具有“3+1”保护功能的电池共用管理器及通信基站供电系统的制作方法

本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种具有“3+1”保护功能的电池共用管理器及通信基站供电系统。

背景技术：

通信基站电源系统主要包含开关电源、备电电池、开关电源管理器和备电电池(主要是铅酸电池)充放电管理器。充电过程管理器主要管理的是1 或2组特性一致的电池组对基站设备的充电；放电过程管理器的管理包含两级保护，分别是：一次下电电压保护及二次下电电压保护。一次下电保护启动后，对大多数基站设备停止直流供电；但保留对重要设备(如传输设备) 的供电，直到二次下电保护启动时，断开基站所有设备供电。通常情况下，存量开关电源在备电容量剩余30％位置(约47V电压)时设置一次下电保护启动点；二次下电保护在备电容量放光(约43.2V)时启动。

其中，铅酸电池组的充放电管理，尤其是铅酸电池组的充放电管理，需要考虑电池组的“充电3保护”和“放电1保护”问题，即电池的“3+1”保护管理。充电3保护系指：过充电保护、欠充电保护和高温环境充电保护。放电1保护系指：过度深放电保护。

过充电保护是指铅酸蓄电池过充，过放会氧化极板，造成活性物质脱落，严重的过充往往伴随电池充电热失控，对电池造成不可恢复的损害。造成电池过充的原因主要是大、小电池组的荷电状态不一致，充电时不同电池组的充电进程不同，当新旧电池、不同品牌、不同类型电池混用时，各端口电池组在并联充电模式下，由于不同电池组处于不同的充电进程，可能会导致某组电池出现过充。此外还有其它一些因素，如开关电源电压精度不够、开关电源的电池管理参数设置不合理、空调维护保障不及时以及开关电源周期均充时间设置不合理等。

关于欠充电保护，目前开关电源常用的充电管理方式是：充电超过10小时或者连续充电电流小于0.01C10且持续3小时，转浮充。目前铁塔公司的基站，在增加电池容量而不增加开关电源整流模式输出功率或频繁停电的情况下，电池很有可能处于欠充状态，增加铅酸电池硫化的风险且备电时间减少。增加蓄电池共用管理器后，应通过设置开关电源的均充周期(缩短均充周期参数值)，并由蓄电池共用管理器配合判断各端口电池组是否需要接入均充，或者设置开关电源的浮充电压至蓄电池组群的最高均充电压，有蓄电池共用管理器来管理蓄电池的整个充电过程，并按一定的均充周期对铅酸蓄电池进行均衡充电，从而实现端口电池组的防“欠充”管理。

关于高温环境充电保护，电池组损坏还有一个重要的因素是充电环境温度。在空调故障情况下，电池存在高温充电的风险。高温环境下充电会增加电池热失控、失水的风险。应防止在过高的环境温度下对电池进行大电流的恒流充电，可采用环境温度负反馈来调整充电电流占空比的充电模式，可以较好的保护电池不被“充坏”。

蓄电池共用管理器对铅酸电池的高温环境充电保护默认方案：

(1)当环境温度低于35℃时，原则上应按厂家推荐的温度补偿系数自动调整端口的充电电压，使之与环境温度相匹配，考虑到系统电路复杂性和综合成本，建议采用先恒压限流，后脉冲冲电的方式对电池进行充电保护。

(2)当环境温度高于等于35度，小于等于45度时，不允许铅酸电池组接入开关电源进行均衡充电(此时蓄电池共用管理器输入端电压值较高，约为56.4V)；可允许接入脉充电流进行浮充充电(此时开关电源输出电压值约 53.2V)，温度越高，充电电流的占空比越小；电池组在充电间隙的端电压越高，充电电流的战空比越小。

(3)环境温度高于45℃时，应断开充电回路，避免热失控造成的铅酸电池损失。

关于过度深放电保护，为防止端口电池组过度深放电对铅酸电池组造成损害，应对电池组的放电容量进行计量，并对蓄电池组的放电深度进行一定的限制，以降低蓄电池所受损伤。在共同并联放电模式下，放电电流自动均衡，实际放电容量需根据不同放电电流进行分段积分计量，并结合环境温度和放电电流值换算成标准容量C10，分段计量并换算出基于标称容量的放电深度系数α,将放电深度控制在设定值。对于梯级锂电池，其电压平台较高，由于存量基站开关电源大多数原有备电电池以铅酸电池为主，施工过程中出现一次下电电压没有另行设置的概率极高，过度深放保护功能，也将对铅酸、梯级锂电混用场景，或梯级电池独立使用场景提供有效放电管理。

目前，现有的电池共用管理器的电路原理图如图1所示，其虽然解决了不同类型、不同容量、不同批次的电池组并联使用的问题。通过软件的改进可以解决“三加一”保护中“三”问题，但是“三加一”保护中“一”，即过度深放电保护、匹配不同电压平台的蓄电池种类还不能解决。

技术实现要素：

针对现有技术存在的现有的电池共用管理器不能解决过度深放电保护的问题，本实用新型提供一种具有“3+1”保护功能的电池共用管理器及通信基站供电系统。

本申请的具体方案如下：

一种具有“3+1”保护功能的电池共用管理器，包括：温度采样单元、单片机系统、电池电压隔离采样单元、电池组、第一隔离驱动单元、电流隔离采样单元、第二隔离驱动单元、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和电阻；所述单片机系统的第一模数转换端和电池电压隔离采样单元的输出端连接，所述电池电压隔离采样单元的第一输入端和电池组的正极连接，所述电池组的正极还连接至工作地，所述电池电压隔离采样单元的第二输入端和电池组的负极连接，所述电池电压隔离采样单元还连接至参考地；所述电池组的负极还和第一MOS管的漏极、第二MOS管的漏极均连接，所述第一MOS管的栅极和第一隔离驱动单元的正输入端、第二MOS管的栅极均连接，第一MOS管的源极和第一驱动隔离单元的负输入端、第二MOS管的源极均连接；所述第一二极管的正极和第一MOS管的源极连接，所述第一二极管的负极和第一MOS 管的漏极连接，所述第二二极管的正极和第二MOS管的源极连接，所述第二二极管的负极和第二MOS管的漏极连接，所述第一MOS管的源极还和电阻的一端、电流隔离采样单元的第一输入端均连接，所述电阻的另一端和电流隔离采样单元的第二输入端、第二隔离驱动单元的负输入端、第三MOS管的源极和第四MOS管的源极均连接，所述第三MOS管的栅极和第二隔离驱动单元的正输入端、第四MOS管的栅极均连接，所述第三MOS管的漏极、第四MOS 管的漏极均和电池共用管理器的开关电源端口连接，所述第三二极管的正极和第三MOS管的源极连接，所述第三二极管的负极和第三MOS管的漏极连接，所述第四二极管的正极和第四MOS管的源极连接，所述第四二极管的负极和第四MOS管的漏极连接；所述第二隔离驱动单元的输出端和单片机系统的数模转换端连接，所述第二隔离驱动单元还连接至参考地，所述电流隔离采样单元的输出端和单片机系统的第二模数转换端连接，所述电流隔离采样单元还连接至参考地，所述第一隔离驱动单元的输出端和单片机系统的脉冲宽度调制端连接，所述第一隔离驱动单元还连接至参考地；所述单片机系统还和温度采样单元连接。

优选地，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管均为体二极管。

一种通信基站供电系统，包括：负载、通信用开关电源、下电开关、至少两组的电池组和上述的电池共用管理器；所有电池组的两端和电池共用管理器的电池端口连接；通信用开关电源的两端和电池共用管理器的开关电源端口连接；负载通过下电开关连接到通信用开关电源的两端。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本方案的电池共用管理器通过在回路在设置第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管。当放电时，第一MOS管、第二MOS管截止，第三MOS管、第四MOS管工作于MOS管线性工作区，电流通过第三MOS管、第四MOS管以及第一二极管、第二二极管进行放电，由于体二极管第一二极管、第二二极管的存在，可以避免放电电池组组间环流，同时由于第三MOS管、第四MOS管工作于线性工作区，可以实现放电限流，对过度深放电进行保护。并可通过放电容量来控制不同类型蓄电池的放电深度。

附图说明

图1为一实施例的现有的电池共用管理器的电路原理图；

图2为一实施例的一种具有“3+1”保护功能的电池共用管理器的电路原理图；

图3为一实施例的一种通信基站供电系统的原理框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参见图2、一种具有“3+1”保护功能的电池共用管理器，包括：温度采样单元、单片机系统、电池电压隔离采样单元、电池组、第一隔离驱动单元、电流隔离采样单元、第二隔离驱动单元、第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3、第四MOS管T4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管 D3、第四二极管D4和电阻Rs；所述单片机系统的第一模数转换端和电池电压隔离采样单元的输出端连接，所述电池电压隔离采样单元的第一输入端和电池组的正极连接，所述电池组的正极还连接至工作地，所述电池电压隔离采样单元的第二输入端和电池组的负极连接，所述电池电压隔离采样单元还连接至参考地；所述电池组的负极还和第一MOS管T1的漏极、第二MOS管T2 的漏极均连接，所述第一MOS管T1的栅极和第一隔离驱动单元的正输入端、第二MOS管T2的栅极均连接，第一MOS管T1的源极和第一驱动隔离单元的负输入端、第二MOS管T2的源极均连接；所述第一二极管D1的正极和第一 MOS管T1的源极连接，所述第一二极管D1的负极和第一MOS管T1的漏极连接，所述第二二极管D2的正极和第二MOS管T2的源极连接，所述第二二极管D2的负极和第二MOS管T2的漏极连接，所述第一MOS管T1的源极还和电阻Rs的一端、电流隔离采样单元的第一输入端均连接，所述电阻Rs的另一端和电流隔离采样单元的第二输入端、第二隔离驱动单元的负输入端、第三 MOS管T3的源极和第四MOS管T4的源极均连接，所述第三MOS管T3的栅极和第二隔离驱动单元的正输入端、第四MOS管T4的栅极均连接，所述第三MOS 管T3的漏极、第四MOS管T4的漏极均和电池共用管理器的开关电源端口(-48V) 连接，所述第三二极管D3的正极和第三MOS管T3的源极连接，所述第三二极管D3的负极和第三MOS管T3的漏极连接，所述第四二极管D4的正极和第四MOS管T4的源极连接，所述第四二极管D4的负极和第四MOS管T4的漏极连接；所述第二隔离驱动单元的输出端和单片机系统的数模转换端连接，所述第二隔离驱动单元还连接至参考地，所述电流隔离采样单元的输出端和单片机系统的第二模数转换端连接，所述电流隔离采样单元还连接至参考地，所述第一隔离驱动单元的输出端和单片机系统的脉冲宽度调制端连接，所述第一隔离驱动单元还连接至参考地；所述单片机系统还和温度采样单元连接。

在本实施例，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4均为体二极管。所述电池组至少两组。

所述电池组可以为铅酸蓄电池，也可以为锂电池，或者包括铅酸蓄电池和锂电池。在本实施例，所述电池组包括铅酸蓄电池和锂电池。

本实施例的电池共用管理器管理电池组充放电的原理如下：

当充电时，T1、T2两个MOS管导通，T3、T4截止，电流通过T1、T2以及D3、D4对电池组进行充电，由于体二极管D3、D4的存在，可以避免充电电池组组间环流。并可通过单片机系统的PWM来控制不同类型蓄电池组的充电电流及电压。

当放电时，T1、T2两个MOS管截止，T3、T4工作于MOS管线性工作区，电流通过T3、T4以及D1、D2进行放电，由于体二极管D1、D2的存在，可以避免放电电池组组间环流，同时由于T3、T4工作于线性工作区，可以实现放电限流。并可通过放电容量来控制不同类型蓄电池的放电深度。

需要说明的是，第一MOS管T1、第二MOS管T2管理充电回路，第三MOS 管T3、第四MOS管T4是管理放电回路。T1、T2或T3、T4，两组MOS管可以是多个并联，MOS管导通具有等效电阻，当电流过大时，可以加多并联数，以降低能量损耗。

本方案的电池共用管理器通过在回路在设置第一MOS管T1、第二MOS管 T2、第三MOS管T3、第四MOS管T4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。当放电时，T1、T2两个MOS管截止，T3、T4工作于MOS管线性工作区，电流通过T3、T4以及D1、D2进行放电，由于体二极管D1、D2的存在，可以避免放电电池组组间环流，对过度深放电进行保护，同时由于T3、T4工作于线性工作区，可以实现放电限流。并可通过放电容量来控制不同类型蓄电池的放电深度。

实施例2

参见图2-3、一种通信基站供电系统，包括：负载、通信用开关电源、下电开关、至少两组的电池组和实施例1的电池共用管理器；所有电池组的两端和电池共用管理器的电池端口连接；通信用开关电源的两端和电池共用管理器的开关电源端口连接；负载通过下电开关连接到通信用开关电源的两端。

需要说明的是，电池组可以为多组，各组电池组并行放置，并且各组电池组分别连接在电池共用管理器的电池端口。所述电池共用管理器的开关电源端口的电压为电池共用管理器的开关电源端口。所述电池共用管理器的开关电源端口的电压差为-48V。

本方案的通信基站供电系统的工作原理及有益效果如下：

实施例1具有“3+1”保护功能的电池共用管理器的电池端口连接在电池组的两端；电池共用管理器的开关电源端口连接在通信用开关电源的两端，而负载通过下电开关连接到通信用开关电源的两端，这样当停电时，电池共用管理器控制电池组放电，电池组实现对基站设备(负载)供电，当供电恢复时，电池共用管理器控制电池组，使通信用开关电源通过电池共用管理器对各组电池组充电。采用实施例1的电池共用管理器能够对对过度深放电进行保护。同时实现对不同类型的蓄电池，如铅酸、磷酸铁锂、钛酸锂等不同电压平台的蓄电池混合并联使用。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。