一种适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及通讯基站技术领域，特别涉及一种适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统及其控制方法。

背景技术

通讯基站为公用移动通信基站，是移动设备接入互联网的接口设备，也是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。通信基站设备会因为市电停电或间断而造成影响，为了避免通信基站不因市电停电而产生故障，蓄电池成为了通信基站供电系统中的重要组成部分。

基站常选用铅酸电池作为通信基站的备用电源，但是铅酸电池的使用寿命短，主要是因为铅酸电池频繁充放电或因为铅酸电池放电后还未充满电就再次放电，使铅酸电池容量累积性亏损，导致其使用寿命短。因此现有技术中是将铅酸电池和锂电池混合使用，能在一定程度上缓解铅酸电池的频繁充放电的缺陷，如专利号为CN201520429295.4所公开的通信基站的电池混合应用系统。但是对于不同状态下新旧电池混用，尤其是面临传统铅酸的混用。当新旧电池的性能不一致时，电池组之间产生环流及偏流，内阻小的电池承担大电流，内阻大的电池承担小电流，结果就造成内阻小的电池容量快速衰减，缩短电池寿命。不同电池组的放电难以进行调度，造成部分锂电池组过度消耗，或在市电失电状态下锂电池组不能供电，造成基站供电稳定性差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统及其控制方法，以解决上述技术问题。

一种适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统及其控制方法，包括市电，一个与所述市电连接的开关电源，一个与所述开关电源连接的通讯设备，以及一个与所述开关电源连接的新旧电池混用储能模块。所述开关电源用于检测所述市电是否正常同时转换所述市电。所述新旧电池混用储能模块包括一个与所述开关电源连接的智控盒，至少两个与所述智控盒连接的铅酸电池组，以及多个与所述智控盒连接的锂电池组。所述智控盒包括一个与所述开关电源连接的开关电源接入口，一个与所述开关电源接入口连接的电压变换电路，一个与所述电压变换电路连接的电池接入口，以及一个控制所述智控盒的管理单元。经所述开关电源变换后的电压通过所述开关电源接入口输入所述电压变换电路中。所述电压变换电路用于隔离和变换电压，所述电池接入口设置至少两个的铅酸接口，以及多个锂电池接口。两个所述铅酸接口分别与两个所述铅酸电池组连接，所述锂电池接口与所述锂电池组连接。所述铅酸接口和所述锂电池接口分别独立设置，并由所述管理单元独立控制。所述锂电池组内嵌BMS管理系统，采集电池数据并根据电池状态关闭或打开MOS。

进一步地，所述开关电源接入口与所述开关电源之间设有两路路线，其中一路为主线路，另一路为备用线路。

进一步地，所述电压变换电路由双向DC-DC模块组成，当蓄电池组需要充电时，将从所述开关电源接入口输入的电压提高到比电池组的电压高，并将总电流分成多路流向电池组，当电池组放电时，将电池组的电压抬高于所述开关电源的输出电压，并将电池组电流汇总后分两路流回所述开关电源，所述电压变换电路还可以由单向DC-DC模块组成，充电时不做变压，放电时做变压。

进一步地，所述铅酸接口的电流为150A，所述锂电池接口的通道总电流为负载电流的1.5倍，单个所述锂电池接口的电流以50A为一档，所述锂电池组的工作电压范围为44～56.5V。

进一步地，所述适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统还可以在所述开关电源和所述智控盒之间增加一个边缘网关，所述边缘网关与所述开关电源和所述智控盒进行RS485协议对接，通过所述边缘网关对整个储能系统实现指令下发。

进一步地，所述适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统还可以取消所述铅酸接口，将所述铅酸电池组挂在所述开关电源的母排上，并连接智能断路器进行控制，所述智能断路器与所述智控盒进行RS485协议对接，当市电掉电时，由所述智控盒告知所述智能断路器，打开开关，使所述铅酸电池组放电。

一种适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统的控制方法，其包括以下步骤：

步骤S1：所述智控盒根据地方的峰谷时间段设置削峰填谷的运行策略，尖电价时段对应削峰模式，谷电价时段对应填谷模式，平电价时段对应搁置模式，所述智控盒设定输出、输入上下限电压，单通道限流值，最小工作通道等参数，所述开关电源的输出电压为53.5V，且为恒压输出模式；

步骤S2：所述开关电源检测市电是否正常并将信息传输给所述智控盒，所述智控盒根据时间点和所收到的信息判断并启动相应的模式；

步骤S3.1：当市电正常，所述智控盒根据时间点判断时间处于削峰模式时，所述智控盒打开输出通道且所述锂电池组的MOS打开，使所述锂电池组放电并通过所述电压变换电路将多路的所述锂电池组所放电的电流汇总后，将输出电压抬高至55V，然后分两路输出到所述开关电源，此时所述锂电池组的输出电压大于所述开关电源的输出电压53.5V，开关电源停止输出，所述锂电池组直接给所述通讯设备的网络负载供电；

步骤S3.2：当市电正常，所述智控盒根据时间点判断时间处于填谷模式且所述锂电池组未满电时，所述智控盒打开输入通道，此时所述开关电源分两路输出，一路给通讯设备供电，一路给所述锂电池组充电，所述电压变换电路将开关电源输入电流汇总后分流到每个电池通道，给每个通道的电池进行充电；

步骤S3.3：当市电正常，所述智控盒根据时间点判断时间处于搁置模式，所述智控盒关闭输入或输出通道，所述锂电池组不工作处于静置状态，所述开关电源只给所述通讯设备供电；

步骤S3.4：当所述开关电源检测到市电电压为0时，所述开关电源发出市电掉电信息给所述智控盒，所述智控盒打开所述铅酸电池组的输出通道，所述铅酸电池组开启放电，给所述通讯设备供电；

步骤S3.5：由于所述铅酸电池组会输出电量且所述铅酸电池组因为自身的原因发生亏电，当所述智控盒检测到所述铅酸电池组的电压低于50V时且未处于削峰模式时间段时，此时所述智控盒开启所述铅酸电池组的输入通道，给所述铅酸电池组补电。

进一步地，在上述步骤S3.1中，当设置的削峰模式时间到点后或所述智控盒检测到电池电压低于截止电压时，所述智控盒关闭输出通道并下发指令给所述开关电源，使所述锂电池组停止供电，且所述开关电源恢复工作以恒压53.5V供电。

进一步地，在上述步骤S3.2中，当所述锂电池组的电压低于53.5V时，此时所述电压变化电路不做电压变化，只是将电流分流，当所述锂电池组的电压高于53.5V时，此时所述电压变化电路做电压变化，将输入电压抬高后并将输入电流分流给电池充电。

进一步地，在上述步骤S3.2中，当单个所述锂电池组充满电时，BMS关闭充电MOS，此时所述智控盒通知所述开关电源降低相应的输出电流，避免浮充现象，当所述开关电源检测到负载突然出现较大电流且超过限流点时，开关电源通知智控盒关闭输入通道，降低开关电源输出。

与现有技术相比，本发明提供的适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统独立设置两个所述铅酸接口，用于铅酸电池补电和掉电时备电，在市电掉电后，系统能够快速响应打开铅酸电池组，给网络负载供电，响应速度≤10ms，实现市电掉电后的供电。所述铅酸接口和所述锂电池接口分别独立设置，所述管理单元独立设置各个通道的参数，并由所述管理单元独立控制各个通道，从而使电池充放电通道独立控制，可以实现不同使用程度、不同容量、不同品牌的电池组共同工作，并解决不同内阻电池之间环流、偏流、电压差等问题。同时根据地方峰谷时间段，在不同的时间段由不同的电源进行供电，利用基站谷时段的低负荷时对蓄电池进行充电，在基站峰时段高负荷时蓄电池进行放电，更合理利用电力，从而提高整体工作效率，设计更合理。

附图说明

图1为本发明提供的一种适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统的结构示意图。

图2为图1的适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统具有的新旧电池混用储能模块的结构示意图。

图3为图1的适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统增加边缘网关的结构示意图。

图4为图1的适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统增加智能断路器的截面结构示意图。

图5为图1的适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。

如图1至图5所示，其为本发明提供的适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统的结构示意图。所述适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统包括市电10，一个与所述市电10连接的开关电源20，一个与所述开关电源20连接的通讯设备30，以及一个与所述开关电源20连接的新旧电池混用储能模块40。可以想到的是，所述适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统还包括其他的一些功能模块，如电路元件，以及控制模块等等，其为本领域技术人员所习知的技术，在此不再赘述。

所述市电10为工频交流电(AC)，并主要用于给所述通讯设备30和所述新旧电池混用储能模块40充电。通过引进AC380V的市电，所述市电10给空调照明等生活用电供电，并经过所述开关电源20的变换，将AC380V逆变成DC48V，给所述通讯设备30供电或给所述新旧电池混用储能模块40充电。所述开关电源20用于检测所述市电10是否正常即检测所述市电10是否会突然出现较大的电流或是否断电，同时将所述市电10转换成DC48V，以作为所述通讯设备30的供电来源和所述新旧电池混用储能模块40的充电来源。

所述通讯设备30运行中的网络负载电流为20～300A，负载电流大小取决于通信设备数量，且整个直流侧设备均为48V标称输出。其单个通信设备需要满足44V～57V的工作电压区间，由于通信设备上塔后电压不低于48V且上塔有近2V的压降，则其有效工作区间应当为50V～57V，铅酸满电电压为53.5V，为保证所述开关电源20的输出电压与铅酸电压处于平衡状态，即铅酸满电电压亦为所述开关电源20的恒压输出电压，所述开关电源20在调压时有0.5V电压波动，范围为53～54V。

所述新旧电池混用储能模块40包括一个与所述开关电源20连接的智控盒41，至少两个与所述智控盒41连接的铅酸电池组42，以及多个与所述智控盒41连接的锂电池组43。其中所述锂电池组43用于基站直流侧通信设备的削峰，当市电处于峰时段时，由所述锂电池组43进行供电，当市电处于谷时段时，所述锂电池组43进行充电。当市电处于平时段时，市电直接供电。当市电交流点为0时，所述铅酸电池组42供电。所述智控盒41控制所述锂电池组43、所述铅酸电池组42、市电的供电系统的切换，数据传输及指令下发，管理电池的共充放、分步充放。

所述智控盒41包括一个与所述开关电源20连接的开关电源接入口411，一个与所述开关电源接入口411连接的电压变换电路412，一个与所述电压变换电路412连接的电池接入口413，以及一个控制所述智控盒41的管理单元414。

经所述开关电源20逆变后的电压通过所述开关电源接入口411输入所述电压变换电路412中，所述开关电源接入口411与所述开关电源20之间设有两路路线，其中一路为主线路，另一路为备用线路，当一路的路线受损时，另一路的路线依旧可以正常工作，提高整体稳定性。

所述电压变换电路412由双向DC-DC模块组成，并用于隔离和变换电压。当蓄电池组需要充电时，所述电压变换电路412将从所述开关电源接入口411输入的电压提高到比电池组的电压高，并将总电流分成多路流向电池组，从而使电池组进行充电。当电池组放电时，所述电压变换电路412将电池组的电压抬高于所述开关电源20的输出电压，并将电池组电流汇总后分两路流回所述开关电源20，从而蓄电池组放电为网络负载供电。可以想到的是，所述电压变换电路412也可以由单向DC-DC模块组成，充电时不做变压，放电时做变压。

所述电池接入口413设置至少两个150A的铅酸接口4131，以及多个锂电池接口4132。

两个所述铅酸接口4131作为铅酸电池接口分别与两个所述铅酸电池组42连接，并用于铅酸电池补电和掉电时的备电。当所述铅酸电池组42处于满电时，此所述铅酸接口4131处于常闭状态。当市电掉电或补电时，所述铅酸接口4131处于打开状态。所述铅酸接口4131的数量与所述铅酸电池组42的数量相同，由于基站内常规使用两组48500～48800铅酸电池组，因此设有两路铅酸接口。所述锂电池接口4132与所述锂电池组43连接，所述锂电池接口4132根据通讯基站的实际负载电流进行配置，所述锂电池接口4132的通道总电流为负载电流的1.5倍，单个所述锂电池接口4132的电流以50A为一档，如基站负载电流为50A时，所述锂电池接口4132的数量为2个50A；再比如基站负载电流为100A时，所述锂电池接口4132的数量为3个50A。所述锂电池组43内嵌BMS管理系统，采集电池、电压、电流、容量等数据并根据电池状态关闭或打开MOS。所述锂电池组43的工作电压范围为44～56.5V。

所述铅酸接口4131和所述锂电池接口4132分别独立设置，并由所述管理单元41独立控制各个通道。所述管理单元414与所述开关电源接入口411、所述电压变换电路412、所述电池接入口413，以及所述锂电池组的BMS实现CAN通讯，实现电压补偿功能、电池电压、电流、温度、输入电流、单个通道的输入/输出电压、通道开启状态等信息交互。所述管理单元414与所述开关电源20进行RS485协议对接，实现所述开关电源20与所述智控盒41的信息交互，所述开关电源20将所述市电10的电压电流、负载、开关电源输出电压等信息传送给所述智控盒41，所述41智控盒亦将削峰填谷指令、充放电策略等策略下发给各个模块。所述管理单元414独立设置各个通道的削峰填谷策略、充放电电压、充放电电流系数、充放电顺序、电池过压、欠压、过流，以及过热等保护参数，从而使电池充放电通道独立控制，可以实现不同使用程度、不同容量、不同品牌的电池组共同工作，并解决不同内阻电池之间环流、偏流、电压差等问题。

所述适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统也适用于梯次锂电池，只需要将所述铅酸电池组42替换为梯次锂电池，并设置在相同位置，也能实现相同效果。

如图3所示，所述适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统还可以在所述开关电源20和所述智控盒41之间增加一个边缘网关44。所述边缘网关44与所述开关电源20和所述智控盒41进行RS485协议对接，实现信息交互，通过所述边缘网关44对整个储能系统实现指令下发，削峰填谷参数修改，数据上传等操作，也能很好的进行控制。

如图4所示，所述适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统还可以取消所述铅酸接口4131，将所述铅酸电池组42挂在所述开关电源20的母排上，并连接智能断路器45进行控制。所述智能断路器45的断路器处于常开状态，使所述铅酸电池组42平时处于静止状态。所述智能断路器45与所述智控盒41进行RS485协议对接，当市电掉电时，由所述智控盒41告知所述智能断路器45，打开开关，使所述铅酸电池组42放电，从而也能在市电断电时，通过铅酸电池进行供电。所述智能断路器45具备时间控制功能，每隔半个月打开开关给铅酸补电，具体时间可以根据实际需要而设置。

本发明还提供一种适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统的控制方法，如图5所示，其根据地方峰谷时间段，在不同的时间段由不同的电源进行供电，具体包括以下步骤：

步骤S1：所述智控盒41根据地方的峰谷时间段设置削峰填谷的运行策略，尖电价时段对应削峰模式，谷电价时段对应填谷模式，平电价时段对应搁置模式。所述智控盒41设定输出、输入上下限电压，单通道限流值，最小工作通道等参数，所述开关电源20的输出电压为53.5V，且为恒压输出模式。

步骤S2：所述开关电源20检测市电是否正常并将信息传输给所述智控盒41，所述智控盒41根据时间点和所收到的信息判断并启动相应的模式。

步骤S3.1：当市电正常，所述智控盒41根据时间点判断时间处于削峰模式时，所述智控盒41打开输出通道且所述锂电池组43的MOS打开，使所述锂电池组43放电并通过所述电压变换电路412将多路的所述锂电池组43所放电的电流汇总后，将输出电压抬高至55V，然后分两路输出到所述开关电源20，此时所述锂电池组43的输出电压大于所述开关电源20的输出电压53.5V，开关电源停止输出，所述锂电池组43直接给所述通讯设备30的网络负载供电。

步骤S3.2：当市电正常，所述智控盒41根据时间点判断时间处于填谷模式且所述锂电池组45未满电时，所述智控盒41打开输入通道，此时所述开关电源20分两路输出，一路给通讯设备供电，一路给所述锂电池组43充电。所述电压变换电路412将开关电源输入电流汇总后分流到每个电池通道，给每个通道的电池进行充电。

步骤S3.3：当市电正常，所述智控盒41根据时间点判断时间处于搁置模式，所述智控盒41关闭输入或输出通道，所述锂电池组43不工作处于静置状态，所述开关电源20只给所述通讯设备30供电。

步骤S3.4：当所述开关电源20检测到市电电压为0时，所述开关电源20发出市电掉电信息给所述智控盒41，所述智控盒41打开所述铅酸电池组42的输出通道，所述铅酸电池组42开启放电，给所述通讯设备30供电。

步骤S3.5：由于所述铅酸电池组42输出电量且所述铅酸电池组42因为自身的原因发生亏电，当所述智控盒41检测到所述铅酸电池组42的电压低于50V时且未处于削峰模式时间段时，此时所述智控盒41开启所述铅酸电池组42的输入通道，给所述铅酸电池组42补电。

在上述步骤S3.1中，当设置的削峰模式时间到点后或所述智控盒41检测到电池电压低于截止电压时，所述智控盒41关闭输出通道并下发指令给所述开关电源20，使所述锂电池组43停止供电，且所述开关电源20恢复工作以恒压53.5V供电。

在上述步骤S3.1中，当所述锂电池组43的电池配置容量冗余较大时，所述智控盒21可以分步打开输出通道，当某一个通道的电池电压低于50V时，打开另外一个输出通道，电池组开始放电并关闭低电压通道。

在上述步骤S3.2中，当所述锂电池组43的电压低于53.5V时，此时所述电压变化电路412不做电压变化，只是将电流分流，当所述锂电池组43的电压高于53.5V时，此时所述电压变化电路412做电压变化，将输入电压抬高后并将输入电流分流给电池充电。

在上述步骤S3.2中，当单个所述锂电池组43充满电时，BMS关闭充电MOS，此时所述智控盒41通知所述开关电源20降低相应的输出电流，避免浮充现象，当所述开关电源20检测到负载突然出现较大电流且超过限流点时，开关电源通知智控盒关闭输入通道，降低开关电源输出。

与现有技术相比，本发明提供的适用于通讯基站铅酸与锂电池混用的储能系统独立设置两个所述铅酸接口4131，用于铅酸电池补电和掉电时备电，在市电掉电后，系统能够快速响应打开铅酸电池组，给网络负载供电，响应速度≤10ms，实现市电掉电后的供电。所述铅酸接口4131和所述锂电池接口4132分别独立设置，所述管理单元414独立设置各个通道的参数，并由所述管理单元41独立控制各个通道，从而使电池充放电通道独立控制，可以实现不同使用程度、不同容量、不同品牌的电池组共同工作，并解决不同内阻电池之间环流、偏流、电压差等问题。同时根据地方峰谷时间段，在不同的时间段由不同的电源进行供电，利用基站谷时段的低负荷时对蓄电池进行充电，在基站峰时段高负荷时蓄电池进行放电，更合理利用电力，从而提高整体工作效率，设计更合理。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。