一种下电耦合装置的制作方法

本实用新型属于通信电源技术领域，具体涉及一种下电耦合装置。

背景技术：

在通信技术领域，当基站所用市电停电时，需要电池带载，对于一些不重要的设备会由开关电源设置的一次下电先将这部分负荷断开，以延长电池对重要设备的带载时间，直到电池电量放完时由开关电源设置的二次下电将剩下的负荷断开，以保护电池。传统的通信用开关电源所采用的电池均为铅酸蓄电池，现有技术方案中一次、二次下电均采用铅酸蓄电池的放电曲线和特性制定。

目前国内已经开始了5g基站的大规模建设，随着主控、基带技术演进，带宽呈几何式增长，5g设备容量翻倍，总功耗大幅上升，电池的使用也面临新的局面，如电池需要大电流放电等，针对这些问题，铁锂电池的应用特性开始得到通信行业的关注，铁锂电池具备以下特点：

1、耐用性:磷酸铁锂电池耐用性较强，消耗慢，充放次数能力超过1000次，并且无记忆，一般寿命在4-5年。铅酸电池一般深充深放电300次以内，有记忆，寿命在两年左右，并且铅酸电池内有液体,消耗一段时间后，如果发现电池发烫或者充电时间变短，就需要补充液体；

2、放电倍率：磷酸铁锂电池可大电流放电；

3、体积大小:锂电池体积相对较小；

4、无记忆效应：磷酸铁锂电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电；

5、环保:锂材料无任何有毒有害物质，被世界认为绿色环保电池，该电池无论在生产及使用中均无污染，成为广为关注研究的热点；

由于铁锂电池具备上述特征，铁锂电池在通信行业已经大规模的应用。

但是铅酸电池和铁锂电池的性能不同，传统的下电控制装置不再适用，具体区别如下：

铅酸电池的标称电压是2.0v，磷酸铁锂电池的标称电压是3.2v，在基站-48v系统中，铅酸电池组采用24颗单体电池串联组成，电压为24×2v＝48v；磷酸铁锂电池组根据系统容量采用一个或多个电池模块并联组成，一般电池组模块内由16颗(中国移动通信企业标准qb-h-005-2012中规定)单体磷酸铁锂电池串联组成，电压为16×3.2v＝51.2v(浮充电压为3.45v×16＝55.20v；均充电压为3.6v×16＝57.60v)，由于铅酸电池组与磷酸铁锂电池组的组网方式、标称电压、充放电特性的不同，磷酸铁锂电池替换铅酸电池后，充电时只需要调整开关电源的充电参数就能接入磷酸铁锂电池组，放电时由于开关电源自带下电控制装置的可调电压范围不兼容磷酸铁锂电池的电压等级，所以不能直接使用开关电源自带的下电控制装置。

传统开关电源一次下电电压最高只能设置为49v，即开关电源的一般负载输出端负极提供给一般负载设备用，当电池放电至“电池下电电压49v”时，其一般负载(交换设备)输出端输出切断，从而延长电池对重要负载(传输设备)的供电时间。

目前，传统开关电源二次下电电压最高只能设置为45v，即开关电源的重要负载输出端负极提供给重要负载设备用，当电池放电至“电池下电电压45v”时，其输出才切断，保护电池，避免过放电，开关电源的一次、二次下电作业如图1、图2所示。

业界主流的容量比(开关电源额定容量/铁锂电池配置容量)在1-2之间；因此铁锂电池放电倍率曲线在0.5c-1c之间；由于目前通信行业单体50ah铁锂电池应用最为广泛，以50ah铁锂电池为例，铁锂电池的倍率放电特性图如图3所示。

根据图3所示的放电曲线可知，铁锂电池模块放电可以分为两个阶段：

第一阶段：在电池单体电压大于3.06v，总电压大于49v时，模块总电压下降较为平稳；

第一阶段：在电池单体电压小于3.06v，总电压小于49v时，模块总电压迅速陡降，几分钟即达到蓄电池终止电压。

由于铁锂电池放电呈现上述特征，传统开关电源结合铁锂电池无法实现一次、二次下电功能，一次下电后，电池对重要负载(传输设备)的供电保障时间将大大缩短，迅速开始二次下电，重要负载断电，严重影响通信网络的正常工作，对电池也会造成严重损害。

技术实现要素：

为了解决上述全部或部分问题，本实用新型目的在于提供一种下电耦合装置，通过设置电位调节器分别调节一次、二次下电的下电电压，可以有效解决传统开关电源无法结合铁锂电池实现一次、二次下电的问题。

本实用新型提供了一种下电耦合装置，连接在蓄电池和负载之间，包括计量模块、监控模块、控制主板、一次下电单元和二次下电单元；所述监控模块检测所述下电耦合装置的工作状态以及市电状态并发送检测结果至所述控制主板和计量模块，所述控制主板根据所述监控模块的检测结果发送控制信号至所述一次下电单元和二次下电单元，分别对不同负载进行下电控制，所述控制主板包括两个电位调节器，分别调节一次下电和二次下电的下电电压。

可选地，所述电位调节器包括旋钮式滑动变阻器，通过所述旋钮式滑动变阻器调节所述一次下电和二次下电的下电电压，所述一次下电的下电电压调节范围u1为46v-56v，所述二次下电的下电电压调节范围u2为40v-50v，所述u1＞u2。

可选地，所述控制主板还包括中央处理器和控制信号放大器，所述控制主板向所述一次下电单元和二次下电单元发送的控制信号经过所述控制信号放大器放大后发送。

可选地，所述一次下电单元和二次下电单元分别包括至少两个直流接触器，所述直流接触器的输入端连接所述蓄电池，输出端连接所述负载。

可选地，所述监控模块包括数据采集单元、数据处理单元、报警单元和数据接口，所述数据采集单元对所述直流接触器的常闭触点和开关电源的交流输入端进行数据检测，并将检测数据发送给所述数据处理单元进行计算，计算结果通过所述数据接口传送给所述控制主板和计量模块。

可选地，所述数据处理单元根据如下公式判断所述下电耦合装置工作状态：

(ui-uo1)+(ui-uo2)≤6*ii/100000

ui＝输入端电压，uo1＝一次下电单元输出端电压，uo2＝二次下电单元输出端电压，ii＝输入端电流；

若计算结果为否则判断所述下电耦合装置为故障状态，所述报警单元发出报警信号。

可选地，在市电正常时，所述监控模块检测到所述常闭触点闭合则判断所述直流接触器故障；

所述监控模块检测到所述开关电源的交流输入端所有相电压均≤175v，则判断市电故障。

可选地，所述下电耦合装置设置有总输入端和总输出端，所述总输入端连接开关电源的整流输出汇流排的任意连接点，所述总输出端分别连接开关电源的一次下电配电汇流排和二次下电配电汇流排。

可选地，所述一次下电单元和二次下电单元中的两个直流接触器通过齿状汇流排交叉双用触点分配正负极，并且通过所述汇流排分别连接所述下电耦合装置的总输出端和所述控制主板。

可选地，所述计量模块检测并显示所述负载的用电参数，显示所述监控模块的检测结果；所述计量模块包括直流电能表。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的下电耦合装置，具有以下优点：

本实用新型使传统开关电源可以与不同种类的电池耦合，实现对负载的下电功能，弥补新电池技术带来的下电功能空白。在更换不同种类电池时，无需更换与之匹配的开关电源，只需要将下电耦合装置接入，并将一次、二次下电的电压调节至对应电压等级即可实现一次、二次下电功能。

已经接入下电耦合装置的开关电源，当开关电源达到报废年限需要更换时，无需断开下电耦合装置，下电耦合装置可不作任何设置变更即可直接接入新开关电源系统，由于下电耦合装置与电池是直接相连关系，割接开关电源时将不会直接中断后端业务，有效降低了因开关电源割接带来的业务损失风险。

附图说明

图1为现有技术中开关电源的一次下电作业示意图；

图2为现有技术中开关电源的二次下电作业示意图；

图3为50ah铁锂电池倍率放电曲线图；

图4为本实用新型实施例中下电耦合装置的结构框图；

图5为本实用新型实施例中下电耦合装置的控制主板的结构框图；

图6为本实用新型实施例中下电耦合装置的监控模块的结构框图；

图7为本实用新型实施例中下电耦合装置的一次下电单元的结构框图；

图8为本实用新型实施例中下电耦合装置的二次下电单元的结构框图。

附图标记说明：11、输入端口正极；12、输入端口负极；13、输出端口负极a；14、输出端口正极；15、输出端口负极b；21、正极内接铜排；22、负极内接铜排；23、正极齿状汇流排a；24、正极齿状汇流排b；25、负极齿状汇流排a；26、负极齿状汇流排b；27、负极齿状汇流排c；28、正极齿状汇流排c；29、负极齿状汇流排d；31、计量模块；32、控制主板；33、监控模块；34、一次下电单元；35、二次下电单元；41、开关电源；42、电池模块；43、重要负载；44、一般负载。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种下电耦合装置进一步详细的描述。

如图4、图5、图6所示为本实用新型实施例之一，该实施例中公开了一种下电耦合装置，连接在蓄电池和负载之间，包括计量模块31、监控模块33、控制主板32、一次下电单元34和二次下电单元35；监控模块33检测下电耦合装置的工作状态以及市电状态并发送检测结果至控制主板32和计量模块31，控制主板32根据监控模块33的检测结果发送控制信号至一次下电单元34和二次下电单元35，分别对不同负载进行下电控制，控制主板32包括两个电位调节器，分别调节一次下电和二次下电的下电电压。

本实施例中的下电耦合装置，可以设置在现有的开关电源中，在更换不同种类电池时，例如将铅酸电池更换为铁锂电池，无需更换与之匹配的开关电源，只需要将下电耦合装置接入，并将一次、二次下电的电压调节至对应电压等级即可实现一次、二次下电功能，操作简单。

电位调节器包括旋钮式滑动变阻器，通过旋钮式滑动变阻器调节一次下电和二次下电的下电电压，一次下电的下电电压调节范围u1为46v-56v，二次下电的下电电压调节范围u2为40v-50v，u1＞u2。旋钮式滑动变阻器上设置有对应电压值的刻度，方便选择调节参数。当蓄电池的电压下降到46v-56v时执行一次下电，当蓄电池的电压下降到40v-50v时执行二次下电。实际操作中，一次、二次下电的下电电压调节范围是不交叉的，而且需要满足u1＞u2的条件。

采用这样设计的优点在于一次、二次下电电压均采用可调节方式，在开关电源更换了不同种类的电池之后只需要将一次下电电压和二次下电电压调节至合适值即可，操作更加简单。

如图5所示，控制主板32还包括中央处理器和控制信号放大器，控制主板32向一次下电单元34和二次下电单元35发送的控制信号经过控制信号放大器放大后发送。因为中央处理器发出的控制信号功率较小，需要放大后才可以驱动一次下电单元34和二次下电单元35。

如图7、图8所示，一次下电单元34和二次下电单元35分别包括两个直流接触器，直流接触器的输入端连接蓄电池，输出端连接负载。直流接触器内部的触点形式可以采用常开式，市电正常时为断开状态，蓄电池无法为负载供电，市电断电后闭合形成通路，蓄电池可以为负载供电。直流接触器的具体结构可以参考现有技术，通常包括电磁机构、触点机构、灭弧机构等部分，控制主板32向直流接触器发送的控制信号可以控制触点机构的断开与闭合。从电路稳定和安全考虑，一次下电单元34和二次下电单元35中也可以包括多于两个的直流接触器。

直流接触器为常开型直流接触器，具备4个常开负载触点和2个常闭辅助触点，选用常开型直流接触器能有效避免对电池过度放电的情况。

当控制主板32检测到输入电压低于设置电压范围且收到监控模块33提供的市电故障告警信号时，提供对应下电单元的直流接触器闭合控制信号，通过控制信号放大器将控制信号放大后下达到对相应的下电单元；当控制主板32检测到输入电压高于或等于设置电压范围时，提供对应下电单元的直流接触器断开控制信号，通过控制信号放大器将控制信号放大后下达到对相应的下电单元。

如图6所示，监控模块33包括数据采集单元、数据处理单元、报警单元和数据接口，数据采集单元对直流接触器的常闭触点和开关电源的交流输入端进行数据检测，并将检测数据发送给数据处理单元进行计算，计算结果通过数据接口传送给控制主板32和计量模块31。数据接口可以采用rs-485接口。

数据处理单元根据如下公式判断下电耦合装置工作状态：

(ui-uo1)+(ui-uo2)≤6*ii/100000

ui＝输入端电压，uo1＝一次下电单元输出端电压，uo2＝二次下电单元输出端电压，ii＝输入端电流。100000的单位为ma。

若计算结果为否则判断下电耦合装置为故障状态，报警单元发出报警信号。该公式的设计考察的是下电耦合装置的压降，如果下电耦合装置发生故障，则电阻会变大，压降变大，依据的标准为：每6个月，每百安培≤3mv。

报警单元可以包括声光报警装置，报警信号灯亮，同时发出报警声音。

在市电正常时，监控模块33检测到常闭触点闭合则判断直流接触器故障。此时需要维修下电单元，更换直流接触器，保证下电单元能够正常工作。

监控模块33检测到开关电源的交流输入端所有相电压均≤175v，则判断市电故障。此时控制主板32向直流接触器发送控制信号控制触点机构闭合，使用蓄电池为负载供电。

如图4所示，下电耦合装置设置有总输入端和总输出端，总输入端连接开关电源的整流输出汇流排的任意连接点，总输出端分别连接开关电源的一次下电配电汇流排和二次下电配电汇流排。从而可以将下电耦合装置灵活接入各种应用场景。

总输入端设置有输入端口正极11、输入端口负极12；总输出端设置有输出端口负极a13、输出端口正极14、输出端口负极b15。这些连接端子均为长＝60mm，宽＝80mm，厚＝6mm的铜排，并在正面设置两个圆形通孔，开孔圆心坐标分别为x轴30mm，y轴19mm；x轴30mm，y轴52mm。(x轴对应端口长方向，y轴对应端口宽方向)开孔直径为18mm，在开孔下方分别设置一个m16螺母围绕开孔固定。端口如此设计之后会使得该下电耦合装置接入现有开关电源系统变得牢固同时使接入操作变得更加方便。

正极内接铜排21、负极内接铜排22一端分别与输入端口正极11、输入端口负极12相连接，另一端延伸至控制主板32内部分别与控制主板32的正负极汇流排相连接，控制主板32的正负极汇流排通过与正极齿状汇流排a23、正极齿状汇流排b24、负极齿状汇流排a25、负极齿状汇流排b26分别连接形成电流通路。

如图7、图8所示，一次下电单元34和二次下电单元35中的两个直流接触器通过齿状汇流排交叉双用触点分配正负极，并且通过汇流排分别连接下电耦合装置的总输出端和控制主板32。采用这样的设计使得两个直流接触器中任意一个接触器故障均不会影响到负载。

正极齿状汇流排a23、正极齿状汇流排b24、负极齿状汇流排a25、负极齿状汇流排b26、负极齿状汇流排c27、正极齿状汇流排c28、负极齿状汇流排d29分别与直流接触器不同负载触点相连，同一下电单元内的两个直流接触器同侧同极相连，正负极各用一个齿状汇流排，平均分配单个直流接触器的负载触点，接触器的两端采用同种齿状汇流排交叉双用触点方式连接。

具体的，一次下电单元34由两个直流接触器和正极齿状汇流排a23、负极齿状汇流排a25、负极齿状汇流排c27、正极齿状汇流排c28组成，正极齿状汇流排a23分别与两个直流接触器的输入端1和3常开负载触点连接，负极齿状汇流排a25与两个接触器的输入端2和4常开负载触点连接，负极齿状汇流排c27与两个接触器的输出端2和4常开负载触点连接，正极齿状汇流排c28与两个直流接触器的输出端1和3常开负载触点连接，构成交叉双用触点模式，分别由两个直流接触器通过齿状汇流排交叉双用触点分配正负极。将正极齿状汇流排a23、负极齿状汇流排a25另外一端直接与控制主板32的汇流排相连接，一次、二次下电单元共用正极齿状汇流排c28，使布局更加合理。二次下电单元35的接线结构可以参照一次下电单元34。通过交叉双用触点分配正负极可有效的避免因单个直流接触器发生故障导致的业务中断情况，通过齿状汇流排代替线缆使得内部布局大大简化，制造装配工艺简单，提升稳定性维护更加方便。

计量模块31可以检测并显示负载的用电参数，还可以显示监控模块33的检测结果；计量模块31包括直流电能表。直流电能表可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。既可用于本地显示，又能与工控设备、计算机连接，组成测控系统。直流电能表可具有rs-485通讯接口，采用modbus-rtu协议。

本实施例中的下电耦合装置使传统开关电源可以与不同种类的电池耦合，实现对负载的下电功能，弥补新电池技术带来的下电功能空白。在更换不同种类电池时，无需更换与之匹配的开关电源，只需要将下电耦合装置接入，并将一次、二次下电的电压调节至对应电压等级即可实现一次、二次下电功能。

已经接入下电耦合装置的开关电源，当开关电源达到报废年限需要更换时，无需断开下电耦合装置，下电耦合装置可不作任何设置变更即可直接接入新开关电源系统，由于下电耦合装置与电池是直接相连关系，割接开关电源时将不会直接中断后端业务，有效降低了因开关电源割接带来的业务损失风险。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。