专利名称：通信备用锂电交流供电装置、蓄电池放电保护系统及方法
技术领域：
本发明涉及蓄电源供电系统的放电保护，特别是涉及用于通信系统的备用铁锂蓄电池装置的放电保护，从而避免蓄电池遭受到损坏。
背景技术：
铁锂电池作为移动远端通信业务接入设备和中小型通信基站的后备式电源，已经成为一种发展趋势。具体地，现有技术中，使用了一种由江苏双登集团有限公司设计开发的“SDA10-48”型的通信用铁锂电池系统。该系统是一种智能型无人值守的备电电源系统，可作为用电设备的一个部件嵌入用电设备的机柜中，用于中小容量的接入网设备、远端交换局、移动通讯设备、传输设备、卫星地面站和微波通讯设备等的备电，具有集中监测、电池维 护和管理的功能，可满足无人值守的要求。但上述“SDA10-48”型通信用铁锂电池系统存在着缺陷，由于其整流器和控制电路与锂电池整合一起，在设备的正常运行时会产生大量的热量，使铁锂电池单元长期处于高温状态，这容易导致设备的起火燃烧，且高温运行本身也会导致设备老化加速或故障频发。另一方面，该“SDA10-48”型通信用铁锂电池系统由于散热的原因，不能在室外安装使用，使得推广有一定的局限性.不能完全满足移动运营商的需求。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种铁锂电池备用电源系统的放电保护系统和方法，以避免电源放电不当导致的放电保护系统及保护方法，以提供一种性能稳定、高效和使用寿命长的备用电源系统。根据本发明的一个方面，提供了一种用于蓄电池供电装置的放电保护系统，所述蓄电池供电装置包括至少一个蓄电池单元和至少一个逆变器单元，操作用于向外部设备提供交流供电输出，其中该放电保护系统包括
监测单元，用于监测所述至少一个蓄电池单元和/或所述至少一个逆变器单元的至少一个电参数，并生成监测信号；
采样单元，用于对监测单元所产生的监测信号进行采样；
模数转换单元，用于对经采样后产生的信号进行模数转换；和处理器单元，设置成用于对经模数转换所产生的信号进行分析，并且在所述至少一个电参数超出预定的值达到预定程度后，控制所述至少一个逆变器单元中的一个或多个，从而使得切断所述至少一个蓄电池单元对相应的外部设备的交流供电输出。另外，所述放电保护系统还包括逆变器切离保护单元(107)，设置成根据所述处理器单元(106)的控制命令，将所述至少一个逆变器单元(102)对外部设备的交流输出切断。其中，根据一个优选实施例，所述蓄电池单元为铁锂电池单元，以及所述监测单元用于监测所述至少一个逆变器单元的输出功率、输出电流和输出电压中的一个或多个，或者所述监测单元用于监测所述至少一个铁锂电池单元的端电压。
其中，根据一个优选实施例，所述处理器单元设置成用于在所述至少一个逆变器单元的输出功率大于一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或在所述逆变器单元的输出功率小于另一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。其中，根据一个优选实施例，所述处理器单元设置成用于
在所述至少一个逆变器单元的输出电压大于一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或在所述逆变器单元的输出电压小于另一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。其中，根据一个优选实施例，所述处理器单元设置成用于在所述至少一个逆变器单元的输出电流大于一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。其中所述处理器单元设置成用于·
在对外部设备交流供电3小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到13%，则切断所述至少一个逆变器单元中的150瓦逆变器部分的对外交流供电；或在对外部设备交流供电6小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到15%，则切断所述至少一个逆变器单元中用于主设备的逆变器部分的对外交流供电；或在对外部设备交流供电7小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到20%，则切断所述至少一个逆变器单元中的全部逆变器的对外交流供电。根据本发明的另一个方面，提供了一种蓄电池交流供电装置，包括至少一个铁锂电池单元和至少一个逆变器单元，操作用于向外部设备提供交流电源输出，特征在于，所述装置还包括根前述任一的放电保护系统。根据本发明的另一个方面，提供了一种用于监测蓄电池装置并提供放电保护的方法，其中所述电池供电装置包括至少一个蓄电池单元和至少一个逆变器单元，操作用于向外部设备提供交流电源输出，该方法包括
监测所述至少一个蓄电池单元和/或所述至少一个逆变器单元的至少一个电参数，并生成监测信号；
对监测单元所产生的监测信号进行采样；
对经采样后产生的信号进行模数转换；
对经模数转换所产生的信号进行分析，并且在所述至少一个电参数超出预定的值达到预定程度后，控制所述至少一个逆变器单元中的一个或多个，从而使得切断所述至少一个蓄电池单元对相应的外部设备的交流供电输出。根据本发明的方法和系统，可避免蓄电池过度放电，从而保护其遭受不可逆转的损坏，增加其使用寿命。
图I所示为根据本发明的铁锂电池供电装置的示意图，其中包括放电保护系统的结构；
图2所示为根据用于本发明的监测蓄电池装置并提供放电保护的方法的流程图。图3a_3d所示为根据本发明的方法中确定逆变器切离保护的流程图。
具体实施例方式如图I所示，本发明的蓄电池供电装置10，包括至少一个蓄电池单元101和至少一个逆变器单元102，其中至少一个蓄电池单元串联和/或并联连接，以形成一定电压的电源，与至少一个逆变器单元102相连接，每个逆变器单元可操作用于分别向不同的外部设备提供交流供电输出。逆变器单元用于将直流输出变为交流输出。进一步地，蓄电池供电装置包括放电保护系统20，其中该系统20包括
监测单元103，与所述至少一个蓄电池单元101和至少一个逆变器单元102相连接，可操作用于监测所述至少一个蓄电池单元和/或所述至少一个逆变器单元的至少一个电参数，并生成监测信号；采样单元104，与所述监测单元103相连接，可操作用于对监测单元所产生的监测信号进行采样；模数转换单元105，与所述采样单元104相连接，用于对经采样后产生的信号进行模数转换；和处理器单元106，与所述模数转换单元105相连接，设置成用于对经模数转换所产生的信号进行分析，并且在所述至少一个电参数超出预定的阈值 后，控制所述至少一个逆变器单元102中的一个或多个，从而使得切断所述至少一个蓄电池单元101对相应的外部设备的交流供电输出。还包括一个逆变器下电切离保护单元107，其根据所述处理器的控制信号对所述至少一个逆变器单元102与交流输出进行切离保护。根据本发明的一个实施例，所述至少一个逆变器单元102中包括4组的逆变器，每个逆变器102分别向不同的外部设备提供不同的交流输出。仅出于举例的目的，假定逆变器102i向外部设备提供150W的交流输出，1022向外部设备提供90W的交流供电输出，1023向主要外部设备提供交流输出，1024向核心外部设备提供交流输出。其中，每个逆变器单元102的输出电压、输出电流和输出功率可以由监测单元103进行同步监测，以及蓄电池单元101的总体两端电压也由监测单元103监测，并将实时监测值传输给采样单元104，由采样单元103对监测的信号进行采样处理，并将采样信号发送至模数转换单元105来转换成数字信号，然后由处理器单元106对信号进行数据分析。处理器单元106根据该数字信号来判断具体情况并决定采取保护措施。其中所述监测单元103可以为监测电路，更简单地其仅为连接线，将所述逆变器单元102和蓄电池单元101相连接到采样单元104。优选地，所述处理器单元106可采用TMS320VC2407芯片，该TMS320VC2407芯片采用双电源供电，DSP的核内电压和I/O接口电压分别为I. 8V和3. 3V，本系统需要三种电源，电压为5V、3. 3V和I. 8V。处理器单元106也可采用TMS320C5402芯片。另外，所述模数转换单元105可采用MAX125/126芯片或MAX1324芯片。其中，MAX126/125是MAX頂公司生产的高速14位逐次比较型A/D转换芯片，4路同步采样/保持器可以对4个通道的信号同时采样。如图2为本所示为，用于根据本发明的对蓄电池装置进行放电保护的方法的流程图。该放电保护方法涉及铁锂蓄电池电源的放电保护，具体地由处理器单元106的控制步骤来加以实现。其中，包括如下步骤
步骤210 :监测单元103对逆变器单元102至少一个电参数，例如输出电压、输出电流、输出功率进行测量，产生相应信号；
步骤220 :采样单元104对所述至少一个电参数例如电压、电流、功率进行采样，采样频率可预设或调整；
步骤230 :模数转换单元105对采样信号进行模数处理；
步骤240 :处理器单元106对数字信号进行分析和判断，并输出控制命令；
步骤250 :逆变器切离模块107根据处理器的命令将至少一个逆变器单元102进行下电切离保护，即断开其对外部设备的交流供电输出。下面对步骤240进一步进行说明和描述。参见图3a，根据本发明的方法的一个实施例，所述处理器单元106的控制过程中(步骤240)包括
在所述至少一个逆变器单元的输出功率大于一个预定的值达到例如10%时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或在所述逆变器单元(102)的输出功率小于另 一个预定的值达到例如5%时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。所述逆变器切离模块107根据处理器单元106的命令来对逆变器进行下电处理。其中，逆变器单元的输出功率大于额定值表示该逆变器单元和蓄电池超载，而输出功率小于另一预定的值则表示轻载。过载和轻载都意味着蓄电池或者外部设备出现了一定问题，需要下电检测或维护。参见图3a，根据本发明的方法的另一个实施例，所述处理器单元106的控制过程中(步骤240)包括
在所述至少一个逆变器单元102的输出电压大于一个预定的值达到例如10%时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或在所述逆变器单元102的输出电压小于另一个预定的值达到例如3-5%时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。所述逆变器切离模块107根据处理器单元106的命令来对逆变器进行下电处理。其中，逆变器单元的输出电压大于额定值表示该逆变器单元和蓄电池过压，而输出电压小于另一预定的值则表示欠压。过压和欠压都意味着会导致蓄电池或者外部设备出现一定问题，需要下电检测或维护。参见图3c，根据本发明的方法的另一个实施例，所述处理器单元106的控制过程中(步骤240)包括
在所述至少一个逆变器单元102的输出电流大于一个预定的值例如10%时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。其中，逆变器单元的输出电流大于额定值表示该逆变器单元和蓄电池过流。过流都意味着会导致蓄电池或者外部设备出现一定问题，例如放电过快，局部短路等问题，需要下电检测或维护。参见图3d，根据本发明的方法的另一个实施例，所述处理器单元106的控制过程中(步骤240)包括
在预定的供电时间后，所述至少一个蓄电池单元101的端电压低于一个预定的值达到预定程度时，切断至少一个逆变器单元对外部设备的交流供电输出。其中，蓄电池单元的端电压低于预定值达到预定的程度表示该蓄电池过度放电，意味着蓄电池或外部设备出现一定问题，例如放电过快，局部短路等问题，需要下电检测或维护。具体地，蓄电池单元的端电压低于预定值达到预定程度包括在对外部设备交流供电3小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到13%，则切断所述至少一个逆变器单元中的150瓦逆变器部分的对外交流供电；或在对外部设备交流供电6小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到15%，则切断所述至少一个逆变器单元中用于主设备的逆变器部分的对外交流供电；或在对外部设备交流供电7小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到20%，则切断所述至少一个逆变器单元中的全部逆变器的对外交流供电。进一步地，在本发明的方案中，可以增加报警系统或步骤，在蓄电池单元对部分外部设备切离保护后，可以向有关系统或部门进行报告。另外，需进一步说明的是，至少一个逆变器单元每个对不同的外部设备进行供电，且根据外部设备的重要性分别予以供电安全保障。对于一般性的设备，在电池放电不当时，应尽可能切离对其交流输出，以减少对电池的损害，其对应逆变器超出预定值的允许程度比较低。对于重要的外部设备部分，应尽可能保持对其交流输出，由此其对应逆变器超出预 定值的允许程度应比较高。对于极端重要的外部设备部分，应始终保持对其交流输出，由此其对应逆变器超出预定值的允许程度应尽可能的高。所以，在电池本身能量不足时，对逆变器切离的优先顺序也应保障重要外部设备的供电优先权。本发明中，所述的蓄电池单元为铁锂电池单元，但不排除可以采用其他的电池材料。另外，本发明中所列举的数值仅仅是用于说明的目的，也可以采用其他的具体数值。例如，10%也可以替换为20%、30%。5%也可以替换为2%、3%。尽管上文已经参照特定实施例描述了本发明，但是本发明不限于这些特定实施例。对本领域技术人员而言，在参照前述仅通过实例给出的其不旨在限制本发明的范围的说明性实施例之后，将提出许多进一步的修改和变形。特别地，来自不同实施例的不同特征可以在适当的时候相互交换。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述不同特征的起码事实并不表示这些特征的组合不能被有利地使用。
权利要求
1.一种用于蓄电池供电装置(10)的放电保护系统(20)，所述蓄电池供电装置(10)包括至少一个蓄电池单元(101)和至少一个逆变器单元(102)，操作用于向外部设备提供交流供电输出，其中该放电保护系统(20)包括 监测单元(103)，用于监测所述至少一个蓄电池单元和/或所述至少一个逆变器单元的至少一个电参数，并生成监测信号； 采样单元(104)，用于对监测单元所产生的监测信号进行采样； 模数转换单元(105)，用于对经采样后产生的信号进行模数转换；和处理器单元(106)，设置成用于对经模数转换所产生的信号进行分析，并且在所述至少一个电参数超出预定的值达到预定程度后，控制所述至少一个逆变器单元(102)中的一个或多个，从而使得切断所述至少一个蓄电池单元对相应的外部设备的交流供电输出。
2.根据权利要求I所述的放电保护系统，其中 所述蓄电池单元(101)为铁锂电池单元，以及 所述监测单元(102)用于监测所述至少一个逆变器单元(102)的输出功率、输出电流和输出电压中的一个或多个，和/或 所述监测单元(102)用于监测所述至少一个铁锂电池单元的端电压。
3.根据权利要求I所述的放电保护系统，其中 所述放电保护系统(20)还包括 逆变器切离单元(107)，设置成根据所述处理器单元(106)的控制命令，将所述至少一个逆变器单元(102)对外部设备的交流输出切断。
4.根据权利要求1、2或3所述的放电保护系统，其中所述处理器单元(106)设置成用于 在所述至少一个逆变器单元(102)的输出功率大于一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或 在所述逆变器单元(102)的输出功率小于另一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。
5.根据权利要求1、2或3所述的放电保护系统，其中所述处理器单元(106)设置成用于 在所述至少一个逆变器单元(102)的输出电压大于一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或 在所述逆变器单元(102)的输出电压小于另一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。
6.根据权利要求1、2或3所述的放电保护系统，其中所述处理器单元(106)设置成用于 在所述至少一个逆变器单元(102)的输出电流大于一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。
7.根据权利要求1、2或3所述的放电保护系统，其中所述处理器单元(106)设置成用于 在预定的供电时间后，所述至少一个蓄电池单元(101)的端电压低于一个预定的值达到预定程度时，切断至少一个逆变器单元对外部设备的交流供电输出。
8.根据权利要求7所述的放电保护系统，其中所述处理器单元(106)设置成用于 在对外部设备交流供电3小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到13%，则切断所述至少一个逆变器单元中的150瓦逆变器部分的对外交流供电；或在对外部设备交流供电6小时后,若测量的蓄电池单兀的端电压低于相应的标称电压达到15%，则切断所述至少一个逆变器单元中用于主设备的逆变器部分的对外交流供电；或 在对外部设备交流供电7小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到20%，则切断所述至少一个逆变器单元中的全部逆变器的对外交流供电。
9.一种蓄电池交流供电装置(10)，包括至少一个铁锂电池单元(101)和至少一个逆变器单元(102)，操作用于向外部设备提供交流电源输出，特征在于，所述装置还包括根据权利要求1-8中任一所述的放电保护系统(20)。
10.一种用于对蓄电池装置进行放电保护的方法，其中所述电池供电装置包括至少一个蓄电池单元和至少一个逆变器单元，操作用于向外部设备提供交流电源输出，该方法包括 监测(210)所述至少一个蓄电池单元和/或所述至少一个逆变器单元的至少一个电参数，并生成监测信号； 对监测单元所产生的监测信号进行采样(220)； 对经采样后产生的信号进行模数转换(230)； 对经模数转换所产生的信号进行分析，并且在所述至少一个电参数超出预定的阈值达到预定程度后，控制(240)所述至少一个逆变器单元中的一个或多个，从而使得切断所述至少一个蓄电池单元对相应的外部设备的交流供电输出。
11.根据权利要求10所述的方法， 其中所述监测步骤(210)包括 监测所述至少一个逆变器单元的输出功率、输出电流和输出电压中的一个或多个；和/或 监测所述至少一个蓄电池单元的端电压；或 其中所述控制步骤(240)包括 在所述至少一个逆变器单元的输出功率大于一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或 在所述逆变器单元的输出功率小于另一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或 在所述至少一个逆变器单元的输出电压大于一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或 在所述逆变器单元的输出电压小于另一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出；和/或 在所述至少一个逆变器单元的输出电流大于一个预定的值达到预定程度时，切断该逆变器单元对外部设备的交流供电输出。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述控制步骤(240)包括 在预定的供电时间后，所述至少一个蓄电池单元的端电压低于一个预定的值达到预定程度时，切断至少一个逆变器单元对外部设备的交流供电输出。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述控制步骤(240)包括在对外部设备交流供电3小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到13%，则切断所述至少一个逆变器单元中的150瓦逆变器部分的对外交流供电；或在对外部设备交流供电6小时后,若测量的蓄电池单兀的端电压低于相应的标称电压达到15%，则切断所述至少一个逆变器单元中用于主设备的逆变器部分的对外交流供电；或 在对外部设备交流供电7小时后，若测量的蓄电池单元的端电压低于相应的标称电压达到20%，则切断所述至少一个逆变器单元中的全部逆变器的对外交流供电。
全文摘要
本发明涉及一种用于蓄电池供电装置(10)的放电保护系统(20)，该放电保护系统(20)包括监测单元(103)，用于监测所述至少一个蓄电池单元和/或所述至少一个逆变器单元的至少一个电参数，并生成监测信号；采样单元(104)，用于对监测单元所产生的监测信号进行采样；模数转换单元(105)，用于对经采样后产生的信号进行模数转换；和处理器单元(106)，设置成用于对经模数转换所产生的信号进行分析，并且在所述至少一个电参数超出预定的阈值后，控制所述至少一个逆变器单元(102)中的一个或多个，从而使得切断所述至少一个蓄电池单元对相应的外部设备的交流供电输出。还涉及包括该系统的蓄电池供电装置(10)，以及一种对蓄电池进行放电保护方法。
文档编号H02H7/18GK102891476SQ201110203390
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者包静, 何心刚, 蔡晶, 贺延敏, 张乐, 巩欣, 刘宝昌 申请人:北京宝盒精英科技有限公司