专利名称：通信基站最大功率点跟踪风光电互补供电蓄电池恒温箱的制作方法
技术领域：
本实用新型属于温度调节装置技术领域，涉及一种通信基站用蓄电池恒温箱，特 别是一种使用具有最大功率点跟踪功能的风光电互补供电装置的通信基站用智能型蓄电 池恒温箱。
背景技术：
通信基站用蓄电池组是基站实现不间断供电的一个重要组成部分。目前通信基站 采用的主要是阀控式铅酸蓄电池，这种电池在推广初期被供应商宣传为“免维护”电池。但 从近年来使用的情况看，其普遍存在着蓄电池容量下降过快、使用寿命短的现象，即原来设 计免维护阀控式铅酸蓄电池浮充使用的理论寿命为10年以上，而实际使用中却普遍未能 达到这一设计目标。经本领域技术专家的研究分析表明，阀控式铅酸蓄电池维护的关键在 于控制环境的温度及电池充放电。相同的电池，在不同的设备条件、不同的使用条件和不同 的维护条件下使用寿命相差很大，而环境温度则是影响蓄电池寿命最重要的因素之一。蓄 电池使用的最佳环境温度是23 25°C，面基站设备在环境温度高于35°C时仍可正常工作。 由于目前基站内的蓄电池通常和设备放置在同一基站房内，工作中要利用机房空调将环境 温度维持在蓄电池所需的最佳温度23 25°C，为满足基站内的恒温环境，通常就得安装3 匹至5匹空调器，夏季降温，冬季加温，这样每年基站耗能就相当可观。据统计，目前全国有 50多万个通信基站，以每年每个基站空调费用大约一万元左右计，则年支出电费就高达50 多亿元，成为通信行业一笔耗资巨大的开支，因此，节能减排、降低空调使用成本已成为迄 今国内外各大通信运营商行业日趋重视并亟待解决的问题。另一方面，随着人类经济社会 的快速发展，电能短缺已成为世界性问题。太阳能、风能等由于具有丰富、清洁、安全、方便 的优点，是迄今被广泛大力推广使用的可再生能源，然而，由于太阳能、风能的波动性和随 机性，供电系统输出的电能波动很大，因此本领域目前仍不得不倚赖于电能的使用，这同样 也是时下空调使用成本居高不下的一个重要原因。
实用新型内容本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供一种结构合 理、使用方便、投资少、电能耗费量低、经济效益好、既可满足基站内的恒温环境又能保证蓄 电池使用的最佳环境温度的最大功率点跟踪的风光电互补供电蓄电池恒温箱。为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的所提供的通信基站最大功 率点跟踪风光电互补供电蓄电池恒温箱具有一个设置在基站机房室内的带有活动门体的 保温箱体，箱体内放有一组或多组蓄电池组，在箱体内设有由采用光伏最大功率点跟踪功 能的风光电互补供电装置控制驱动的一体式空调机，在箱体一侧保温板的上方和下方分别 开有一个内装排风扇并带有防尘网的百叶窗和一个内装进风扇并带有防尘网的百叶窗，所 说的排风扇和进风扇均由采用光伏最大功率点跟踪功能的风光电互补供电装置控制驱动。本实用新型的进一步实现方案在于采用光伏最大功率点跟踪功能的风光电互补供电装置由太阳能电池板、风力发电机、最大功率点跟踪光伏控制器、风力机控制器、智能 控制器、DC/AC逆变器、带温度传感器的恒温箱控制器组成，其中太阳能电池板和风力发电 机的输出端分别经最大功率点跟踪光伏控制器和风力机控制器接至智能控制器的输入端， 智能控制器的输出端依次经DC/AC逆变器与恒温箱控制器的输入端联接，恒温箱控制器的 输出端分别与小型空调机及排风扇和进风扇的电源开关输入端联接，智能控制器的充放电 输入/输出端同时与蓄电池组的放充电输出/输入端联接。本实用新型的实现还在于最大功率点跟踪光伏控制器由电压采样电路、电流采 样电路和内设乘法器和比较器的微控制器组成，电压采样电路和电流采样电路的输出端通 至微控制器内乘法器的输入端，乘法器输出的当前功率经与微控制器内存的前一时刻记忆 功率在比较器中进行比较后，调节PWM占空比，微控制器中比较器的输出端输接至智能控 制器的输入端，实现光伏电池的最大功率输出。本实用新型的实现还在于恒温箱控制器中设置了可联动控制基站机房空调器的 输出电路，直接测温并控制机房空调在大于32°C时启动降温。本实用新型的实现还在于恒温箱控制器具有箱内和基站室内两组温度传感器， 当传感器测得箱内温度大于25 °C且基站室内温度小于25°C时，或当测得箱内温度小于 23°C且基站室内温度大于23°C时，恒温箱控制器驱动排风扇和进风扇工作，当传感器测得 箱内和基站室内温度均大于25°C或均小于23°C时，恒温箱控制器驱动一体式空调机工作， 将箱内温度调节到23°C 25°C之间。本实用新型的实现还在于在箱体内安装有相变蓄能材料盒。本实用新型的实现还在于在恒温箱控制器中设有可定时控制排风扇和进风扇工 作的定时开关。本实用新型所述蓄电池恒温箱的整体工作原理是通过箱内设置的自动控制器始 终控制箱内温度在23 25°C之间，当箱内温度超过25°C时空调机制冷，温度降低至23°C以 下时空调机加温。为节约电能起见，设计者在恒温箱内设计有由百叶窗孔、排风扇和进风扇 组成的进出风管道，在进出风管道处设有防尘过滤网罩。实际工作中，通过两组温度传感器 监控环境温度。若箱内温度超过25°C或低于23°C需要调温时，智能控制器暂不启动空调， 而指令进风扇工作，将基站室内冷风或热风吸入箱内，排气扇排出热气或冷气，这样通过首 先利用机房室内空气给恒温箱调温，可大大减少恒温箱空调工作时间，节约用电。当箱内和 室内温度均超过25°C或均低于23°C后，此时再采用空调制冷或制热方式调温。在恒温箱内 安置有相变蓄能材料盒，可用于吸收储存空调制冷或箱外冷风的冷量，在恒温箱因制冷压 缩机停机或箱内进气扇和排气扇停机期间导致恒温箱内温度升降时，由相变储能材料释放 冷量或热量，可长时间(十小时以上)地平衡箱内温度在23 25°C之间。这样就在恒温箱 内温度偏离23 25°C时，恒温箱智能控制器自动启动设备降温或升温，始终控制箱内蓄电 池组恒温。在恒温箱智能控制器中设有用于定时控制排、进风扇工作的开关，可使恒温箱具 有排氢功能，定期排出蓄电池释放的氢气，以免引起爆炸。为了节约市电，该恒温箱设置了采用光伏最大功率点跟踪功能的风光电互补供电 装置。如前所述，由于太阳能的波动性和随机性，致使供电系统输出的电能波动很大，所 有光伏发电系统都希望太阳能光伏阵列在同样日照、温度条件下，输出尽可能多的电量， 这样在理论上和实践上提出太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪(即MaximumPower Point
4Tracking简称MPPT)问题。最大功率点跟踪的实现实质上是一个寻优过程，即通过控制光 伏阵列的端电压，使光伏阵列能在各种不同的日照和温度环境下智能化的始终输出最大功 率，太阳能电池阵列的电压和电流在很大程度上受日照和温度的影响，系统工作点也因此 飘忽不定，结果必然导致系统功率的降低，因此采用具有最大功率点跟踪功能的风光电互 补供电装置(MPPT)在日照和温度变化下，可获得最大功率输出。由于风光电互补供电装置 中智能控制器的充放电输入/输出端同时与蓄电池组的放充电输出/输入端联接，对于蓄 电池恒温箱来讲，供电以风光互补发电为主供方式，蓄电池组备用，而光伏系统采用最大功 率点跟踪功能，投资较少，产出电量大，具有较好的经济效益。工作中风光互补发电量满足 恒温箱多余电量可充入蓄电池组，若出现无光无风而恒温箱内必须供电控温时，智能控制 器自动控制切入恒温箱内的基站蓄电池组向恒温箱供电，保障基站设备正常运转时蓄电池 恒温箱内仍在23°C 25°C之间。鉴于以往通信基站内已安装的机房空调温度厂家设定最高只能到30°C，为解决这 一问题，本实用新型在恒温箱控制器中设置了可联动控制机房空调的电路，直接测温控制 机房空调，使机房空调可设定32°C，超过时启动降温。本实用新型的技术方案是对蓄电池 组和基站设备分别控制降温，基站蓄电池组放入恒温箱给予23°C 25°C恒温环境，而整个 基站内的通信设备环境温度32°C以上即可，采用基站空调可设定32°C，机房超温时启动空 调，采用这种方法可节约50 %的市电电费，若采用风光电互补给恒温箱供电，又可使空调电 费节约90%以上。
图1是本实用新型所述蓄电池恒温箱的结构示意图。图2是图1的A-A向结构示意图。图3是该蓄电池恒温箱前盖板的示意图(图2的B向视图)。图4是该蓄电池恒温箱的工作原理图。图5是最大功率点跟踪光伏控制器一个实施例结构的电路图。图6是最大功率点跟踪光伏控制器的控制策略示意图。图7是最大功率点跟踪光伏控制器中的电压采样电路。图8是最大功率点跟踪光伏控制器中的电流采样电路。图中各标号的名称分别为1-保温箱体，2-磁性橡胶密封条，3-恒温箱门轴承座， 4-排风扇，5-百叶窗，6-防尘网，7-蓄电池组，8-相变蓄能材料盒，9-百叶窗，10-进风扇， 11-防尘网，12-活动门转轴，13-体式空调机，14-活动门体，15-智能控制器显示屏，16-智 能控制器控制按钮，17-太阳能电池板，18-最大功率点跟踪(MPPT)光伏控制器，19-智能控 制器，20-DC/AC逆变器，21-恒温箱控制器，22-风力发电机，23-风力机控制器，24-开关电 源AC/DC，25-直流设备，26-交流设备，27-基站空调。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的具体实施形式并 不仅限于下述的实施例。参见图1 3，本实用新型所述的蓄电池恒温箱由保温箱体1、相变蓄能材料盒8、活动门体14、设置在保温箱体1内的采用光伏最大功率点跟踪功能的风光电互补供电装置 以及安装在活动门体14上的一体式空调机13等组成。保温箱内部放有一组或多组蓄电池 组7并装有用于吸收储存空调制冷或箱外冷风的冷量的相变蓄能材料盒8。箱体1上设有 恒温箱门轴承座3、活动门体14上设有活动门转轴12，活动门体14上的活动门转轴12的 工作状态是插入恒温箱门轴承座3孔中，活动门体14可开闭。活动门体板上安装恒温箱控 制器21，恒温箱控制器21上设置有显示屏15和控制按钮16。保温箱体1上装有磁性橡胶 密封条2，当活动门体14关闭时，磁性橡胶密封条2依靠磁力吸紧活动门体14并起到密封 门体的作用。在箱体1一侧保温板的上方开有一个内装排风扇4并带有防尘网6的百叶窗 5，而在箱体1 一侧保温板的下方也开有一个内装进风扇10并带有防尘网11的百叶窗9。 需特别指出的是蓄电池恒温箱的大小根据基站蓄电池组的外形尺寸确定若干规格，箱内蓄 电池组也可以是一组，也可以是两组以上。该蓄电池恒温箱中采用光伏最大功率点跟踪功能的风光电互补供电装置的工作 原理结构如图4所示，它由太阳能电池板17、风力发电机22、最大功率点跟踪(MPPT)光伏 控制器18、风力机控制器23、智能控制器19、DC/AC逆变器20、带温度传感器的恒温箱控制 器21组成，其中太阳能电池板17和风力发电机22的输出端分别经光伏控制器18和风力 机控制器23接至智能控制器19的输入端，智能控制器19的输出端依次经DC/AC逆变器20 与恒温箱控制器21的输入端联接，恒温箱控制器21的输出端分别与一体式空调机13以及 排风扇4和进风扇10的电源开关输入端联接，智能控制器19的充放电输入/输出端同时 与蓄电池组7的放充电输出/输入端联接。工作中太阳能电池板17发电是通过具有最大 功率点跟踪功能的光伏控制器18并依次经智能控制器19、DC/AC逆变器20和恒温箱控制 器21向恒温箱供电，风力发电机22也通过风力机控制器23并依次经智能控制器19、DC/ AC逆变器20和恒温箱控制器21向恒温箱供电，这里重点说明具有最大功率点跟踪即MPPT 功能的光伏控制器18的电路设计内容。参见图5 图8，最大功率点跟踪(MPPT)光伏控制器18由电压采样电路、电流采 样电路和内设乘法器和比较器的微控制器组成，电压采样电路和电流采样电路的输出端通 至微控制器内乘法器的输入端，乘法器输出的当前功率经与微控制器内存的前一时刻记亿 功率在比较器中进行比较后输接至智能控制器19的输入端。MPPT光伏控制器是太阳能 电池发电系统中的重要部件，在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池阵列输出 功率也会变化，但是存在一个最大功率点以及与最大功率点相应的电压和电流，当工作环 境变化时，特别是日光照度和环境温度变化时，太阳能电池阵列的输出特性曲线也随之变 化，与之相应的最大功率点也髓之改变，MPPT必须随时检测阵列输出状态的变化，根据智能 的控制策略判断最大功率点的位置，调整阵列的工作电压跟踪最大功率点电压，由此实现 MPPT的功能。因此MPPT光伏控制器不仅是一个高效率的DC/DC转换器，更是一个智能的 控制系统，它能使太阳能电池阵列的输出功率增加约19% 35%。图6示出光伏控制器 控制策略，光伏控制器需要及时准确地采样蓄电池当前的充电电压和充电电流，两者经过 乘法器相乘得到当前的充电功率，与前一时刻的记忆充电功率进入比较器相比较，调节PWM 占空比，从而控制光伏电池始终工作在最大功率点。在图5示出的实施例结构的电路图中， 由于光伏电池的输出特性呈非线性，且变换幅度较大，所以使用单端反激式变换器(反激 式开关电源)，该变换器由升降压变换器加隔离变压器推演而来，能够简单高效地提供直流输出，其中微控制器采用MC68HC08SR12微处理器，使用A/D模块采样输出电流和输出电压， 继而调节PWM占空比，最终实现光伏电池的最大功率输出。MPPT控制策略的效果好坏直接 取决于电压和电流的采样是否精确。图7示出该光伏控制器的电压采样电路，它采用光耦 PC817和三端稳压管TL431相配合。TL431是一种可编程稳压管，当变压器的次级输出电压 UOUT变化时，光耦的输出电压随之变化，A/D会采样到当前的充电电压。图8示出该光伏控 制器的电流采样电路，由它对采样电阻Rsam两端的电压进行采样，并使用差分式运算放大 器LM358放大输出到MCU的A/D采样端，从而得到主电路中的电流值。由于信号需要精确 采样，并且与电源隔离，因此使用线性光耦HCNR200。另外单片机及周边电路的用电可直接 通过蓄电池隔离变压得到，系统无须外部电源供电，十分方便。由于太阳光强和环境温度的 变化是一个缓慢的过程，故参数采样无须高实时性，每隔几秒钟采样一次即可满足要求。产 生中断的时间间隔是可以调整的，初期较短，可以迅速逼近最大功率点；后期较长，防止系 统在最大功率点附近振荡。为防止系统误判断，每次控制比较，均进行3次的结果一致时， 才实施相应的控制策略，否则重新采样比较，这样便最大限度地保证了系统的正常运行。 本实用新型实际应用结构中，智能控制器19可采用型号为JTLTK4820的器件，DC/ AC逆变器20可采用型号为KEDA48V300的器件，恒温箱控制器21可采用型号为JTLHWX4810 的器件，风力机控制器23可采用型号为JTLFK4820的器件。
权利要求1.一种通信基站最大功率点跟踪风光电互补供电蓄电池恒温箱，具有一个设置在基站 机房室内的带有活动门体(14)的保温箱体(1)，箱体(1)内放有一组或多组蓄电池组(7)， 其特征在于在箱体(1)内设有由采用光伏最大功率点跟踪功能的风光电互补供电装置控 制驱动的一体式空调机(13)，在箱体(1) 一侧保温板的上方和下方分别开有一个内装排风 扇⑷并带有防尘网(6)的百叶窗(5)和一个内装进风扇(10)并带有防尘网(11)的百叶 窗(9)，所说的排风扇(4)和进风扇(10)均由采用光伏最大功率点跟踪功能的风光电互补 供电装置控制驱动。
2.根据权利要求1所述的蓄电池恒温箱，其特征在于采用光伏最大功率点跟踪功能的 风光电互补供电装置由太阳能电池板(17)、风力发电机(22)、最大功率点跟踪光伏控制器(18)、风力机控制器03)、智能控制器(19)、DC/AC逆变器Q0)、带温度传感器的恒温箱控 制器组成，其中太阳能电池板(17)和风力发电机0 的输出端分别经最大功率点 跟踪光伏控制器(18)和风力机控制器接至智能控制器(19)的输入端，智能控制器(19)的输出端依次经DC/AC逆变器OO)与恒温箱控制器的输入端联接，恒温箱控制 器的输出端分别与一体式空调机(13)以及排风扇⑷和进风扇(10)的电源开关输 入端联接，智能控制器(19)的充放电输入/输出端同时与蓄电池组(7)的放充电输出/输 入端联接。
3.根据权利要求2所述的蓄电池恒温箱，其特征是最大功率点跟踪光伏控制器(18)由 电压采样电路、电流采样电路和内设乘法器和比较器的微控制器组成，电压采样电路和电 流采样电路的输出端通至微控制器内乘法器的输入端，乘法器输出的当前功率经与微控制 器内存的前一时刻记忆功率在比较器中进行比较后，调节PWM占空比，微控制器中比较器 的输出端输接至智能控制器(19)的输入端，实现光伏电池的最大功率输出。
4.根据权利要求2所述的蓄电池恒温箱，其特征是在恒温箱控制器中设置了可联 动控制基站机房空调器(XT)的输出电路，直接测温并控制机房空调(XT)在大于32°C时启 动降温。
5.根据权利要求2所述的蓄电池恒温箱，其特征是恒温箱控制器具有箱内和基 站室内两组温度传感器，当传感器测得箱内温度大于25°C且基站室内温度小于25°C时，或 当测得箱内温度小于23°C且基站室内温度大于23°C时，恒温箱控制器驱动排风扇⑷ 和进风扇(10)工作，当传感器测得箱内和基站室内温度均大于25°C或均小于23°C时，恒温 箱控制器驱动一体式空调机(13)工作，将箱内温度调节到23°C 25°C之间。
6.根据权利要求1所述的蓄电池恒温箱，其特征是在箱体内安装有相变蓄能材料盒⑶。
7.根据权利要求1所述的蓄电池恒温箱，其特征是在恒温箱控制器中设有可定时 控制排风扇(4)和进风扇(10)工作的定时开关。
专利摘要本实用新型涉及一种通信基站最大功率点跟踪风光电互补供电蓄电池恒温箱，包括内放有蓄电池组的箱体，在箱体内设有由采用光伏最大功率点跟踪功能的风光电互补供电装置控制驱动的一体式空调机，在箱体两侧板上设有与基站室内联通的由百叶窗孔、排风扇和进风扇组成的进出风管道，进出风管道的风扇亦采用光伏最大功率点跟踪功能的风光电互补供电装置控制驱动。工作中，通过风光电互补供电装置的智能控制装置可始终控制箱内温度处于蓄电池所需的最佳环境的23～25℃。本实用新型的实施既可满足通信基站内的恒温环境又能保证蓄电池使用的最佳环境温度，产品具有结构合理、使用方便、投资少、电能耗费量低、经济效益好等优点。
文档编号H01M10/50GK201877478SQ20102058084
公开日2011年6月22日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者和帅, 张化, 张文迅 申请人:张化, 张文迅