本發(fā)明涉及通信基站儲能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種通信基站磷酸鐵鋰電池梯次利用充放電系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有基站內(nèi)的儲能電池絕大部分采用的是鉛酸電池，在能量密度、使用壽命方面較磷酸鐵鋰電池都存在較大差距，而全新的磷酸鐵鋰電池在通信基站中的應(yīng)用又因成本因素而無法實現(xiàn)規(guī)模化推廣。

隨著近幾年電動汽車的應(yīng)用推廣，因容量衰減而造成的電動汽車動力電池的更新量越來越大，對于替換下來的動力電池，因成本低，且高低溫性能、能量密度、循環(huán)壽命、高充放電倍率、低自放電率、安全性及環(huán)保性等方面較傳統(tǒng)鉛酸電池優(yōu)勢明顯，其再利用技術(shù)受到廣泛關(guān)注。

現(xiàn)有通信基站站內(nèi)鉛酸電池備用電源系統(tǒng)體積龐大。利用鋰離子梯次電池儲能系統(tǒng)(含雙向PCS裝置)替換站內(nèi)原有蓄電池系統(tǒng)，為站內(nèi)48V直流母線提供備用電源的同時，亦可經(jīng)雙向PCS裝置逆變后為電動汽車充電機提供電源，實現(xiàn)在基站配電不擴容的條件下為電動汽車提供快速充電服務(wù)，在拓展通信基站業(yè)務(wù)范圍的同時，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)售電盈利的目的。

當(dāng)前雖有磷酸鐵鋰電池在通信基站內(nèi)的應(yīng)用，但其大部分都是采用全新的磷酸鐵鋰電池，且在電池儲能的應(yīng)用方面，主要實現(xiàn)為通信基站內(nèi)的設(shè)備提供應(yīng)急電源。

經(jīng)檢索，《磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)的應(yīng)用探討》(閆德生，通信電源技術(shù)，2014年11月25日第31卷第6期)中對磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)中的應(yīng)用進行了探討，對磷酸鐵鋰電池和鉛酸電池的性能進行了對比，指出了磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)的應(yīng)用方向，但未涉及磷酸鐵鋰電池的梯次利用、轉(zhuǎn)售電業(yè)務(wù)拓展、電池的充放電控制策略；

《磷酸鐵鋰電池在通信電源系統(tǒng)的應(yīng)用》(熊振華，通信電源技術(shù)，2014年11月25日第31卷第6期)對通信電源系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)進行了描述，但系統(tǒng)屬于單向系統(tǒng)(即能量流向只能從電網(wǎng)到負(fù)載側(cè))，在電池儲能及應(yīng)用于電動汽車充電方面并未涉及。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種通信基站磷酸鐵鋰電池梯次利用充放電系統(tǒng)及控制方法，具有多種能量流向，并可以用于電動汽車充電。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種通信基站磷酸鐵鋰電池梯次利用充放電系統(tǒng)，包括：雙向儲能變流器(PCS)、梯次電池系統(tǒng)以及電動汽車充電設(shè)備，所述雙向儲能變流器設(shè)有交流接口、直流接口、以太網(wǎng)接口以及CAN接口，所述梯次電池系統(tǒng)設(shè)有直流接口和CAN接口，其中：所述雙向儲能變流器的交流接口連接電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備，所述雙向儲能變流器的以太網(wǎng)接口連接通信基站內(nèi)交換機，所述雙向儲能變流器的CAN接口連接梯次電池系統(tǒng)的CAN接口，所述梯次電池系統(tǒng)的直流接口連接所述雙向儲能變流器的直流接口，所述電動汽車充電設(shè)備連接電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備，同時通過CAN接口連接所述雙向儲能變流器的CAN接口；

當(dāng)通信基站失電時，所述雙向儲能變流器控制所述梯次電池系統(tǒng)，由所述梯次電池系統(tǒng)自動為通信基站內(nèi)通信設(shè)備提供供電電源；

在用電低谷時段，所述雙向儲能變流器控制所述雙向儲能變流器，由所述雙向儲能變流器為梯次電池系統(tǒng)充電儲能，同時為通信基站提供電源；

在用電高峰時段，所述雙向儲能變流器控制所述雙向儲能變流器，由所述雙向儲能變流器釋放所述梯次電池系統(tǒng)中的能量，作為電網(wǎng)支撐，為電動汽車提供充電服務(wù)。

較優(yōu)地，所述雙向儲能變流器不僅是一個執(zhí)行指令的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備，還設(shè)有用于能量控制流、峰谷時段設(shè)置、充放電管理的控制器，所述控制器和所述電動汽車充電設(shè)備之間通過CAN通信進行信息交互，所述控制器和所述梯次電池系統(tǒng)也通過CAN通信進行信息交互。

較優(yōu)地，所述梯次電池系統(tǒng)包含多個磷酸鐵鋰梯次電池組和電池管理系統(tǒng)，所述磷酸鐵鋰梯次電池組放置在柜體中，所述電池組管理系統(tǒng)與所述磷酸鐵鋰梯次電池組連接。

更優(yōu)地，所述梯次電池系統(tǒng)是一個48V系統(tǒng)，其母線電壓波動范圍在40～57V。

較優(yōu)地，所述電動汽車充電設(shè)備為電動汽車直流充電機和/或電動汽車交流充電樁，所述電動汽車直流充電機和/或電動汽車交流充電樁設(shè)有充電接口。

較優(yōu)地，所述雙向儲能變流器、梯次電池系統(tǒng)以及電動汽車充電設(shè)備均通過絕緣電纜連接到電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種基于上述系統(tǒng)的通信基站磷酸鐵鋰電池梯次利用充放電控制方法，包括：

將雙向儲能變流器連接到電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備、梯次電池系統(tǒng)，將電動汽車充電設(shè)備連接電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備、雙向儲能變流器；

當(dāng)通信基站失電時，所述雙向儲能變流器控制所述梯次電池系統(tǒng)，由所述梯次電池系統(tǒng)自動為通信基站內(nèi)通信設(shè)備提供供電電源；

在用電低谷時段，所述雙向儲能變流器控制所述雙向儲能變流器，由所述雙向儲能變流器為梯次電池系統(tǒng)充電儲能，同時為通信基站提供電源；

在用電高峰時段，所述雙向儲能變流器控制所述雙向儲能變流器，由所述雙向儲能變流器釋放所述梯次電池系統(tǒng)中的能量，作為電網(wǎng)支撐，為電動汽車提供充電服務(wù)。

優(yōu)選地，所述雙向儲能變流器控制所述梯次電池系統(tǒng)的電池組充電，其停止充電的條件包括以下任一種：

(1)梯次電池系統(tǒng)的單體電池最高電壓達(dá)到設(shè)定數(shù)值；

(2)電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備的AC/DC模塊輸出母線總電壓達(dá)到設(shè)定數(shù)值；

(3)出線電池故障、電池禁止充電、通信故障的異常情況；

(4)用電高峰時段；

(5)收到停止充電指令。

優(yōu)選地，所述雙向儲能變流器根據(jù)當(dāng)前梯次電池系統(tǒng)的電池組的容量及電動車輛的充電需求信息，計算出放電功率，然后控制斷開網(wǎng)側(cè)接觸器，控制AC/DC模塊工作在逆變狀態(tài)，并告知電動汽車充電設(shè)備輸出電壓電流，進行放電；

放電終止條件包括以下任一種：

(1)梯次電池系統(tǒng)的單體電池最低電壓低于設(shè)定數(shù)值；

(2)電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備的AC/DC模塊直流母線總電壓低于設(shè)定數(shù)值；

(3)電動汽車充電結(jié)束、儲能電池禁止放電、通信故障的異常情況；

(4)用電低谷時段；

(5)收到停止放電指令。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明通過電池梯次利用技術(shù)，可有效規(guī)避鉛酸電池在使用壽命、環(huán)境適應(yīng)性、能量密度、安全性等方面的短板，同時還能降低磷酸鐵鋰動力電池的使用成本；本發(fā)明用磷酸鐵鋰梯次電池將基站內(nèi)的鉛酸電池替換，具有多種能量流向，并可以用于電動汽車充電。當(dāng)基站失電時，梯次電池系統(tǒng)可自動為基站內(nèi)通信設(shè)備提供48V供電電源；在用電低谷時段，雙向PCS可為梯次電池充電儲能，同時為基站提供48V電源；在用電高峰時段，雙向PCS可釋放儲能電池中的能量，作為電網(wǎng)支撐，為電動汽車用戶提供充電服務(wù)。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)電路原理圖；

圖2為本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)接線示意圖；

圖3為本發(fā)明一應(yīng)用實施例的第一工作模式的原理圖；

圖4為本發(fā)明一應(yīng)用實施例的第二種工作模式的原理圖；

圖5為本發(fā)明一應(yīng)用實施例的第三種工作模式的原理圖；

圖6為本發(fā)明一應(yīng)用實施例的系統(tǒng)控制流程圖；

圖中：雙向儲能變流器100、梯次電池系統(tǒng)200、電動汽車充電設(shè)備300、電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備400、絕緣電纜500、電動汽車600、AC/DC模塊700、DC/DC模塊800；

雙向儲能變流器交流接口101、直流接口102、以太網(wǎng)接口103、CAN接口104、控制器105、充電機信息采集單元106、電池信息采集單元107、輸入輸出邏輯控制單元108、時鐘單元109；

梯次電池系統(tǒng)直流接口201、CAN接口202、電池屏柜203；

電動汽車充電設(shè)備CAN接口301、電動汽車直流充電機302、電動汽車交流充電樁303、充電接口304、以太網(wǎng)接口305、交流接口306。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示，一種通信基站磷酸鐵鋰電池梯次利用充放電系統(tǒng)的較優(yōu)實施例示意圖，包括：雙向儲能變流器100、梯次電池系統(tǒng)200以及電動汽車充電設(shè)備300，所述雙向儲能變流器設(shè)有交流接口101、直流接口102、以太網(wǎng)接口103以及CAN接口104，所述梯次電池系統(tǒng)設(shè)有直流接口201和CAN接口202，其中：所述雙向儲能變流器的交流接口101連接電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備400，所述雙向儲能變流器的以太網(wǎng)接口103連接通信基站內(nèi)交換機，所述雙向儲能變流器的CAN接口104連接梯次電池系統(tǒng)的CAN接口202，所述梯次電池系統(tǒng)的直流接口102連接所述雙向儲能變流器的直流接口201，所述電動汽車充電設(shè)備300連接電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備400，同時通過CAN接口301連接所述雙向儲能變流器的CAN接口104。

所述雙向儲能變流器100設(shè)有用于能量控制流、峰谷時段設(shè)置、充放電管理的控制器105，所述控制器105和所述電動汽車充電設(shè)備300之間通過CAN通信進行信息交互，所述控制器105和所述梯次電池系統(tǒng)200也通過CAN通信進行信息交互。

當(dāng)通信基站失電時，所述控制器105控制所述梯次電池系統(tǒng)200，由所述梯次電池系統(tǒng)200自動為通信基站內(nèi)通信設(shè)備提供48V供電電源；在用電低谷時段，所述控制器105控制所述雙向儲能變流器100，由所述雙向儲能變流器100為梯次電池系統(tǒng)200充電儲能，同時為通信基站提供48V電源；在用電高峰時段，所述控制器105控制所述雙向儲能變流器100，由所述雙向儲能變流器100釋放所述梯次電池系統(tǒng)200中的能量，作為電網(wǎng)支撐，為電動汽車600提供充電服務(wù)。

所述梯次電池系統(tǒng)200包含多個磷酸鐵鋰梯次電池組，所述多個磷酸鐵鋰梯次電池組放置在電池屏柜203中。所述梯次電池系統(tǒng)200同時含有電池管理系統(tǒng)(BMS)，電池管理系統(tǒng)與磷酸鐵鋰梯次電池組連接。

本發(fā)明是針對通信基站，可替換原有基站的鉛酸電池系統(tǒng)及開關(guān)電源設(shè)備；梯次電池系統(tǒng)是一個48V系統(tǒng)，母線電壓需要符合通信基站設(shè)備的波動范圍，因此其母線電壓波動范圍受到嚴(yán)格限制(40～57V)，梯次電池系統(tǒng)的成組要求為3并16串(即先每3個單體電池并聯(lián)成一個單元，然后16個單元串聯(lián))。

所述電動汽車充電設(shè)備為電動汽車直流充電機302和/或電動汽車交流充電樁303，所述電動汽車直流充電機和/或電動汽車交流充電樁設(shè)有充電接口304。電動汽車交流充電樁304設(shè)有以太網(wǎng)接口305，通過該以太網(wǎng)接口305連接至通信基站內(nèi)交換機。

進一步的，所述雙向儲能變流器100以及電動汽車充電設(shè)備300均通過絕緣電纜500連接到電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備400。更具體地，所述雙向儲能變流器100和電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備400之間通過等效截面積不超過16平方毫米的四芯絕緣電纜連接，所述電動汽車直流充電機302和電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備400之間也通過等效截面積不超過16平方毫米的四芯絕緣電纜、交流接口306連接，所述電動汽車交流充電樁303與電網(wǎng)或通信基站配電設(shè)備400之間通過等效截面積不超過5平方毫米的二芯絕緣電纜連接。

如圖2所示，為本發(fā)明所述系統(tǒng)的接線示意圖，雙向儲能變流器的控制器105連接AC/DC模塊700、DC/DC模塊800，并且和AC/DC模塊700、DC/DC模塊800、電動汽車充電設(shè)備300之間通過CAN通信進行信息交互，控制器105和梯次電池系統(tǒng)200的電池也是通過CAN通信進行信息交互；兩路CAN相互獨立，在控制器105接口限制等因素限制下，亦可全部在一條CAN總線上。

在某一具體應(yīng)用實施例中，電網(wǎng)電壓經(jīng)斷路器QF、熔斷器(圖中未畫出)、接觸器KM后，送至AC/DC模塊700、DC/DC模塊800和電動汽車充電設(shè)備300，其中AC/DC模塊700、DC/DC模塊800的交流工作電源均取自接觸器KM前端(靠近網(wǎng)側(cè))，并經(jīng)空氣開關(guān)QF1、QF2后送至各AC/DC模塊700、DC/DC模塊800?？刂破?05的的工作電源通過空氣開關(guān)QF3取自接觸器KM前端。

在雙向儲能變流器的控制器105的控制下進行充放電，根據(jù)能量流向劃分，存在三種工作模式，具體為：

第一種工作模式：電網(wǎng)經(jīng)AC/DC模塊700為梯次電池系統(tǒng)200充電，并為通信基站內(nèi)48V設(shè)備提供電源；利用該工作模式，在具體應(yīng)用中，可以在用電低谷時段，通過雙向儲能變流器100為梯次電池系統(tǒng)200充電儲能，同時為通信基站提供48V電源；如圖3所示，圖中其他部分，如高壓配電、低壓配電、通信設(shè)備、機房空調(diào)、防雷接地系統(tǒng)、動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、移動電站、備用發(fā)電機組等，為通信基站的常用配套設(shè)施，在此不做贅述；

第二種工作模式：梯次電池系統(tǒng)200經(jīng)AC/DC模塊700逆變輸出后，與電網(wǎng)共同為電動汽車充電設(shè)備300提供電源，用于為電動汽車600充電，同時梯次電池系統(tǒng)200為站內(nèi)通信設(shè)備供電；利用該工作模式，在具體應(yīng)用中，可以在用電高峰時段，雙向儲能變流器100可釋放梯次電池系統(tǒng)中的能量，作為電網(wǎng)支撐，為電動汽車用戶提供充電服務(wù)；如圖4所示，圖中其他部分為通信基站的常用配套設(shè)施，在此不做贅述；

第三種工作模式：市電失電，梯次電池系統(tǒng)200為基站內(nèi)通信設(shè)備供電，利用該工作模式，在具體應(yīng)用中，可以在通信基站失電時，通過梯次電池系統(tǒng)00可自動為通信基站內(nèi)通信設(shè)備提供48V供電電源；如圖5所示，圖中其他部分為通信基站的常用配套設(shè)施，在此不做贅述；

所述雙向儲能變流器100是整個系統(tǒng)的核心，整個系統(tǒng)控制由雙向儲能變流器100的控制器105實現(xiàn)，其拓?fù)浼軜?gòu)邏輯如圖6所示。

所述雙向儲能變流器100包括：控制器105、充電機信息采集單元106、電池信息采集單元107、輸入輸出邏輯控制單元108、時鐘單元109，充電機信息采集單元106、電池信息采集單元107輸出端連接控制器105輸入端，控制器105連接輸入輸出邏輯控制單元108，時鐘單元109與控制器105連接。

所述雙向儲能變流器100中：

控制器5用于實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的決策和指令發(fā)布；

充電機信息采集單元106用于采集充電機充電請求信息、充電實時信息等充電機接入狀態(tài)信息，并將信息輸給控制器105；

電池信息采集單元107用于采集梯次電池的實時信息等電池信息，并將信息輸給控制器105；

輸入輸出邏輯控制單元108用于充電機接入狀態(tài)、電池充放電狀態(tài)等狀態(tài)回采，以及實現(xiàn)對系統(tǒng)工作模式及電池充放電的控制；輸入輸出邏輯控制單元中的輸入即是狀態(tài)回采，輸出即是控制信號；因此，輸入輸出邏輯控制單元既回采狀態(tài)信息反饋給控制器，同時也執(zhí)行控制器對它的指令；

時鐘單元109用于提供控制器105時鐘信息，控制器105定期向充電機、電池系統(tǒng)下發(fā)對時指令。

控制器根據(jù)從電池信息采集單元獲取的充電機信息采集單元106充電機接入狀態(tài)信息、電池信息采集單元107采集的電池信息、以及時鐘單元109的時鐘信息，決策系統(tǒng)的工作模式，如：儲能、放電等。

進一步的，所述控制器105控制AC/DC模塊為磷酸鐵鋰梯次電池組的電池進行充電(以夜間充電儲能為主)，當(dāng)檢測到磷酸鐵鋰梯次電池組中單體最高電壓達(dá)到設(shè)定數(shù)值時，則表明磷酸鐵鋰梯次電池基本充滿，此時停止充電。

在具體應(yīng)用中，停止充電的條件包括以下任一種：

(1)磷酸鐵鋰梯次電池組中單體最高電壓達(dá)到3.65V(此值可手動設(shè)置，也可以是其他數(shù)值)；

(2)AC/DC模塊輸出母線總電壓達(dá)到57V(此值可手動設(shè)置，也可以是其他數(shù)值)；

(3)出線電池故障、電池禁止充電、通信故障的異常情況；

(4)用電高峰時段；

(5)收到停止充電指令。

進一步的，所述控制器105根據(jù)當(dāng)前磷酸鐵鋰梯次電池組的容量及電動車輛的充電需求信息，計算出放電功率，然后控制斷開網(wǎng)側(cè)接觸器，控制AC/DC模塊工作在逆變狀態(tài)，并告知電動汽車充電設(shè)備300輸出電壓電流，進行放電。

在具體應(yīng)用中，放電終止條件包括以下任一種：

(1)磷酸鐵鋰梯次電池組中單體最低電壓低于2.5V(此值可手動設(shè)置，也可以是其他數(shù)值)；

(2)AC/DC模塊直流母線總電壓低于40V(此值可手動設(shè)置，也可以是其他數(shù)值)；

(3)電動汽車充電結(jié)束、儲能電池禁止放電、通信故障的異常情況；

(4)用電低谷時段。

(5)收到停止放電指令。

本發(fā)明雙向PCS不僅僅是一個執(zhí)行指令的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備，還具有能量控制流功能、峰谷時段設(shè)置功能、充放電管理功能；本發(fā)明通過電池梯次利用技術(shù)，可有效規(guī)避鉛酸電池在使用壽命、能量密度等方面的短板，同時還能降低磷酸鐵鋰動力電池的使用成本。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。