CN202076821U - 磷酸铁锂电池应急供电系统和电池充放电管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种磷酸铁锂电池应急供电系统（100），包括：磷酸铁锂电池组模块（2）和电池充放电管理系统（200），用于对磷酸铁锂电池组模块（2）的充电和放电进行管理，该电池充放电管理系统包括：充放电监控模块（1）、放电管理模块（3）和充电管理模块（4），其中所述充放电监控模块（1）与磷酸铁锂电池组模块（2）连接，用以监测所述磷酸铁锂电池组模块（2）在充电和放电过程中的参数，以及该充放电监控模块（1）与所述充电管理模块（3）和充电管理模块（4）连接，并向所述充电管理模块（3）和充电管理模块（4）提供监测数据，其中所述放电管理模块（3）根据所述监测数据对所述磷酸铁锂电池组模块（2）的放电过程进行控制，以及所述充电管理模块（4）根据监测数据对所述磷酸铁锂电池组模块（2）的充电过程进行控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种供电管理装置，特别是涉及一种磷酸铁锂电池应急供电系统和一种电池充放电管理系统。
背景技术
随着通信业务的迅速发展，移动基站已遍布城乡各区域，相应的移动基站对供电需求也在逐年增加。然而，由于我国电力发展相对滞后,全国性缺电较为严重，很多地区出现了电量不足、用电紧张的局面，拉闸限电时有发生。目前移动基站应对紧急停电时普遍采用的是利用阀控密封铅酸蓄电池进行供电。
阀控式密封铅酸蓄电池以其体积小、电压稳定、无污染、重量轻、放电性能高、维护量小等特点，成为通信电源装置的首选电池。但在实际使用中，该铅酸蓄电池存在很多如下缺点:
1)．环境温度过高对阀控密封铅酸蓄电池使用寿命的影响很大，温度升高时，蓄电池的极板腐蚀将加剧，同时将消耗更多的水，从而使电池寿命缩短。蓄电池在25℃的环境下可获得较长的寿命，长期运行温度若升高10℃，使用寿命约降低一半。另外，环境温度25℃～0℃时，每降低1度，放电容量约损失1%，所以电池宜在15℃～20℃环境中工作。
2). 铅酸电池过充电状态下，正极因析氧反应，水被消耗，H＋增加，从而导致正极附近酸度增加，板栅腐蚀加速，使板栅变薄加速电池的腐蚀，使电池容量降低；同时因水损耗加剧，将使蓄电池有干涸的危险，从而影响蓄电池的寿命。
3)铅酸蓄电池过度放电主要发生在交流电源停电后，蓄电池长时间为负载供电。当蓄电池被过度放电到其电压过低甚至为零时，会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸附到蓄电池的阴极表面，在电池的阴极造成“硫酸盐化”。因硫酸铅是一种绝缘体，它的形成必将对蓄电池的充、放电性能产生很大的负面影响，因此在阴极上形成的硫酸盐越多，蓄电池的内阻越大，电池的充、放电性能就越差，蓄电池的使用寿命就越短。
4). 直流装置的开关电源提供的浮充电流对阀控式蓄电池而言有三个作用：供日常性负载电流、补充蓄电池自放电的损失、维持蓄电池内氧循环。若蓄电池在长期浮充电状态下，只充电而不放电，势必会造成蓄电池的阳极极板钝化，使蓄电池内阻增大，容量大幅下降，从而造成蓄电池使用寿命下降。另外，铅酸电池浮充电压的选择应该随电池的状态进行调整，不合适的浮充电压可能造成过充，影响电池的使用寿命，或者使电池长期处于充电不足的状态。
5).铅酸蓄电池价格较低，但由于使用寿命较短，理论上工作7～10年的电池，大都在2～3年内损坏，有的甚至连1年的寿命也达不到，另外，在使用过程中需要人工进行检测及维护，因此使用铅酸蓄电池的成本非常高。
另一方面，现阶段移动基站发电或基站电池的维护常采用小型交流发电机。由于发电机本身重量的限制，通常选用的是功率段为7-8KW，重量在160KG以下，即便如此，也需要四个人才能搬动与使用该发电机。此外，该发电机在基站发电中只能承载100A的整流器负荷，驱动2个50A模块工作，提供约为80－90A，－48V的直流电流。一旦意外停电时，利用此体积大、重量重及不便携带的小型交流发电机来供电，不能满足数量日益增长的基站繁重、持续的供电需求。
发明内容
为避免以上现有技术的不足，本实用新型提供一种磷酸铁锂电池的应急供电系统以及磷酸铁锂电池充放电管理系统，以提供一种成本低、便于维护，使用寿命长的供电管理。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种磷酸铁锂电池应急供电系统，包括：磷酸铁锂电池组模块和电池充放电管理系统，用于对磷酸铁锂电池组模块的充电和放电进行管理，该电池充放电管理系统包括：充放电监控模块、放电管理模块和充电管理模块，其中所述充放电监控模块与磷酸铁锂电池组模块连接，用以监测所述磷酸铁锂电池组模块在充电和放电过程中的参数，以及该充放电监控模块与所述充电管理模块和充电管理模块连接，并向所述充电管理模块和充电管理模块提供监测数据，其中所述放电管理模块根据所述监测数据对所述磷酸铁锂电池组模块的放电过程进行控制，以及所述充电管理模块根据监测数据对所述磷酸铁锂电池组模块的充电过程进行控制。
其中所述的充电管理模块为12伏恒流恒压充电管理模块，所述的充电管理模块通过充放电自动切换开关与所述磷酸铁锂电池组模块相连接。
所述的磷酸铁锂电池组模块为50-250ah12v磷酸铁锂电池组。所述的放电管理模块与至少一个DC/AC逆变输出控制模块和/或至少一个DC/DC逆变输出控制模块相连接。
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种电池充放电管理系统，用于前面所述的磷酸铁锂电池应急供电系统，用于对磷酸铁锂电池组模块的充电和放电进行管理，
该充放电管理系统包括：充放电监控模块、放电管理模块和充电管理模块，其中所述充放电监控模块与磷酸铁锂电池组模块连接，用以监测所述磷酸铁锂电池组模块在充电和放电过程中的参数，以及该充放电监控模块与所述充电管理模块和充电管理模块连接，并向所述充电管理模块和充电管理模块提供监测数据，
其中所述放电管理模块根据所述监测数据对所述磷酸铁锂电池组模块的放电过程进行控制，以及所述充电管理模块根据监测数据对所述磷酸铁锂电池组模块的充电过程进行控制。
相对于现有技术，本实用新型，克服了现有技术中铅酸电池组作为应急供电电源所存在的缺陷，实现的优点在于：
A）. 本实用新型应急供电系统的使用环境温度为-20℃至70℃，冬季较为寒冷的季节，基站室内温度可低至-15℃，炎热季节基站室内可达到50℃，在此温度范围内，磷酸铁锂电池均有很好的性能表现。环境温度对磷酸铁锂电池的影响要远远小于对铅酸电池的影响。
B）. 本实用新型应急供电系统配备电池充放电管理系统，可以监控电池组内各单体电池的电压及电池组的总电压，在充电和放电过程中，总电压达到设定值或单体电压达到设定值，管理系统能及时终止充放电，使电池组不会出现过充过放的情况。
C）. 本实用新型应急供电系统的自放电率很低，搁置30天容量保持率可在98%，因此电池组长期处于浮充状态，开关电源提供的浮充电流几乎全部用于日常性负载电流，用于补充电池组自放电损失的电流很微小。另外，磷酸铁锂电池对浮充电压的选择不敏感，本身耐浮充，更加适用于基站后备电源。
D）. 本实用新型应急供电系统具有免维护、超长使用年限等性能，完全智能化电池管理系统，替代了人工检测环节，电池管理系统的自动侦测和防护性能，让电池组的故障率降低到了极限，超长的设计使用寿命，大大降低了通讯行业的使用成本。
E）.本实用新型应急供电管理装置体积轻巧、便于携带，且在作为供电电源使用时不需要消耗油料。
附图说明
图1所示为根据本实用新型的磷酸铁锂电池应急供电系统的结构示意图；
图2所示为根据本实用新型的磷酸铁锂电池应急供电系统的一个实施例的结构和工作示意图。
具体实施方式
图1所示，为根据本实用新型的磷酸铁锂电池应急供电系统100的结构示意图。如图所示，该磷酸铁锂电池应急供电系统包括：电池组模块2和充放电管理系统200。所述充放电管理系统200包括充放电监控模块1、放电管理模块3和充电管理模块4，其中所述的充放电监控模块1与电池组模块2、放电管理模块3和充电管理模块4连接，以及电池组模块2连接所述放电管理模块3。所述各模块均可以由硬件或固件来实现。
另外，所述的放电管理模块3与电池应急供电系统100中的至少一个DC/AC逆变输出控制模块7和至少一个DC/DC逆变输出控制模块8相连接，其分别用于为外部负载例如基站设备等提供交流和直流输出。
所述的电池组模块2例如为50-250ah12v磷酸铁锂电池组，用于储存电能量。所述的充电管理模块4为12V磷酸铁锂电池进行恒流恒压充电的模块，其一般与外部市电如220v电源相连接，用于对所述电池组模块2进行智能充电。
实施例1
图2所示为本实用新型一个实施例的磷酸铁锂电池应急供电系统的结构和工作示意图。如图所示，其中，磷酸铁锂电池充放电监控单元模块1分别连接到50-250ah12v磷酸铁锂电池组模块2、充放电自动切换开关5和12V磷酸铁锂电池恒流恒压充电管理模块4，所述磷酸铁锂电池组模块2和磷酸铁锂电池恒流恒压充电管理模块4通过所述充放电自动切换开关5相互连接。所述磷酸铁锂电池组模块2通过均衡控制放电管理模块3分别连接有DC/AC逆变输出控制模块7和12v/24v/48vDC/DC逆变输出控制模块8。
关于电池组充电
其中，进一步地，所述12V磷酸铁锂电池恒流恒压充电管理模块4接收来自220v交流输入电压的充电，其具体的充电模式为“恒流-均充减流-涓流浮充”。该“恒流-均充减流-涓流浮充”模式包括：a）在充电早期，采用恒流充电模式；b）当蓄电池电压到达充电机的均充稳压值13.5V 时自动转为定压减流充电；c）当电流减小至阀值时自动转为浮充稳压值12.5V ，此时因蓄电池端电压高于充电机的稳压值，充电电流为零，一般可认定此时蓄电池已充满，完成充电。
若此时继续充电，经过一段时间后，会逐渐出现维持浮充状态的涓流。上述的充电特性，即先以较高的均充定压电压使蓄电池能够较快地充分地充满电，继而以较低的浮充维持电压使蓄电池避免过充电，能实现无人值守或减轻操作人员工作强度。
磷酸铁锂电池充放电监控单元模块1对所述磷酸铁锂电池恒流恒压充电管理模块4的具体充电过程进行监控，包括监测：恒流恒压充电的充电电压、充电电流以及磷酸铁锂电池的当前总容量、当前剩余容量和充电时间。
关于电池组放电
磷酸铁锂电池充放电监控单元模块1还实时监测均衡控制放电管理模块3对所述12v电池组2进行放电的最高及最低电压值。另外，充放电监控单元模块1对充放电自动切换开关5的工作情况也能进行监控。
另一方面，充放电监控单元模块1对于所述DC/AC逆变输出控制模块7和12v/24v/48v/DC-DC输出控制模块8的负载电压电流的变化情况以及蓄电池组的放电时间进行监控。其中，交流DC/AC逆变输出控制模块7可以将12V直流转换220v交流电，输出功率为可根据负载的大小进行调整主要有以下几种规格：500w、1000w、1500w、2000w（瓦）。12v/24v/48v/DC-DC输出控制模块8可以将12V直流通过DC-DC变换器将电压变换为24v/48v直流输出。
在磷酸铁锂电池进行充电和放电的过程时，所述充电管理模块4和均衡控制放电管理模块3能对充电过程和放电过程进行智能控制，从而进行过充电、过放电、过电流和短路保护。当对锂离子电池过充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。为此，充电管理模块需监测电池电压，当其到达电池过充电压时，即激活过充电保护功能，中止充电。对锂离子电池过放电时，锂离子电池电压低于其过放电电压检测点时，即激活过放电保护，使得锂离子电池中止放电，并将电池保持在低静态电流的待机模式。当锂离子电池的放电电流过大或短路情况产生时，均衡控制放电管理模块3则将激活过电流保护功能对锂离子电池进行保护。
在以上陈述的基础上，需要强调的是，以上的各个模块可以为硬件实现方式，也可以是包含软件的实现方式，例如固件。通过在所述的系统中使用微控制器或者处理器，借助于可编程的程序可以实现所述的功能。这对于本领域技术人员而言，是易于理解和实现的。
通过对电池组配置了充电管理模块和放电管理模块，本实用新型的这种智能化充放电模式，改变了以往基站维护人员的使用习惯，延长蓄电池的使用寿命。同时，也极大地提高了蓄电池的充电效率，可节约时间约33%，人力约100%。
Claims (9)
1. 一种磷酸铁锂电池应急供电系统（100），包括：磷酸铁锂电池组模块（2）和电池充放电管理系统（200），用于对磷酸铁锂电池组模块（2）的充电和放电进行管理，
该电池充放电管理系统包括：充放电监控模块（1）、放电管理模块（3）和充电管理模块（4），其中所述充放电监控模块（1）与磷酸铁锂电池组模块（2）连接，用以监测所述磷酸铁锂电池组模块（2）在充电和放电过程中的参数，以及该充放电监控模块（1）与所述充电管理模块（3）和充电管理模块（4）连接，并向所述充电管理模块（3）和充电管理模块（4）提供监测数据，
其中所述放电管理模块（3）根据所述监测数据对所述磷酸铁锂电池组模块（2）的放电过程进行控制，以及所述充电管理模块（4）根据监测数据对所述磷酸铁锂电池组模块（2）的充电过程进行控制。
2. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述的充电管理模块（4）为12伏恒流恒压充电管理模块。
3. 根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述的充电管理模块（4）通过充放电自动切换开关（5）与所述磷酸铁锂电池组模块（2）相连接。
4. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述的磷酸铁锂电池组模块（2）为50-250ah12v磷酸铁锂电池组。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的放电管理模块（3）与至少一个DC/AC逆变输出控制模块（7）和/或至少一个DC/DC逆变输出控制模块（8）相连接。
6. 一种电池充放电管理系统（200），用于权利要求1所述的磷酸铁锂电池应急供电系统，用于对磷酸铁锂电池组模块（2）的充电和放电进行管理，
该充放电管理系统（200）包括：充放电监控模块（1）、放电管理模块（3）和充电管理模块（4），其中所述充放电监控模块（1）与磷酸铁锂电池组模块（2）连接，用以监测磷酸铁锂电池组模块（2）在充电和放电过程中的参数，以及该充放电监控模块（1）与所述充电管理模块（3）和充电管理模块（4）连接，并向所述充电管理模块（3）和充电管理模块（4）提供监测数据，
其中所述放电管理模块（3）根据所述监测数据对所述磷酸铁锂电池组模块（2）的放电过程进行控制，以及所述充电管理模块（4）根据监测数据对磷酸铁锂电池组模块（2）的充电过程进行控制。
7. 根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述的充电管理模块（4）为12伏恒流恒压充电管理模块。
8. 根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述的充电管理模块（4）通过充放电自动切换开关（5）与磷酸铁锂电池组模块（2）相连接。
9. 根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述的放电管理模块（3）与至少一个DC/AC逆变输出控制模块（7）和/或至少一个DC/DC逆变输出控制模块（8）相连接。
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Inventor after: Bao Jing Inventor after: He Xingang Inventor after: Cai Jing Inventor after: Zhang Le Inventor after: Gong Xin Inventor before: Bao Jing Inventor before: He Xingang Inventor before: Cai Jing Inventor before: He Yanmin Inventor before: Zhang Le Inventor before: Gong Xin Inventor before: Liu Baochang |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111214 Termination date: 20200610 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |