓄電池在25°C的環(huán)境下可獲得較長的壽命，長期運(yùn)行溫度若升高10°C，使用壽命約降低一半。另外，環(huán)境溫度 25°C 0°C時，每降低1度，放電容量約損失1%，所以電池宜在15°C 20°C環(huán)境中工作。2).鉛酸電池過充電狀態(tài)下，正極因析氧反應(yīng)，水被消耗，H +增加，從而導(dǎo)致正極附近酸度增加，板柵腐蝕加速，使板柵變薄加速電池的腐蝕，使電池容量降低；同時因水損耗加劇，將使蓄電池有干涸的危險，從而影響蓄電池的壽命。3)鉛酸蓄電池過度放電主要發(fā)生在交流電源停電后，蓄電池長時間為負(fù)載供電。 當(dāng)蓄電池被過度放電到其電壓過低甚至為零時，會導(dǎo)致電池內(nèi)部有大量的硫酸鉛被吸附到蓄電池的陰極表面，在電池的陰極造成“硫酸鹽化”。因硫酸鉛是一種絕緣體，它的形成必將對蓄電池的充、放電性能產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，因此在陰極上形成的硫酸鹽越多，蓄電池的內(nèi)阻越大，電池的充、放電性能就越差，蓄電池的使用壽命就越短。4).直流裝置的開關(guān)電源提供的浮充電流對閥控式蓄電池而言有三個作用供日常性負(fù)載電流、補(bǔ)充蓄電池自放電的損失、維持蓄電池內(nèi)氧循環(huán)。若蓄電池在長期浮充電狀態(tài)下，只充電而不放電，勢必會造成蓄電池的陽極極板鈍化，使蓄電池內(nèi)阻增大，容量大幅下降，從而造成蓄電池使用壽命下降。另外，鉛酸電池浮充電壓的選擇應(yīng)該隨電池的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，不合適的浮充電壓可能造成過充，影響電池的使用壽命，或者使電池長期處于充電不足的狀態(tài)。5).鉛酸蓄電池價格較低，但由于使用壽命較短，理論上工作7 10年的電池，大都在2 3年內(nèi)損壞，有的甚至連1年的壽命也達(dá)不到，另外，在使用過程中需要人工進(jìn)行檢測及維護(hù)，因此使用鉛酸蓄電池的成本非常高。另一方面，現(xiàn)階段移動基站發(fā)電或基站電池的維護(hù)常采用小型交流發(fā)電機(jī)。由于發(fā)電機(jī)本身重量的限制，通常選用的是功率段為7-8KW，重量在160KG以下，即便如此，也需要四個人才能搬動與使用該發(fā)電機(jī)。此外，該發(fā)電機(jī)在基站發(fā)電中只能承載100A的整流器
3負(fù)荷，驅(qū)動2個50A模塊工作，提供約為80 - 90A, 一 48V的直流電流。一旦意外停電時，利用此體積大、重量重及不便攜帶的小型交流發(fā)電機(jī)來供電，不能滿足數(shù)量日益增長的基站繁重、持續(xù)的供電需求。
發(fā)明內(nèi)容為避免以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種磷酸鐵鋰電池的應(yīng)急供電系統(tǒng)以及磷酸鐵鋰電池充放電管理系統(tǒng)，以提供一種成本低、便于維護(hù)，使用壽命長的供電管理。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)，包括磷酸鐵鋰電池組模塊和電池充放電管理系統(tǒng)，用于對磷酸鐵鋰電池組模塊的充電和放電進(jìn)行管理，該電池充放電管理系統(tǒng)包括充放電監(jiān)控模塊、放電管理模塊和充電管理模塊，其中所述充放電監(jiān)控模塊與磷酸鐵鋰電池組模塊連接，用以監(jiān)測所述磷酸鐵鋰電池組模塊在充電和放電過程中的參數(shù)，以及該充放電監(jiān)控模塊與所述充電管理模塊和充電管理模塊連接， 并向所述充電管理模塊和充電管理模塊提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中所述放電管理模塊根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)對所述磷酸鐵鋰電池組模塊的放電過程進(jìn)行控制，以及所述充電管理模塊根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對所述磷酸鐵鋰電池組模塊的充電過程進(jìn)行控制。其中所述的充電管理模塊為12伏恒流恒壓充電管理模塊，所述的充電管理模塊通過充放電自動切換開關(guān)與所述磷酸鐵鋰電池組模塊相連接。所述的磷酸鐵鋰電池組模塊為50-250ahl2v磷酸鐵鋰電池組。所述的放電管理模塊與至少一個DC/AC逆變輸出控制模塊和/或至少一個DC/DC逆變輸出控制模塊相連接。根據(jù)本實用新型的另一個方面，提供了一種電池充放電管理系統(tǒng)，用于前面所述的磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)，用于對磷酸鐵鋰電池組模塊的充電和放電進(jìn)行管理，該充放電管理系統(tǒng)包括充放電監(jiān)控模塊、放電管理模塊和充電管理模塊，其中所述充放電監(jiān)控模塊與磷酸鐵鋰電池組模塊連接，用以監(jiān)測所述磷酸鐵鋰電池組模塊在充電和放電過程中的參數(shù)，以及該充放電監(jiān)控模塊與所述充電管理模塊和充電管理模塊連接， 并向所述充電管理模塊和充電管理模塊提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中所述放電管理模塊根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)對所述磷酸鐵鋰電池組模塊的放電過程進(jìn)行控制，以及所述充電管理模塊根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對所述磷酸鐵鋰電池組模塊的充電過程進(jìn)行控制。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型，克服了現(xiàn)有技術(shù)中鉛酸電池組作為應(yīng)急供電電源所存在的缺陷，實現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于A).本實用新型應(yīng)急供電系統(tǒng)的使用環(huán)境溫度為-20°C至70°C，冬季較為寒冷的季節(jié)，基站室內(nèi)溫度可低至-15°C，炎熱季節(jié)基站室內(nèi)可達(dá)到50°C，在此溫度范圍內(nèi)，磷酸鐵鋰電池均有很好的性能表現(xiàn)。環(huán)境溫度對磷酸鐵鋰電池的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對鉛酸電池的影響。B).本實用新型應(yīng)急供電系統(tǒng)配備電池充放電管理系統(tǒng)，可以監(jiān)控電池組內(nèi)各單體電池的電壓及電池組的總電壓，在充電和放電過程中，總電壓達(dá)到設(shè)定值或單體電壓達(dá)到設(shè)定值，管理系統(tǒng)能及時終止充放電，使電池組不會出現(xiàn)過充過放的情況。C).本實用新型應(yīng)急供電系統(tǒng)的自放電率很低，擱置30天容量保持率可在98%，因此電池組長期處于浮充狀態(tài)，開關(guān)電源提供的浮充電流幾乎全部用于日常性負(fù)載電流， 用于補(bǔ)充電池組自放電損失的電流很微小。另外，磷酸鐵鋰電池對浮充電壓的選擇不敏感， 本身耐浮充，更加適用于基站后備電源。D).本實用新型應(yīng)急供電系統(tǒng)具有免維護(hù)、超長使用年限等性能，完全智能化電池管理系統(tǒng)，替代了人工檢測環(huán)節(jié)，電池管理系統(tǒng)的自動偵測和防護(hù)性能，讓電池組的故障率降低到了極限，超長的設(shè)計使用壽命，大大降低了通訊行業(yè)的使用成本。E).本實用新型應(yīng)急供電管理裝置體積輕巧、便于攜帶，且在作為供電電源使用時不需要消耗油料。

圖1所示為根據(jù)本實用新型的磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為根據(jù)本實用新型的磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)的一個實施例的結(jié)構(gòu)和工作示意圖。
具體實施方式
圖1所示，為根據(jù)本實用新型的磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)包括電池組模塊2和充放電管理系統(tǒng)200。所述充放電管理系統(tǒng)200包括充放電監(jiān)控模塊1、放電管理模塊3和充電管理模塊4，其中所述的充放電監(jiān)控模塊1與電池組模塊2、放電管理模塊3和充電管理模塊4連接，以及電池組模塊2連接所述放電管理模塊3。所述各模塊均可以由硬件或固件來實現(xiàn)。另外，所述的放電管理模塊3與電池應(yīng)急供電系統(tǒng)100中的至少一個DC/AC逆變輸出控制模塊7和至少一個DC/DC逆變輸出控制模塊8相連接，其分別用于為外部負(fù)載例如基站設(shè)備等提供交流和直流輸出。所述的電池組模塊2例如為50-250ahl2v磷酸鐵鋰電池組，用于儲存電能量。所述的充電管理模塊4為12V磷酸鐵鋰電池進(jìn)行恒流恒壓充電的模塊，其一般與外部市電如 220v電源相連接，用于對所述電池組模塊2進(jìn)行智能充電。實施例1圖2所示為本實用新型一個實施例的磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作示意圖。如圖所示，其中，磷酸鐵鋰電池充放電監(jiān)控單元模塊1分別連接到50-250ahl2v磷酸鐵鋰電池組模塊2、充放電自動切換開關(guān)5和12V磷酸鐵鋰電池恒流恒壓充電管理模塊 4，所述磷酸鐵鋰電池組模塊2和磷酸鐵鋰電池恒流恒壓充電管理模塊4通過所述充放電自動切換開關(guān)5相互連接。所述磷酸鐵鋰電池組模塊2通過均衡控制放電管理模塊3分別連接有DC/AC逆變輸出控制模塊7和12V/MV/48VDC/DC逆變輸出控制模塊8。關(guān)于電池組充電其中，進(jìn)一步地，所述12V磷酸鐵鋰電池恒流恒壓充電管理模塊4接收來自220v 交流輸入電壓的充電，其具體的充電模式為“恒流-均充減流-涓流浮充”。該“恒流-均充減流-涓流浮充”模式包括a)在充電早期，采用恒流充電模式；b)當(dāng)蓄電池電壓到達(dá)充電機(jī)的均充穩(wěn)壓值13. 5V時自動轉(zhuǎn)為定壓減流充電；c)當(dāng)電流減小至閥值時自動轉(zhuǎn)為浮充穩(wěn)壓值12. 5V，此時因蓄電池端電壓高于充電機(jī)的穩(wěn)壓值，充電電流為零，一般可認(rèn)定此時蓄電池已充滿，完成充電。若此時繼續(xù)充電，經(jīng)過一段時間后，會逐漸出現(xiàn)維持浮充狀態(tài)的涓流。上述的充電特性，即先以較高的均充定壓電壓使蓄電池能夠較快地充分地充滿電，繼而以較低的浮充維持電壓使蓄電池避免過充電，能實現(xiàn)無人值守或減輕操作人員工作強(qiáng)度。磷酸鐵鋰電池充放電監(jiān)控單元模塊1對所述磷酸鐵鋰電池恒流恒壓充電管理模塊4的具體充電過程進(jìn)行監(jiān)控，包括監(jiān)測恒流恒壓充電的充電電壓、充電電流以及磷酸鐵鋰電池的當(dāng)前總?cè)萘?、?dāng)前剩余容量和充電時間。關(guān)于電池組放電磷酸鐵鋰電池充放電監(jiān)控單元模塊1還實時監(jiān)測均衡控制放電管理模塊3對所述 12v電池組2進(jìn)行放電的最高及最低電壓值。另外，充放電監(jiān)控單元模塊1對充放電自動切換開關(guān)5的工作情況也能進(jìn)行監(jiān)控。另一方面，充放電監(jiān)控單元模塊1對于所述DC/AC逆變輸出控制模塊7和 12V/Mv/48v/DC-DC輸出控制模塊8的負(fù)載電壓電流的變化情況以及蓄電池組的放電時間進(jìn)行監(jiān)控。其中，交流DC/AC逆變輸出控制模塊7可以將12V直流轉(zhuǎn)換220v交流電， 輸出功率為可根據(jù)負(fù)載的大小進(jìn)行調(diào)整主要有以下幾種規(guī)格500W、1000W、1500W、2000W (瓦)。12v/24v/48v/DC-DC輸出控制模塊8可以將12V直流通過DC-DC變換器將電壓變換為24v/48v直流輸出。在磷酸鐵鋰電池進(jìn)行充電和放電的過程時，所述充電管理模塊4和均衡控制放電管理模塊3能對充電過程和放電過程進(jìn)行智能控制，從而進(jìn)行過充電、過放電、過電流和短路保護(hù)。當(dāng)對鋰離子電池過充電時，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。為此，充電管理模塊需監(jiān)測電池電壓，當(dāng)其到達(dá)電池過充電壓時，即激活過充電保護(hù)功能，中止充電。對鋰離子電池過放電時，鋰離子電池電壓低于其過放電電壓檢測點(diǎn)時，即激活過放電保護(hù)，使得鋰離子電池中止放電，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式。當(dāng)鋰離子電池的放電電流過大或短路情況產(chǎn)生時，均衡控制放電管理模塊3則將激活過電流保護(hù)功能對鋰離子電池進(jìn)行保護(hù)。在以上陳述的基礎(chǔ)上，需要強(qiáng)調(diào)的是，以上的各個模塊可以為硬件實現(xiàn)方式，也可以是包含軟件的實現(xiàn)方式，例如固件。通過在所述的系統(tǒng)中使用微控制器或者處理器，借助于可編程的程序可以實現(xiàn)所述的功能。這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，是易于理解和實現(xiàn)的。通過對電池組配置了充電管理模塊和放電管理模塊，本實用新型的這種智能化充放電模式，改變了以往基站維護(hù)人員的使用習(xí)慣，延長蓄電池的使用壽命。同時，也極大地提高了蓄電池的充電效率，可節(jié)約時間約33%，人力約100%。
權(quán)利要求1.一種磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)(100)，包括磷酸鐵鋰電池組模塊(2)和電池充放電管理系統(tǒng)(200)，用于對磷酸鐵鋰電池組模塊(2)的充電和放電進(jìn)行管理，該電池充放電管理系統(tǒng)包括充放電監(jiān)控模塊(1)、放電管理模塊(3)和充電管理模塊 (4)，其中所述充放電監(jiān)控模塊(1)與磷酸鐵鋰電池組模塊(2)連接，用以監(jiān)測所述磷酸鐵鋰電池組模塊(2)在充電和放電過程中的參數(shù)，以及該充放電監(jiān)控模塊(1)與所述充電管理模塊(3 )和充電管理模塊(4)連接，并向所述充電管理模塊(3 )和充電管理模塊(4)提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中所述放電管理模塊(3)根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)對所述磷酸鐵鋰電池組模塊(2)的放電過程進(jìn)行控制，以及所述充電管理模塊(4)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對所述磷酸鐵鋰電池組模塊(2) 的充電過程進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述的充電管理模塊(4)為12伏恒流恒壓充電管理模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，其特征在于，所述的充電管理模塊(4)通過充放電自動切換開關(guān)(5)與所述磷酸鐵鋰電池組模塊(2)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征在于，所述的磷酸鐵鋰電池組模塊(2)為 50-250ahl2v磷酸鐵鋰電池組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的放電管理模塊(3)與至少一個DC/ AC逆變輸出控制模塊(7)和/或至少一個DC/DC逆變輸出控制模塊(8)相連接。
6.一種電池充放電管理系統(tǒng)(200)，用于權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)，用于對磷酸鐵鋰電池組模塊(2)的充電和放電進(jìn)行管理，該充放電管理系統(tǒng)(200)包括充放電監(jiān)控模塊(1)、放電管理模塊(3)和充電管理模塊(4)，其中所述充放電監(jiān)控模塊(1)與磷酸鐵鋰電池組模塊(2)連接，用以監(jiān)測磷酸鐵鋰電池組模塊(2)在充電和放電過程中的參數(shù)，以及該充放電監(jiān)控模塊(1)與所述充電管理模塊(3 )和充電管理模塊(4 )連接，并向所述充電管理模塊(3 )和充電管理模塊(4 )提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中所述放電管理模塊(3)根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)對所述磷酸鐵鋰電池組模塊(2)的放電過程進(jìn)行控制，以及所述充電管理模塊(4)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對磷酸鐵鋰電池組模塊(2)的充電過程進(jìn)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述系統(tǒng)，其特征在于，所述的充電管理模塊(4)為12伏恒流恒壓充電管理模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述系統(tǒng)，其特征在于，所述的充電管理模塊(4)通過充放電自動切換開關(guān)(5)與磷酸鐵鋰電池組模塊(2)相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述系統(tǒng)，其特征在于，所述的放電管理模塊(3)與至少一個DC/AC 逆變輸出控制模塊(7)和/或至少一個DC/DC逆變輸出控制模塊(8)相連接。
專利摘要本實用新型涉及一種磷酸鐵鋰電池應(yīng)急供電系統(tǒng)(100)，包括磷酸鐵鋰電池組模塊(2)和電池充放電管理系統(tǒng)(200)，用于對磷酸鐵鋰電池組模塊(2)的充電和放電進(jìn)行管理，該電池充放電管理系統(tǒng)包括充放電監(jiān)控模塊(1)、放電管理模塊(3)和充電管理模塊(4)，其中所述充放電監(jiān)控模塊(1)與磷酸鐵鋰電池組模塊(2)連接，用以監(jiān)測所述磷酸鐵鋰電池組模塊(2)在充電和放電過程中的參數(shù)，以及該充放電監(jiān)控模塊(1)與所述充電管理模塊(3)和充電管理模塊(4)連接，并向所述充電管理模塊(3)和充電管理模塊(4)提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中所述放電管理模塊(3)根據(jù)所述監(jiān)測數(shù)據(jù)對所述磷酸鐵鋰電池組模塊(2)的放電過程進(jìn)行控制，以及所述充電管理模塊(4)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對所述磷酸鐵鋰電池組模塊(2)的充電過程進(jìn)行控制。
文檔編號H02J7/00GK202076821SQ20112019483
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者何心剛, 包靜, 蔡晶 申請人:北京寶盒精英科技有限公司