一种通信基站中多组电池的矩阵管理系统及方法与流程

本发明涉及通信基站动力系统直流电源技术领域，特别涉及一种通信基站中多组电池的矩阵管理系统及方法。

背景技术：

电动汽车动力电池容量衰减到初始容量80％以下时，就需要更换电池。随着电动汽车的迅猛发展，越来越多的动力电池从电动汽车上退役下来。如果能够有效利用其剩余容量，将其梯次利用到通信基站的电源系统作为后备电源，即节约了能源、又减少了污染排放。

通信基站动力系统直流电源系统通常是采用铅酸电池作为后备电源，铅酸电池的充放电管理由开关电源监控系统完成，没有独立的电池充放电管理系统。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种通信基站中多组电池的矩阵管理系统及方法，以结合多组电池控制单元及合路单元完成多组电池的充放电管理，根据不同使用工况实现特制化智能化的管理模式，解决了多组电池在通信基站中并联使用的环流及安全可靠等问题。

为了实现上述目的，本发明实施提供了一种通信基站中多组电池的矩阵管理系统，包括：负荷开关、主电池管理单元、多个子电池管理单元、多组电池合路单元；每一组电池对应连接至一个电池合路单元及一个子电池管理单元；每组电池通过电池合路单元连接至充电机；

每个所述子电池管理单元用于进行参数采样、运行保护及充放电状态控制，并将第一运行数据发送至所述主电池管理单元；

所述主电池管理单元用于接收所述子电池管理单元上送的第一运行数据，进行第一运行数据存储及管理，控制每组电池组的运行状态，计算电池组总的电荷状态，并将第二运行数据上送至动力环境系统及gprs模块。

一实施例中，每一所述电池合路单元包括：第一逆止二极管、第二逆止二极管、三个控制充放电状态的开关、限流电阻及电流采样元件。

一实施例中，所述控制充放电状态的开关为直流接触器开关、固态继电器开关或者无触点开关。

一实施例中，所述控制充放电状态的开关包括：充电开关、放电开关及限流开关；

所述电流采样元件的一端与所述第一逆止二极管的正极、所述第二逆止二极管的负极及所述限流电阻的一端分别连接，另一端通过对应的电池组连接至所述充电机的正极端；所述第一逆止二极管的负极通过所述充电开关连接至所述充电机的负极端；所述第二逆止二极管的正极连接至所述放电开关之后，通过所述负荷开关连接至所述负极端，并通过一负载连接至所述正极端；所述限流电阻的另一端通过限流开关连接至所述负极端；或

所述电流采样元件的一端与所述第一逆止二极管的负极、所述第二逆止二极管的正极及所述限流电阻的一端分别连接，另一端通过对应的电池组连接至所述充电机的负极端；所述第一逆止二极管的正极通过所述充电开关连接至所述正极端；所述第二逆止二极管的负极连接至所述放电开关之后，通过所述负荷开关连接至所述正极端，并通过一负载连接至所述负极端；所述限流电阻的另一端通过限流开关连接至所述正极端。

一实施例中，每一所述电池合路单元包括：第一逆止二极管、第二逆止二极管、两只控制充放电状态的开关及电流采样元件。

一实施例中，所述控制充放电状态的开关为直流接触器开关、固态继电器开关或者无触点开关。

一实施例中，所述控制充放电状态的开关包括：充电开关、放电开关；

所述电流采样元件的一端与所述第一逆止二极管的正极及所述第二逆止二极管的负极分别连接，另一端通过对应的电池组连接至所述充电机的正极端；所述第一逆止二极管的负极通过所述充电开关连接至所述充电机的负极端；所述第二逆止二极管的正极连接至所述放电开关之后，通过所述负荷开关连接至所述负极端，并通过一负载连接至所述正极端；或

所述电流采样元件的一端与所述第一逆止二极管的负极及所述第二逆止二极管的正极分别连接，另一端通过对应的电池组连接至所述充电机的负极端；所述第一逆止二极管的正极通过所述充电开关连接至所述正极端；所述第二逆止二极管的负极连接至所述放电开关之后，通过所述负荷开关连接至所述正极端，并通过一负载连接至所述负极端。

为了实现上述目的，本发明实施提供了一种通信基站中多组电池的矩阵管理方法，应用于上述矩阵管理系统，包括：

所述子电池管理单元对与其连接的一组电池进行参数采样、运行保护及充放电状态控制，并将第一运行数据发送至所述主电池管理单元；

所述主电池管理单元接收每个所述子电池管理单元上送的第一运行数据，进行第一运行数据存储，控制每组电池组的运行状态，计算电池组总的电荷状态，并将第二运行数据上送至动力环境系统及gprs模块，其中，所述第二运行数据包括电池管理单元发送的第一运行数据。

一实施例中，所述子电池管理单元对与其连接的一组电池进行参数采样、运行保护及充放电状态控制，包括：

所述子电池管理单元对与其连接的一组电池进行单电池电压采样、单电池温度采样以及充放电电流采样；

所述子电池管理单元对与其连接的一组电池进行过欠压报警及保护、高低温报警、高低温保护及限流保护；

根据所述第一运行数据进行充放电状态控制。

本发明实施例的有益效果在于，利用本发明，可以结合多组电池控制单元及合路单元完成多组电池的充放电管理，根据不同使用工况实现特制化智能化的管理模式，解决了多组电池在通信基站中并联使用的环流及安全可靠等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明通信基站中多组电池的矩阵管理系统在整个基站组网系统中的结构示意图；

图2a为本发明一实施例的所有电池合路单元的电路示意图一；

图2b为本发明一实施例的所有电池合路单元的电路示意图二；

图3a为本发明另一实施例的所有电池合路单元的电路示意图一；

图3b为本发明另一实施例的所有电池合路单元的电路示意图二；

图4为本发明实施例的矩阵管理模式示意图；

图5为本发明通信基站中多组电池的矩阵管理方法流程图一；

图6为本发明通信基站中多组电池的矩阵管理方法流程图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着梯次锂电的存量越来越大，锂代铅无论从经济和技术上都成为可能。而在逐步取代的过程中更多地基站存在多组电池并联的情况，多组电池可能都是铅酸、铅酸和锂电或者都是锂电。多组电池在通信基站中的矩阵管理系统可以有效地管理基站中多组电池的充放电情况，根据不同工况选用不同模式，充分利用电池的剩余能量，延长电池使用寿命，保证基站安全可靠运行。

本发明实施例提供了一种通信基站中多组电池的矩阵管理系统，该通信基站中多组电池的矩阵管理系统包括：负荷开关、主电池管理单元、多个子电池管理单元、多组电池合路单元；每一组电池对应连接至一个电池合路单元及一个子电池管理单元；每组电池通过电池合路单元连接至充电机。

每个所述子电池管理单元用于对与其连接的一组电池进行参数采样、运行保护及充放电状态控制，并将第一运行数据发送至所述主电池管理单元。

一实施例中，参数采样可以包括：单电池电压采样、单电池温度采样以及充放电电流采样。

一实施例中，运行保护可以包括：过欠压报警及保护、高低温报警、高低温保护及限流保护。

每个所述子电池管理单元用于对与其连接的一组电池进行电荷状态(stateofchargesoc)等参数计算、并将第一运行数据进行存储、智能分拣及远传等。

一实施例中，上述第一运行数据可以包括：单电池电压、单电池温度、充放电电流等。

所述主电池管理单元用于接收所述子电池管理单元上送的第一运行数据，进行第一运行数据存储及管理，控制每组电池组的运行状态，计算电池组总的电荷状态，并将第二运行数据上送至动力环境系统及gprs模块。该第二运行数据包括上述所有电池组对应的第一运行数据，即包括单电池电压、单电池温度、充放电电流等。

一实施例中，主电池管理单元可以为多个子电池管理单元中的一个。

图1为通信基站中多组电池的矩阵管理系统在整个基站组网系统中的结构示意图，如图1所示，每组电池组及合路单元连接至对应的电池管理单元(batterymanagementunitebmu)，每个与电池组对应的电池管理单元均连接至主电池管理单元(bmu主控)，bmu主控连接至动力环境系统、gprs模块及后台服务器，用于上送数据至动力环境系统、gprs模块及后台服务器。每组电池通过电池合路单元连接至充电机，电池管理单元可以通过控制合路单元，使得充电机为电池组充电及放电操作。

一实施例中，每一所述电池合路单元包括：两个逆止二极管(可以称为第一逆止二极管、第二逆止二极管)、三个控制充放电状态的开关、限流电阻r(r1、r2…rn)及电流采样元件fl(fl1、fl2…fln)。

所述控制充放电状态的开关可以为直流接触器开关、固态继电器开关或者无触点开关，视具体工况和实际要求来确定。电流采样元件fl具体可以有分流器或者霍尔传感器来实现，视具体工况和实际要求来确定。

一实施例中，控制充放电状态的开关包括：充电开k11关、放电开关k12及限流开关k13。

图2a为本发明一实施例的所有电池合路单元的电路示意图一，该电池合路单元采用共地(+48v)接法，如图2a所示，以第一个电池合路单元为例(包括第一逆止二极管、第二逆止二极管、充电开k11关、放电开关k12及限流开关k13、限流电阻r1及电流采样元件fl1)，其他电池合路单元的连接方法与该电池合路单元一致。电流采样元件fl1的一端与所述第一逆止二极管的正极、所述第二逆止二极管的负极及所述限流电阻r1的一端分别连接，另一端通过对应的电池组g1连接至充电机的正极端(b+)；所述第一逆止二极管的负极通过所述充电开关k11连接至所述充电机的负极端(b-)；所述第二逆止二极管的正极连接至所述放电开关k12之后，通过所述负荷开关k0连接至所述负极端(b-)，并通过一负载z连接至所述正极端(b+)；所述限流电阻r1的另一端通过限流开关k13连接至所述负极端(b-)；

图2b为本发明一实施例的所有电池合路单元的电路示意图二，该电池合路单元采用共-48v接法，如图2b所示，以第一个电池合路单元为例(包括第一逆止二极管、第二逆止二极管、充电开k11关、放电开关k12及限流开关k13、限流电阻r1及电流采样元件fl1)，其他电池合路单元的连接方法与该电池合路单元一致。所述电流采样元件fl1的一端与所述第一逆止二极管的负极、所述第二逆止二极管的正极及所述限流电阻r1的一端分别连接，另一端通过对应的电池组g1连接至所述充电机的负极端(b-)；所述第一逆止二极管的正极通过所述充电开关k11连接至所述正极端(b+)；所述第二逆止二极管的负极连接至所述放电开关k12之后，通过所述负荷开关k0连接至所述正极端，并通过一负载z连接至所述负极端；所述限流电阻r1的另一端通过限流开关k13连接至所述正极端(b+)。

一实施例中，每一所述电池合路单元包括：两个逆止二极管(可以称为第一逆止二极管、第二逆止二极管)、三个控制充放电状态的开关及电流采样元件fl(fl1、fl2…fln)。

所述控制充放电状态的开关可以为直流接触器开关、固态继电器开关或者无触点开关，视具体工况和实际要求来确定。电流采样元件fl具体可以有分流器或者霍尔传感器来实现，视具体工况和实际要求来确定。

一实施例中，控制充放电状态的开关包括：充电开k11关、放电开关k12。

图3a为本发明另一实施例的所有电池合路单元的电路示意图一，该电池合路单元采用共地(+48v)接法，如图3a所示，以第一个电池合路单元为例(包括第一逆止二极管、第二逆止二极管、充电开k11关、放电开关k12及电流采样元件fl1)，其他电池合路单元的连接方法与该电池合路单元一致。所述电流采样元件fl1的一端与所述第一逆止二极管的正极及所述第二逆止二极管的负极分别连接，另一端通过对应的电池组g1连接至所述充电机的正极端(b+)；所述第一逆止二极管的负极通过所述充电开关k11连接至所述充电机的负极端(b-)；所述第二逆止二极管的正极连接至所述放电开关ka12之后，通过所述负荷开关k0连接至所述负极端(b-)，并通过一负载z连接至所述正极端(b+)。

图3b为本发明另一实施例的所有电池合路单元的电路示意图二，该电池合路单元采用共-48v接法，如图3b所示，以第一个电池合路单元为例(包括第一逆止二极管、第二逆止二极管、充电开k11关、放电开关k12及电流采样元件fl1)，其他电池合路单元的连接方法与该电池合路单元一致。所述电流采样元件fl1的一端与所述第一逆止二极管的负极及所述第二逆止二极管的正极分别连接，另一端通过对应的电池组g1连接至所述充电机的负极端(b-)；所述第一逆止二极管的正极通过所述充电开关k11连接至所述正极端(b+)；所述第二逆止二极管的负极连接至所述放电开关k12之后，通过所述负荷开关k0连接至所述正极端(b+)，并通过一负载z连接至所述负极端(b-)。

图4为本发明实施例的矩阵管理模式示意图，结合下式可知，多组电池在通信基站中可以采用矩阵管理方式，可以根据不同工况进行多组电池的充放电管理，充分利用电池的剩余能量，延长电池使用寿命，保证基站安全可靠运行。

其中，g1、g2…gn分别为电池组，行为每个电池组的开关，列为电池组的充放电状态。

基于上述矩阵管理系统，本发明实施例提供了一种矩阵管理方法如下面实施例所述。由于该矩阵管理方法解决问题的原理与矩阵管理系统相似，因此该矩阵管理方法的实施可以参见矩阵管理系统的实施，重复之处不再赘述。

图5为本发明通信基站中多组电池的矩阵管理方法流程图，如图5所示，该矩阵管理方法包括如下步骤：

s501：所述子电池管理单元对与其连接的一组电池进行参数采样、运行保护及充放电状态控制，并将第一运行数据发送至所述主电池管理单元；

s502：所述主电池管理单元接收每个所述子电池管理单元上送的第一运行数据，进行第一运行数据存储，控制每组电池组的运行状态，计算电池组总的电荷状态，并将第二运行数据上送至动力环境系统及gprs模块。

其中，所述第二运行数据包括电池管理单元发送的第一运行数据。

一实施例中，如图6所示，所述子电池管理单元对与其连接的一组电池进行参数采样、运行保护及充放电状态控制，包括：

s601：所述子电池管理单元对与其连接的一组电池进行单电池电压采样、单电池温度采样以及充放电电流采样；

s602：所述子电池管理单元对与其连接的一组电池进行过欠压报警及保护、高低温报警、高低温保护及限流保护；

s603：根据所述第一运行数据进行充放电状态控制。放电状态控制主要是控制充放电状态的开关的开闭，具体参见图2a至图3b及对应的文字描述。

每个所述子电池管理单元还可以对与其连接的一组电池进行电荷状态(stateofchargesoc)等参数计算、并将第一运行数据进行存储、智能分拣及远传等。上述第一运行数据可以包括：单电池电压、单电池温度、充放电电流等。

下面结合几种具体的实施例说明本发明的充放电管理：

实施案例一(共三组电池组：其中一组铅酸、两组梯次电池，对应三四类市电)：

适合的充电方式：依次充电、铅酸充满后继续浮充、梯次锂电充满后根据要求可选择浮充或备电搁置，交流失电后同时放电，放电到二次下电电压时，切断放电回路。市电正常时，负载始终由充电机供电。

实施案例二(共三组梯次电池，对应新能源工况)：

适合的充电方式：同时充电，因为设有限流保护，不会发生过充。充满后，根据要求可浮充，可备电搁置。放电时，由梯次锂电带载放电。

实施案例三(共三组电池组：一组铅酸、两组梯次电池，对应削峰填谷工况)：

适合的运行方式：需要充电时同时充电，需要放电时断开充电机与负载的连接，由梯次锂电带载放电，铅酸备用；

谷供电8小时：开始充电；平供电8小时，保持充满状态；峰供电电池放电。

实施案例四(两组铅酸，对应正常工况)：

多组电池矩阵管理模式不但对梯次电池能有效管理，对原来配有两组铅酸的蓄电池也能有效管理，即可避免电池组间并联产生环流，也可灵活选择充放电策略及满电运行方式；

适合的运行方式：可同时充电或依次充电；放电时同时放电；

实施案例五(多组电池组，对应特殊工况—有时需停用)：

多组电池矩阵管理模式对特殊工况，例如：有时需停用的基站，不但能远程切断负载(断开负荷开关k0)，而且能随时补充电池自放电。避免电池长期搁置自放电过大影响电池使用寿命。

本发明实施例的通信基站中多组电池的矩阵管理系统可以采用多组电池在通信基站中的矩阵管理模式，解决了多组电池在通信基站应用中的环流及安全可靠问题，能够适应不同类型、不同容量电池之间的并联，适用于各种不同的使用工况。使车用动力电池退役后剩余能量能够得到充分的利用，减少了碳排放和环境污染，响应了国家在绿色经济、循环经济、低碳经济等的刚性需求，同时也有很好的经济效益和社会效益。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。