本申請(qǐng)涉及供電的電路裝置領(lǐng)域，尤其涉及電池供電管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通信機(jī)房的直流供電系統(tǒng)由交流配電屏、整流器、蓄電池組、直流配電屏、直流-直流變換設(shè)備組成。直流系統(tǒng)的電壓等級(jí)有48V、24V、240V等，以48V電壓等級(jí)為主。蓄電池組在直流供電系統(tǒng)中承擔(dān)后備電源功能，在交流市電或整流器故障時(shí)，為通信設(shè)備提供直流電源。蓄電池組目前主要使用鉛酸電池。

由于大容量鋰離子電池與鉛酸電池相比，具有高能量密度、大放電電流能力、低自放電率、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，隨著其價(jià)格的下降，在通信機(jī)房的48V直流供電系統(tǒng)中使用鋰離子電池，已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。

但鋰離子電池在狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充放電管理等方面有較高的要求，類似鉛酸電池的粗放式使用方式不利于發(fā)揮鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電池供電管理系統(tǒng)，其適用于鋰離子電池組的供電管理，提高鋰離子電池的應(yīng)用安全性和智能化程度，延長(zhǎng)電池使用壽命。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明電池供電管理系統(tǒng)，包括：電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、功率變換模塊和控制模塊，所述控制模塊分別與所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊和所述功率變換模塊連接；其中，

所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊用于至少監(jiān)測(cè)蓄電池組的每一單體的電壓并傳給所述控制模塊；

所述功率變換模塊用于至少監(jiān)測(cè)蓄電池組的電壓并傳給所述控制模塊，及所述功率變換模塊的輸出用于連接到供電母線；

所述控制模塊根據(jù)所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊采集的電池?cái)?shù)據(jù)及所述功率變換模塊采集的蓄電池組數(shù)據(jù)和供電母線狀態(tài)，控制所述功率變換模塊使得在所述供電母線連接的直流供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)控制所述蓄電池組經(jīng)所述功率變換模塊向所述供電母線放電，或者在所述直流供電系統(tǒng)正常且所述蓄電池組處于非滿電狀態(tài)時(shí)控制所述供電母線經(jīng)所述功率變換模塊向所述蓄電池組充電，或者在所述直流供電系統(tǒng)正常且所述蓄電池組處于滿電狀態(tài)時(shí)使得所述功率變換模塊處于待機(jī)熱備狀態(tài)。

作為本發(fā)明所述系統(tǒng)的改進(jìn)，所述系統(tǒng)還包括保護(hù)模塊，所述保護(hù)模塊連接在所述功率變換模塊和所述供電母線之間并用于對(duì)所述功率變換模塊進(jìn)行過流和過壓保護(hù)。

作為本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一種改進(jìn)，所述功率變換模塊包括：用于與所述蓄電池組并聯(lián)的第一電容，第一電容與所述蓄電池組的負(fù)極之間接有電流傳感器，第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)串聯(lián)后與第一電容并聯(lián)，與供電母線并聯(lián)的第二電容，第三功率開關(guān)和第四功率開關(guān)串聯(lián)后與第二電容并聯(lián)，第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)之間的中點(diǎn)與第三功率開關(guān)和第四功率開關(guān)之間的中點(diǎn)之間接一電感器，第二電容并聯(lián)有一電壓傳感器；及包括功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，用于接收來自控制模塊的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一、第二、第三和/或第四功率開關(guān)的工作狀態(tài)。

作為本發(fā)明所述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述功率變換模塊包括過流和過壓保護(hù)子模塊。

作為本發(fā)明所述系統(tǒng)的再進(jìn)一步的改進(jìn)，第一、第二、第三和第四功率開關(guān)中的每一個(gè)包括MOSFET晶體管及與其反向并聯(lián)的二極管。

作為本發(fā)明所述系統(tǒng)的又一種改進(jìn)，充電電流和/或放電電流由所述控制模塊根據(jù)電網(wǎng)的峰-平-谷電價(jià)和分布時(shí)段及備用容量需求進(jìn)行控制。

作為本發(fā)明所述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述充電電流為蓄電池組總?cè)萘颗c備用容量的差除以谷段時(shí)長(zhǎng)與蓄電池組總電壓的積，所述放電電流為蓄電池組總?cè)萘颗c備用容量的差除以峰段時(shí)長(zhǎng)與蓄電池組總電壓的積。

作為本發(fā)明所述系統(tǒng)的再一種改進(jìn)，控制所述蓄電池組經(jīng)所述功率變換模塊向所述供電母線放電通過設(shè)置低于供電母線額定電壓的參考電壓進(jìn)行控制，在確定供電母線的電壓低于所述參考電壓時(shí)，控制所述蓄電池組放電；及在確定供電母線的電壓高于所述參考電壓時(shí)，控制所述蓄電池組停止放電。

作為本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一種改進(jìn)，所述系統(tǒng)還包括與所述控制模塊連接的顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示所述蓄電池組及所述系統(tǒng)的狀態(tài)信息。

作為本發(fā)明所述系統(tǒng)的又一種改進(jìn)，所述系統(tǒng)還包括與所述控制模塊連接的通信模塊，所述通信模塊用于將所述蓄電池組及所述系統(tǒng)的狀態(tài)信息傳送到遠(yuǎn)程管理中心。

本發(fā)明充分考慮多種鋰離子電池串聯(lián)方案，通過統(tǒng)一的電池供電管理系統(tǒng)，適應(yīng)不同鋰離子電池組電壓，在交流市電或整流器故障時(shí)，為直流供電系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流輸出，并在故障恢復(fù)后，根據(jù)鋰離子電池狀態(tài)進(jìn)行充電電流管理，確保鋰離子電池組的安全。

本發(fā)明可以極大地提高鋰離子電池在通信機(jī)房直流供電系統(tǒng)中應(yīng)用的安全性和智能化程度，延長(zhǎng)電池使用壽命，為通信設(shè)備提供高質(zhì)量的后備電源。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的功率變換模塊的一實(shí)施例的電路示意圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景示意圖。

為清晰起見，這些附圖均為示意性及簡(jiǎn)化的圖，它們只給出了對(duì)于理解本發(fā)明所必要的細(xì)節(jié)，而省略其他細(xì)節(jié)。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式和實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

通過下面給出的詳細(xì)描述，本發(fā)明的適用范圍將顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在詳細(xì)描述和具體例子表明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的同時(shí)，它們僅為說明目的給出。

下面的實(shí)施例均以用于通信機(jī)房的48V直流供電為例，本發(fā)明的技術(shù)方案可類似地適用于其它電壓等級(jí)的直流供電。同樣，本說明書中以鋰離子電池組為例進(jìn)行說明，本發(fā)明的技術(shù)方案可類似地應(yīng)用于其它可再充電的蓄電池組，并具有同樣的優(yōu)點(diǎn)。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電池供電管理系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。該實(shí)施例的系統(tǒng)包括：電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊1、DCDC功率變換模塊2、控制模塊3和保護(hù)模塊4，所述控制模塊3分別與所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊1和所述DCDC功率變換模塊2連接，保護(hù)模塊4連接在DCDC功率變換模塊2與電池供電管理系統(tǒng)的輸出之間。在使用時(shí)，電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊1分別與串聯(lián)連接的鋰離子電池組C(由鋰離子電池C1、C2……Cn串聯(lián)而成)的每一單體電池連接，DCDC功率變換模塊2與整個(gè)鋰離子電池組C并聯(lián)，電池供電管理系統(tǒng)的輸出即為48V直流供電母線。鋰離子電池組C經(jīng)本發(fā)明的電池供電管理系統(tǒng)與通信機(jī)房的48V直流供電系統(tǒng)連接，如圖3所示。

電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊1可使用電池電壓測(cè)量芯片(AD轉(zhuǎn)換芯片)如LTC6802型芯片對(duì)鋰離子電池組中的每一個(gè)電池單體進(jìn)行電壓檢測(cè)，控制模塊3可以通過串行數(shù)據(jù)總線(SPI總線)從所述電池電壓測(cè)量芯片讀取檢測(cè)結(jié)果。電壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)也可使用本領(lǐng)域已知的任何其它適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行。在實(shí)施例中，電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊1還可對(duì)蓄電池組溫度、蓄電池組充放電電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)送至控制模塊3。

DCDC功率變換模塊2用于至少監(jiān)測(cè)蓄電池組的電壓及48V直流供電母線的狀態(tài)數(shù)據(jù)并傳給所述控制模塊3。

控制模塊3根據(jù)所述電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊1采集的電池?cái)?shù)據(jù)及所述DCDC功率變換模塊2采集的蓄電池組數(shù)據(jù)和供電母線狀態(tài)，控制所述DCDC功率變換模塊2的工作狀態(tài)，可以處于待機(jī)熱備、48V直流供電母線向蓄電池組充電、蓄電池組向48V直流供電母線放電三種工作狀態(tài)之一。具體地，在所述供電母線連接的直流供電系統(tǒng)(如圖3中所示，交流市電或整流器)發(fā)生故障時(shí)，控制模塊3控制所述蓄電池組C經(jīng)所述DCDC功率變換模塊2向所述供電母線放電；或者，在所述直流供電系統(tǒng)正常且所述蓄電池組處于非滿電狀態(tài)時(shí)，控制模塊3控制所述供電母線經(jīng)所述DCDC功率變換模塊2向所述蓄電池組C充電；或者，在所述直流供電系統(tǒng)正常且所述蓄電池組C處于滿電狀態(tài)時(shí)，使得所述DCDC功率變換模塊2處于待機(jī)熱備狀態(tài)。

保護(hù)模塊4用于為DCDC功率變換模塊2提供過流、過壓保護(hù)功能。保護(hù)模塊4例如可以為連接在線路中的熔斷器。

如圖3中所示，鋰離子電池組通過本發(fā)明的電池供電管理系統(tǒng)與通信機(jī)房的48V直流供電系統(tǒng)連接。當(dāng)交流市電和整流器正常工作時(shí)，電池供電管理系統(tǒng)控制鋰離子電池組的充電電流，使其處于充滿電的狀態(tài)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋰離子電池組中各單體電池的狀態(tài)。當(dāng)交流市電或整流器發(fā)生故障時(shí)，電池供電管理系統(tǒng)控制鋰離子電池組的放電電流，將直流母線維持在穩(wěn)壓狀態(tài)，為通信設(shè)備提供供電電源。

根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，保護(hù)模塊4也可集成在DCDC功率變換模塊2中，從而不再使用單獨(dú)的過流和過壓保護(hù)模塊。

根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式，如圖2中所示，DCDC功率變換模塊2包括：用于與所述蓄電池組C并聯(lián)的第一電容25，第一電容25與所述蓄電池組C的負(fù)極之間接有電流傳感器26，第一功率開關(guān)21和第二功率開關(guān)22串聯(lián)后與第一電容25并聯(lián)，與供電母線并聯(lián)的第二電容27，第三功率開關(guān)23和第四功率開關(guān)24串聯(lián)后與第二電容27并聯(lián)，第一功率開關(guān)21和第二功率開關(guān)22之間的中點(diǎn)與第三功率開關(guān)23和第四功率開關(guān)24之間的中點(diǎn)之間接一電感器28，第二電容27并聯(lián)有一電壓傳感器29；及包括功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路30，用于接收來自控制模塊3的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一、第二、第三和/或第四功率開關(guān)的工作狀態(tài)。在實(shí)施例中，第一、第二、第三和第四功率開關(guān)中的每一個(gè)包括MOSFET晶體管及與其反向并聯(lián)的二極管。

在工作時(shí)，DCDC功率變換模塊2中的功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路30接收來自于控制模塊3的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，經(jīng)過隔離和放大后驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)21～24(由MOSFET和反向并聯(lián)二極管組成)。當(dāng)鋰離子電池組給直流供電母線供電時(shí)，功率開關(guān)21和24中的MOSFET工作在脈沖寬度調(diào)制(PWM)的狀態(tài)，其反并聯(lián)的二極管保持關(guān)斷狀態(tài)，而功率開關(guān)22和23中的MOSFET保持關(guān)斷狀態(tài)，其反并聯(lián)二極管參與工作。當(dāng)直流供電母線給蓄電池組充電時(shí)，功率開關(guān)22和23中的MOSFET工作在脈沖寬度調(diào)制(PWM)的狀態(tài)，其反并聯(lián)的二極管保持關(guān)斷狀態(tài)，而功率開關(guān)21和24中的MOSFET保持關(guān)斷狀態(tài)，其反并聯(lián)二極管參與工作。

當(dāng)處于對(duì)角線的功率開關(guān)(21和24，或22和23)工作在PWM狀態(tài)時(shí)，電路等效為一個(gè)雙開關(guān)Buck-Boost電路，其輸入輸出電壓的關(guān)系為：

其中，D表示功率開關(guān)的導(dǎo)通占空比，取值在0～1之間。因此，無論鋰離子電池組電壓和直流供電母線電壓的大小關(guān)系，通過DCDC功率變換模塊2的變換，在任何情況下都能實(shí)現(xiàn)二者之間的匹配，并根據(jù)供電或充電的需求，實(shí)現(xiàn)功率流向的控制。

根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的又一種實(shí)施方式，所述系統(tǒng)還包括分別與所述控制模塊3連接的顯示模塊和通信模塊。顯示模塊用于輸入基本設(shè)置參數(shù)、查詢鋰離子電池組和本發(fā)明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息。通信模塊用于將所述蓄電池組及本發(fā)明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息傳送到遠(yuǎn)程管理中心，可以為鋰離子電池系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持，為運(yùn)行維護(hù)人員提供故障預(yù)警、故障定位等信息。顯示模塊和通信模塊的具體實(shí)施可以本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式，蓄電池組C的充電電流和/或放電電流由所述控制模塊3根據(jù)電網(wǎng)的峰-平-谷電價(jià)和分布時(shí)段及通信設(shè)備的備用容量需求，計(jì)算得出鋰離子電池組在谷段(電價(jià)最低)的充電電流并控制DCDC功率變換模塊2對(duì)鋰離子電池組C進(jìn)行充電，計(jì)算得出鋰離子電池組C在峰段(電價(jià)最高)的放電電流并控制DCDC功率變換模塊2對(duì)鋰離子電池組C進(jìn)行放電，從而達(dá)到移峰填谷儲(chǔ)能的效果，達(dá)到節(jié)約電費(fèi)的目的。具體地，充電電流可以為蓄電池組總?cè)萘颗c備用容量的差除以谷段時(shí)長(zhǎng)與蓄電池組總電壓的積，放電電流可以為蓄電池組總?cè)萘颗c備用容量的差除以峰段時(shí)長(zhǎng)與蓄電池組總電壓的積。

根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的又一種實(shí)施方式，控制所述蓄電池組C經(jīng)所述功率變換模塊2向所述供電母線放電通過設(shè)置低于供電母線額定電壓的參考電壓進(jìn)行控制。鋰離子電池組放電時(shí)的功率控制算法公式為：

V_o＝V_ref-k_n*I_o (2)

其中，V_o表示鋰離子電池組向48V直流供電母線實(shí)際輸出的電壓；I_o表示鋰離子電池組向48V直流供電母線實(shí)際輸出的電流；k_n表示鋰離子電池組的放電功率控制系數(shù)；V_ref表示期望輸出的參考電壓值，在本處設(shè)定為47V，略低于直流供電母線實(shí)際需要的額定電壓48V。

當(dāng)整流器正常工作時(shí)，直流供電母線電壓由整流器的輸出值決定，為48V，則此時(shí)根據(jù)公式(2)計(jì)算鋰離子電池組的輸出電流為I_o＝-1/k_n<0，即表示鋰離子電池組不需要向直流供電母線輸出電流。當(dāng)發(fā)生故障，整流器停止輸出時(shí)，直流供電母線電壓會(huì)下降，當(dāng)下降至低于47V時(shí)，根據(jù)公式(2)計(jì)算，有I_o＝(V_ref-V_o)/k_n>0，即鋰離子電池組需向直流供電母線輸出電流，以維持直流供電母線電壓的穩(wěn)定。依靠DCDC功率變換模塊2中的負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制的調(diào)節(jié)作用，當(dāng)鋰離子電池組輸出電流與通信設(shè)備輸入電流相等時(shí)，直流供電母線電壓將維持在47V。當(dāng)整流器恢復(fù)輸出時(shí)，使得注入到直流供電母線上的電流總和超過通信設(shè)備所需電流，則母線電壓必然升高，根據(jù)公式(2)計(jì)算鋰離子電池組的輸出電流I_o<0，則鋰離子電池組將停止輸出電流。從而實(shí)現(xiàn)鋰離子電池組的自動(dòng)啟用和停用，提高了鋰離子電池組的應(yīng)用智能化程度。

在此所述的多個(gè)不同實(shí)施例或者其特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中適當(dāng)組合。另外，本發(fā)明的多個(gè)不同方面可使用軟件、硬件、固件或者其組合和/或執(zhí)行所述功能的其它計(jì)算機(jī)實(shí)施的模塊或裝置進(jìn)行實(shí)施。本發(fā)明的軟件實(shí)施可包括保存在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中并由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的可執(zhí)行代碼。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器、ROM、RAM、閃存、便攜計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)如CD-ROM、DVD-ROM、閃盤驅(qū)動(dòng)器和/或例如具有通用串行總線(USB)接口的其它裝置，和/或任何其它適當(dāng)?shù)挠行位蚍嵌虝河?jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或可執(zhí)行代碼可保存于其上并由處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。

除非明確指出，在此所用的單數(shù)形式“一”、“該”均包括復(fù)數(shù)含義(即具有“至少一”的意思)。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，說明書中使用的術(shù)語“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、步驟、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其他特征、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。如在此所用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)列舉的相關(guān)項(xiàng)目的任何及所有組合。

前面說明了本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例，而是可以本發(fā)明主題范圍內(nèi)的其它方式實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思的啟發(fā)和不脫離本發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上對(duì)本發(fā)明作出各種變形和修改，這些變形或修改仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。