一种通信基站中退役电池电压均衡控制电路及方法与流程

本发明涉及电池控制技术，进一步涉及一种通信基站中退役电池电压均衡控制电路及方法。

背景技术：

退役电池存在着退役电池类型不同、服役时间不同、生产批次不同、电化学活性不同等问题。退役电池具有数量大、成本低廉等优势。将退役电池用于通信基站中，将基站安装的光伏电站发出的电能进行存储，并且在需要的时候对基站设备进行供电，可以减少电站对电网供电的需求，并且可以在无电网线路的区域进行通信基站建设，具有经济和社会双重效益。然而如果直接退役电池直接串联使用，在实际应用中会存在部分退役电池的过充和过放问题：充电时，某些退役电池由于特性相对较差，会出现端电压过高，引发过压保护和爆炸等问题；放电时，某些退役电池由于储电能力相对较差，电压降到保护值之下，并可以引发故障和爆炸风险。此外，由于很多通信基站所处自然环境较差，还可以导致部分退役电池受温度影响特性进一步变化。因此，在通信基站中应用退役电池，需要进行退役电池均压控制。

技术实现要素：

本发明针对该场合的退役电池串联应用问题，提出了一种对不同退役电池进行均压控制的拓扑结构，并设计了相应的控制方法。具体技术方案如下：

一种通信基站中退役电池电压均衡控制电路，n个退役电池依次串联，包括：与每个退役电池各自并联的n个电压均衡电路；所述n个电压均衡电路规格参数相同，均包括：第一二极管、第二二极管、第一开关、第二开关、第三开关、绕组线圈和绕组磁芯；退役电池的正极与第一二极管的阴极相连，并且与第一开关的一端相连；第一开关的另一端与第二二极管的阴极相连，并且与绕组的一端相连；绕组的另一端与第一二极管的阳极相连，并且与第三开关的一端相连；第三开关的另一端与退役电池的阴极相连，并且与第二开关的一端相连；第二开关的另一端与第二二极管的阳极相连；所述n个电压均衡电路共用一个磁芯。

在上述电压均衡控制电路上实现的一种通信基站中退役电池电压均衡控制方法，包括如下过程：

步骤1：按照一定时间间隔比较各个退役电池的电压，将其中电压最高的退役电池定义为退役电池bm，将其中电压最低的退役电池定义为退役电池bs；

步骤2：退役电池bm的第一开关、第三开关导通，退役电池bm的第二开关断开；退役电池bs的第一开关、第三开关断开，退役电池bs的第二开关导通；其它退役电池所对应的第一开关、第二开关、第三开关均断开；退役电池bm对应绕组中电流不断增加，磁芯中存储的能量不断增加；

步骤3：退役电池bm的第一开关、第二开关、第三开关断开；退役电池bs的第一开关、第三开关断开，退役电池bs的第二开关导通；其它退役电池所对应的第一开关、第二开关、第三开关均断开；退役电池bm对应绕组中电流不断减小，磁芯中存储的能量不断减小并转移到退役电池bs中；实现能量的转移，实现均压控制。

本发明当某退役电池电压太高的时候，电压均衡电路会将该退役电池的能量转移到其他电压较低的退役电池中，当某退役电池电压太低的时候，电压均衡电路会利用其他电压较高的退役电池的能量对该退役电池进行充电，最终实现各退役电池的电压均衡控制。

附图说明：

图1是本发明整体结构原理示意图。

图2是本发明实施例中通信基站中退役电池电压均衡控制电路原理图；图中，b1、b2、b3、b4、bn均代表不同编号的退役电池，x1、x2、x3、x4、xn均代表不同编号退役电池所对应的第一开关，y1、y2、y3、y4、yn均代表不同编号退役电池所对应的第二开关，z1、z2、z3、z4、zn均代表不同编号退役电池所对应的第三开关，d1、d2、d3、d4、dn均代表不同编号退役电池所对应的第一二极管，d1'、d2'、d3'、d4'、dn'均代表不同编号退役电池所对应的第二二极管，w1、w2、w3、w4、wn均代表不同编号退役电池所对应的绕组。

图3是本发明实施例中通信基站中退役电池电压均衡控制方法流程图。

图4是本发明实施例中能量由电压最高的退役电池b2转移到磁芯中的等效电路原理图。

图5是本发明实施例中能量由磁芯转移到电压最低的退役电池b4中的等效电路原理图。

图6是本发明实施例中退役电池b1和退役电池b2的能量转移到磁芯的等效电路原理图。

具体实施方式：

实施例：

对照图2-图6，说明本发明的具体实施方式。

n个绕组缠绕在相同的磁芯材料上，各绕组缠绕方向、匝数、导线型号等参数相同。n个退役电池串联构成退役电池组串，与电压均衡电路的连接关系为：

每个退役电池均采样相同的方案与电压均衡电路相连。退役电池组串共有n个退役电池，第n个退役电池名称为bn。则其连接关系为：退役电池bn的正极与第一二极管dn的阴极相连，并且与第一开关xn的一端相连。第一开关xn的另一端与第二二极管dn'的阴极相连，并且与绕组wn的一端相连。绕组wn的另一端与第一二极管dn的阳极相连，并且与第三开关zn的一端相连。第三开关zn的另一端与退役电池bn的阴极相连，并且与第二开关yn的一端相连。第二开关yn的另一端与第二二极管dn'的阳极相连；具体来说，

退役电池b1的正极与第一二极管d1的阴极相连，并且与第一开关x1的一端相连。第一开关x1的另一端与第二二极管d1'的阴极相连，并且与绕组w1的一端相连。绕组w1的另一端与第一二极管d1的阳极相连，并且与第三开关z1的一端相连；第三开关z1的另一端与退役电池b1的阴极相连，并且与第二开关y1的一端相连；第二开关y1的另一端与第二二极管d1'的阳极相连；

退役电池b2的正极与第一二极管d2的阴极相连，并且与第一开关x2的一端相连。第一开关x2的另一端与第二二极管d2'的阴极相连，并且与绕组w2的一端相连；绕组w2的另一端与第一二极管d2的阳极相连，并且与第三开关z2的一端相连；第三开关z2的另一端与退役电池b2的阴极相连，并且与第二开关y2的一端相连；第二开关y2的另一端与第二二极管d2'的阳极相连；

退役电池b3的正极与第一二极管d3的阴极相连，并且与第一开关x3的一端相连。第一开关x3的另一端与第二二极管d3'的阴极相连，并且与绕组w3的一端相连。绕组w3的另一端与第一二极管d3的阳极相连，并且与第三开关z3的一端相连；第三开关z3的另一端与退役电池b3的阴极相连，并且与第二开关y3的一端相连；第二开关y3的另一端与第二二极管d3'的阳极相连；

退役电池b4的正极与第一二极管d4的阴极相连，并且与第一开关x4的一端相连；第一开关x4的另一端与第二二极管d4'的阴极相连，并且与绕组w4的一端相连；绕组w4的另一端与第一二极管d4的阳极相连，并且与第三开关z4的一端相连；第三开关z4的另一端与退役电池b4的阴极相连，并且与第二开关y4的一端相连；第二开关y4的另一端与第二二极管d4'的阳极相连。

电压均衡电路在工作的过程中，将会改变各开关的状态，从而实现对个退役电池的充放电控制。当某退役电池电压太高的时候，电压均衡电路会将该退役电池的能量转移到其他电压较低的退役电池中；当某退役电池电压太低的时候，电压均衡电路会利用其他电压较高的退役电池的能量对该退役电池进行充电。最终实现各退役电池的电压均衡控制。

电压均衡电路的工作过程如附图3所示。首先，比较各退役电池的电压，并选出电压最高的退役电池、电压最低的退役电池；之后电压均衡电路开始工作，将能量从电压最高的退役电池转移到电压最低的退役电池中。其具体流程包括：利用电压逐次比较的方法得到电压最高和电压最低的两个退役电池编号，比如电压最高的为退役电池b2，电压最低的为退役电池b4；之后则电压均衡电路开始工作将能量从退役电池b2转移到退役电池b4，能量待转出的退役电池b2，其均衡电路中开关第一开关x2和第三开关z2按照固定的开关频率和占空比工作，而第二开关y2则持续保持断开；能量待流入的退役电池b4，其均衡电路中第一开关x2和第三z2保持断开，第二开关y2则保持持续导通。

本发明提出的电压均衡电路分为两个工作步骤，第一个步骤是能量由电压最高的退役电池转移到磁芯中，第二个步骤则是能量从磁芯转移到电压最低的退役电池中。

以能量从退役电池b2流出并流入退役电池b4为例进行说明：

第一个步骤时，第一开关x2和第三开关z2导通，第二开关y2断开，第一开关x4和第三开关z4断开，第二开关y2导通，等效电路如附图4所示。此时退役电池b2经第一开关x2、绕组w2和第二开关y2后形成回路；此时电压最低的退役电池b4对应的电压均衡电路并未有电流回路，其它退役电池所对应电压均衡电路中开关均断开，因此也不存在电流回路；故绕组w2中电流不断增加，磁芯中存储的能量不断增加。

第二个步骤时，第一开关x2和第三开关z2断开，第二开关y2断开，第一开关x4和第三开关z4断开，第二开关y2导通，等效电路如附图5所示。此时磁场中存储的能量无法需要寻找电流通道，而退役电池b4的电压均衡电路中的第一二极管d4、退役电池b4、第二开关y4、第二二极管d4'与绕组w4构成了电流通道，因此将对退役电池b4充电；故绕组w2中电流不断减小，磁芯中存储的能量不断减小并转移到b4中。

由此可知，本发明的电压均衡电路在工作过程中，不断将能量从电压最高的退役电池转移到电压最低的退役电池中，从而达到维持各个退役电池电压均衡的目的。

本发明中针对工作原理的描述是退役电池b2和退役电池b4为例进行说明的。该工作原理和方法适用于退役电池组串中的任意退役电池。此外，还可以同时使用多个退役电池向磁芯中转移能量，之后再将能量从磁芯转移到电压最低的退役电池中。

附图6给出了将退役电池b1和退役电池b2的能量转移到磁芯的等效电路图，此时退役电池b1和退役电池b2的电压均衡电路中，第一开关x1、第三开关z1、第一开关x2、第三开关z2均闭合，退役电池b1、第一开关x1、绕组w1和第三开关z1构成回路，退役电池b2、第一开关x2、绕组w2和第三开关z2也构成回路。因此退役电池b1和退役电池b2分别与绕组w1和绕组w2并联。绕组w1和绕组w2中的电流不断增加，磁芯中存储的能量迅速上升，完成了能量从退役电池向磁芯的转移。