一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统

知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 研发项目结题报告 （上报集团版） 项目 名称 及编号 2010_LH_40 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统 。 主要 研究 单位 及负责人（联系方式） （ 如为联合项目， 此处只填 牵头单位 及其负责人，联系方式需注明联系电话和 Email ） 其他研究单位及 负责人 （联系方式） 是否集团重点 (是 /否 ) 是 是否联合项目（是 /否） 是 项目经费（万元） 20 万元 项目 起止 时间 2010 年 1月 2010 年 12月 专业类别 通信电源 研究类别 超前研究 关键词索引（ 3 5 个） 锂电池配套；均衡功能；后备式 该项目在 研究单位内部 的评审结果 优秀 该项目在 研究单位内部 的评审意见： 描述评审专家组对该项目在技术先进性 ， 创新性 ， 取得的总体 效益 ， 可推广性等方面的评价 。 发明专利 .一种移动通信用后备式铁锂电池层叠梯田智能循环充电管理装置 集团专利评审专家评审结果 意见 . 评审通过，评审得分 7.35 分。铁锂电池充电管理有别于传统铅酸蓄电池，本提案提供一种移动通信用后备式铁锂电池层叠梯田智能循环充电管理装置，采用层叠梯田智能控制算法，较当前 铁锂电池的控制更趋精细化控制，以层叠梯田智能循环与单组单体小电流波浪层叠梯田智能循环切换充电方式，具有一定的创新性，故通过评审。 发明专利 . 一种移动通信用后备式铁锂电池互交差三级均衡控制充电管理装置与系统 集团专利评审专家评审结果意见 . 评审通过，评审得分 7.05 分。本提案中根据电池温度采用不同充电模式的方法建立充放电数据模型，具有一定的创新性，故通过评审。 发明专利 . 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统之一 集团专利评审专家评审结果 意见 评审通过，评审得分 7.35 分。本提案围 绕后备铁锂电池的户外应用，完成一体化机箱设计、配套电源管理装置设计、箱内负气压阀门、风道结构设计等，具有一定的创新性，以及相当的应用前景、应用价值，故通过评审。 发明专利 . 一种移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障诊断与维护管理装置与系统 集团专利评审专家评审结果 意见 评审通过，评审得分 6.55 分。该案设计建立了电池组故障诊断系统，给出系统判断所用规则库、历史档库，提出电池组运行性能评估算法，但采用规则库与已方案类似，可作为一体化电源管理系统的一部分，但鉴于其方案与GS1006003 有共同特征，故将其并入 GS1006003 进行专利申请。 项目的简介 ： 简要描述 该项目的 目的和意义，解决 的 问题，取得的社会和经济效益 等 。 本方案的设计核心 ,放弃现有传统的设计思路 .重点解决锂电池配套系统如何在室外安知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 装及正常使用 .并使用一套全新的锂电池充电均衡管理技术全面解决方案 .实现技术的突破与进步 . 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统硬件由50-250ah48v 铁锂电池组模块 (可根据不同的现场使用环境及对蓄电池后备放电时间的要求 .来选用大小容量不同的蓄电池组 )、对偶双自然冷却隔热风道模 块、互交差三级均衡控制充电管理模块、环境监测监控单元模块、铁锂电池层叠梯田智能循环充电模块、交流 AC 四路输出控制模块、DC/DC 四路输出控制模块组成。来共同完成解决锂电池由于一次过放电，就会造成蓄电池不可恢复的报废的主要问题 , 互交差三级均衡控制充电管理模块、铁锂电池层叠梯田智能循环充电模块主要功能实现了锂电池充放电过程中的内部均衡控制保护 .对偶双自然冷却隔热风道模块、环境监测监控单元模块 、交流 AC 四路输出控制模块、 DC/DC 四路输出控制模块主要功能实现了锂电池充放电过程中的外部均衡控制保护 .以上这五大系 统共同组成一个完整的移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置 . 通过我们多年来在电动车及移动通信基站小范围内试点的“探索 实践 再探索 再实践” 技术积淀 .认识到锂离子电池的这些规律，并结合移动通信基站的实际情况及需求开发一套全新移动通信用后备式锂离子动力电池组层叠梯田智能循环充电管理的装置与系统 .该系统的核心功能是在任何时候如电池的运行环境不符合所需的条件下 ,保证每个单节电池都不发生过充电和过放电。提高锂电池的管理系统的有效性及实用性 . 来解决锂电池在单节大容量和串联成高电压电池组时，不便 在移动通信基站推广应用的难题。 对 现有 企业标准规范的符合度： 列举该项目 使用并符合的中国移动统一发布的企业标准的名称和编号， 描述该项目成果在现有的企业标准基础上所需新增的功能要求（如业务流程的改变、设备新增的功能要求等） 。 该项目的专利情况： 。 以下项目研发产生的专利已通过集团组织专家的终审。 发明专利交底书已提交国家专利局 .专利申请号 等相关证明正在审批中 . 1.一种锂聚合物蓄电池智能自适应充电管理装置和系统。 专利申请号 200910117282.2 2.一种 通风装置、系统、后备电池真空控制方法及恒 温控制方法 3. 一种移动通信用后备式铁锂电池层叠梯田智能循环充电管理的装置与系统 4. 一种移动通信用后备式铁锂电池互交差三级均衡控制充电管理装置与系统 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 5. 一种移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障诊断与维护管理装置与系统 该 项目研发存在的主要问题及今后的设想 ： 电池的过充电是造成电池寿命减短的主因，依据电池制造厂商提供之充电方式是最直接也较有效的方法，但常因充电时间过长，并不完全适用于移动通信基站、 UPS 及电动车的使用需求。若充电器的功率太低，则将延长充电时间，但提高功率，则增加成本与体积， 未必符合经济效益，且充电末期电池之转换效率亦降低，容易使电池产生高温，进一步降低电池的寿命。因此寻求一个快速且又不影响电池寿命的充电方法，成为本方案 下一步 重要的研究设计内容。 项目研究成果的 主体 内容 （ 3000 字以上 ，可附在表格后）： 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统 结题报告 一 .背景情况 目前 国外通讯运营商均提出了新型锂离子电池后备解决方案的需求，国外多个设备制造商也已推出了系列新型通信用后备式锂离子电池组，进入了产品的成熟期。欧洲部分运营商已经成功试用。通信用后备式锂 离子电池组产业化在国内尚处在起步阶段，少量制造商已经推出可商用产品，运营商尚未开始使用，处于关注状态。 移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障 诊断 与维护管理技术目前是技术空白点 .没有相关的技术介绍 . 国内外发展现状 .根据国际电工学会 (IEC)在 1995 年制定的电池管理系统标准的要求，电动车用电池管理系统必须具备一定的电池诊断功能，包括不健康电池早期报警和提供电池老化信息。在这 10 多年里，国外各大公司均对此进行大力攻关研究，并在其运行使用的电池管理系统中加入了一定的电池诊断功能。其中代表性的公司有德国 Mentzer Electronic GmbH 和 Werner Retzlaff 为首设计的 BADICOaCH 系统；美国 Aerovironmevt 公司开发的 SmartGuard 系统(Long-Life Battery Using Intelligent Modular Control System)。 国内对电池故障诊断也有一定的研究，如春兰研究院，清华大学，但大部分研究还处于起步阶段。 另外，虽然有些电池管理系统带有均衡功能，但由于从成本、散热、可靠性等多方面考虑，电池管理系统的均衡电流一般远小于串联充电的电流 ，因此均衡效果不是很明显，也会出现某些单体电池充不满电的情况，这对于需要大电流充电的锂离子电池组，例如电动汽车用的锂离子电池组而言则更为明显。 现有技术中通信用铁锂电池系统（如 SDA10-48）由于整流器、控制电路与锂电池整合一起，知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 各设备的正常运行会产生大量的热量，使锂电池长期会处于高温运行状态，由于散热的问题无法解决，因此不能在室外安装使用。现有技术中铸铝 室外 一体化 通 信 基站机箱 内集成众多设备，设备运行时会行成 高温环境， 并且设备 机箱 内外部 介质的温差大 ，因此在 恶劣环境等条件下 无法实现 室外 一体化 后备电源 。 二 .技术特点分析 本方案的设计核心 ,放弃现有传统的设计思路 .重点解决锂电池配套系统如何在室外安装及正常使用 .并使用一套全新的锂电池充电均衡管理技术全面解决方案 .来重点解决 由于 目前锂电池在实际应用普遍存在以下十类问题 . 1. 动力型磷酸铁锂锂电池在放电时，管理系统电路如何实现 剔除 功能？ 2. 在其中一节出现电量不足、电压过低时，电池管理系统可以自动剔除节电芯，同时保证电池组不间断输出。 3. 对于高电压、大电流的负载（比如 120V/200A），动力电池管理系统如何实现，能保证其稳定性？ 4. 如何解决单体电池循环过程中有个别出现突然死亡现象，再次循环时又正常？ 5. 能否保证动力锂电池组充电时可以短时高效，比如对 100AH/120V 电池组，如何能在 4-6小时充满电？ 6. 对于电池组，能否实现单体充电、串联放电，如何实现这样的管理系统？ 7. 如何解决电池一致性不好问题？主要指电池内阻差异。 8. 如何提高磷酸铁锂正极材料不同批次之间稳定性差异？ 9. 电池大电流放电发热怎样降到最低？ 10. 那种电解液更适合磷酸铁锂动力电池使 用，添加剂种类、如何防止电池气胀？ 从而实现技术的突破与进步 . 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统硬件由50-250ah48v 铁锂电池组模块 (可根据不同的现场使用环境及对蓄电池后备放电时间的要求 .来选用大小容量不同的蓄电池组 )、对偶双自然冷却隔热风道模块、互交差三级均衡控制充电管理模块、环境监测监控单元模块、铁锂电池层叠梯田智能循环充电模块、交流 AC 四路输出控制模块、DC/DC 四路输出控制模块组成。来共同完成解决锂电池由于一次过放电，就会造成蓄电池不可恢复的报废的主要问题 , 互交差三级均衡控制充电管理模块、铁锂电池层叠梯田智能循环充电模块主要功能实现了锂电池充放电过程中的内部均衡控制保护 . 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障 诊断 与维护管理装置与系统 .是 对 锂 电池组故障进行诊断 与维护 是电池管理系统的重要功能。根据 移动通信用室内外一体化后备式 锂离子电池组故障和外部特性之间的 特点与 关系，建立了电池组故障诊断 维护 系统的模型，并给出了系统 判断 所用规则、历史档案数据内容以及电池组运行性能评估的算法， 来对整体以上 六 大系统 系统的运行过程的指导和修正 .并 最后通过试验对结果进行了验证 的一种 方法 . 本方案设计 双体内胆铸铝 室外 一体化 通 信 基站机箱 的设计 的通风系统、通风装置、通信后备电池室内外一体系统、真空控制 方法及 恒温控制方法，采用了一套全新的风道设计通风系统，可以对后备锂蓄电池组以及相连的设备进行通风和温度控制。并且，采用半导体制冷热片与毛细低温换热器结合使用组成微型智能空调，可以解决单独使用时的结露现象。同时还对利用通风系统对后备蓄电池组进行真空控制，以及存放后备电池外的其他设备进行恒温控制，避免各种设备发生故障、燃烧的概率，大大降低了室外设备的故障概率。 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外 一体化配套电源智能管理装置与系统设备外观图 同时本方案相应开发 WLAN 网络交换机 8 口、 16 口、 24 口的在线式后备 80ah/120ah/160ah锂电池配套电源装置与系统 以及 一种移动通信用便携式锂电应急发电系统 . 本方案主要 各项 核心专利技术 简介 发明专利一 .一种移动通信用后备式铁锂电池层叠梯田智能循环充电管理的装置与系统 本方案为了实现层叠梯田智能循环充电的技术要求。故本电路由 P89LPC936 Flash 单片机与 TLC548 数模转换器通过采样电路实时采集电池的端电压和充电电流，经内部计算决 定下一阶知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 段的充电电压和电流。然后送出控制信号给双芯片脉宽调制器模块控制充电电流和电压的大小，并协调好 DC/DC 高频隔离变换器、层叠梯田智能循环充电系统模块、互交差多级单体均衡控制模块和其他各外围电路模块工作来共同组成新型智能循环充电管理的装置与系统。主要有工作模式、蓄电池电压、容量、充电模式、时间限定、工作参数调 ，工作模式分为自动和手动，蓄电池电压有 4.2 V、 12 V、 18 V、 24 V、 30 V、 36 V， 48 V 容量项从 2Ah 至 300Ah，共 26 项，充电模式为 AB 正常、整组初充、整组单体层叠梯田智能 循环充、 AB 快充，时间限定功能可以设定充电开始的时间和充电结束时间等 . 基本充电原理首先由 P89LPC936 单片机根据不同的输入蓄电池的端电压及充电端电压来判断充电过程为主要依据，如低于蓄电池标称电压的 13一般是因为过放电或存放时间过长，采用 0.1 CA 的变电压变电流充电法层叠梯田间歇充电；充电端电压在标称值 13内时，则采用0.35 CA 的充电电流实施快速充电；当充电端电压接近或高于标称 +13时，充电电流逐渐减小，当充电端电压达到进行温度修正后上限值时，通过改变 PWM 的占空比，使用极小的电流充电。采用分段式脉冲充电方式，这样能够改善蓄电池性能和提高蓄电池的充电接受率。上述过程完成后如互交差多级单体均衡采样控制模块上报各单体单组的均衡性达不到要求。系统将采用单体或AB 单组电压小电流波浪式层叠梯田间歇充电法循环进行单体单组均衡充电。 双芯片冗余 脉宽调制器 模块 DC/DC 高频隔离变换器高频整流滤波 层叠梯田智能循环充电 系统模块 快速 A/B组 充电模块 常规 A/B组充电模块 充电模块 温度 控制测量 模块 总组恒流 /恒压 /脉充模块 隔离驱动模块 软启动 功率因数校正 整流滤波 EMI滤波 控制电源 开关 复位 键盘 温度开关 A/V 液晶显示 互交差多 级单体均衡采样控制模块 均衡 1 组A 均衡 1 组A 均衡 3 组 c 均衡 4 组 d 均衡 1组a 均衡 2 组b 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 由于锂电池串联使用，电池组的质量取决于性能最差的那节电池。电池的充放电效率随使用时间的增加到逐渐降低，其周期平均温升也逐渐增大。所以本案的核心以不同电流和使用环境对电池组进行恒流充放电，单片机 cpu 自动采集记录多级方式监测电池组及各节电池的温度 数值，并根据单片机 cpu 内置正常蓄电池充放电的不同温度不同倍率及同倍率不同温度下单组 /单体表温变化值温度数学模型数据库比对 .对锂电池进行性能评估 . 来及时修正锂电池充电过程中的输出电流的大小 . 发明专利二 .一种移动通信用后备式铁锂电池互交差三级均衡控制充电管理装置与系统 本方案采用二个 LTC1769 或 (LTC1760)电流模式脉冲宽度调制（ PWM）的电池充电 IC 与四个S-8204B 或 (LS9208) 3 节 /4/7 节电池串联用电池保护 IC 及三个 TMP300 温度控制开关 IC 共同组成互交差三级单体均衡采样控制 模块系统。 LTC1769 或 (LTC1760)电流模式脉冲宽度调制（ PWM）的电池充电 IC 主要完成对两个 S-8204B或 (LS9208) IC 所控制的 A/B 组各 8 节串联电池均衡采样控制及保护 .并通过内部自带的微充放电管理系统控制各 S-8204B 或 (LS9208) IC 通过对单体的充放电方式来完成整组的电池均衡的管理 .主要的任务有以下几点 . 内置 独立 3 级充电器轮询电池的充电要求并监视由电池内部电量测量所确定的实际电流和电压（误差为 0.2%），实现快速、安全和彻底地充电 快速充电模式可以用来进一步缩短充 电时间 . 支持电池查验以实现气压计校准充电器状态 . 3 个电源通路二极管允许安全和低损耗地 进行 两个 以上 电池 组 同时放电 . 两个二极管实现两个电池 组 同时安全、低损耗地放电 . 硬件可编程电流和电压安全限制以及很多其他安全功能用以补充电池的内部保护电路 . TMP300 温度控制开关 IC 的主要任务是当蓄电池在充放中 温度超限时 , TMP300 能实时检测到并及时通知 CPU 改变电流输出 ; 在 充电过程中一旦出现 单体高温 故障 超过预定的值 ,TMP300 可以将最大允许充电电流设为 0,迫使充电 设备 停机 ,避免发生事故 ,保障充电的 安 全。 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 TMP300 自动记录 当前的充电电流 及当 大于最大允许充电电流时 的单体温度变化情况 ,CPU 充电 设备则根据 TMP300 提供的温度数据 来 跟随 调整控制 最大允许充电电流 ,这样就有效地防止了电池过充电 ,又 达到 快速充电并 延长电池寿命目的。 1.第一级均衡控制电路硬件设计与工作原理说明 第一级均衡控制 是由四个 S-8204B 或 (LS9208)3/4/7 节电池串联用电池保护 IC 及三个TMP300 温度控制开关 IC 共同组成 备有过电流保护功能的电路 .其主要的任务是首先进行对每单体的锂电池充放电及运行过程的各项数据的检测与保护 并实现四个锂电池为一组的均衡控制 . 2第二 级均衡控制电路硬件设计与工作原理说明 第二 级均衡控制电路 是由两个 LTC1769 或 (LTC1760)组成 . LTC1769 内置 三个两线系统管理总线接口使 LTC1769 能实现诸如跟踪两 组或两 个电池的内部电压和电流之类的伺服功能，并允许一个两线系统管理总线 cpu 主机监视任一电池 组 的状态 .这种伺服技术能使充 电 的准确度同电池内部电压和电流测量值只有 0.2的误差 . 3.第 三级温度 监控 早期预警锂电池故障 均衡控制电路硬件设计与工作原理说明 由于 锂 电池串联使用，电池组的质量 取决于性能最差的那节电池。电池的充放电效率随使用知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 时间的增加到逐渐降低，其周期平均温升也逐渐增大。 所以本案的核心 以不同电流 和使用环境 对电池组进行恒流充放电， 单片机 cpu 自动 采 集记录 多级方式 监测电池组 及 各节电池的温度 数值 ，并根据单片机 cpu 内置正常蓄电池充放电的不 同温 度 不同倍率及同倍率不同温度下单组 /单体表温变化值 温度数学模型数据库比对 .对锂 电池进行性能评估 . 来及时修正锂电池充电过程中的输出电流的大小 . 单片机 cpu内置正常蓄电池充放电的 同温不同倍率及同倍率不同温度下单组 /单体表温变化值 温度数学模型数据 库建立工作原理与方法的说明 . 本 方案主要采用以下步骤完成 温度数学模型数据库的建立 . 方案 实验主要验证预充后的电池在不同测试温度（ 5 、 10 、 15 、 20 、 25 、 30 ）环境下以不同的倍率（ 0.1C、 0.2C、 0.3C、 0.4C、 0.5C、 0.6C、 0.7C、 0.8 C、 0.9C、 1.0C）单组 /单体表温变化值情况。 本 方案放电过程故障判断 应用 系统程序流程图如图。实际测试对象对 16 节 锂 电池 （容量 10 安时）。 放 电温度 25 度 .1c 放电到 3V. 数据处理过程如下： （ 1） 对单 体 /单组 个过程全部电池 温度曲线 取平均， 获得一条平均曲线。 与 CPU 内置 的标准温度数学模型 数据库进行比对 . （ 2） 计算各电池曲线和平均曲线的均方差，但到本过 程各电池温度一致性系数。 与数学 模型数据库比对 .得出 不同点 .并对应相应的温度不同单体 /单组电池 . （ 3） 对各过程的温度一致性系数进行加权平均，得到全 过程各 单组 电池温度一致性系数。 （ 4） 对全过程各电池温度一致性系数进行电池性能评估 排 序， 排查出相应的性能下降电池 . 表电池温度一致性分析 单体编号 1 2 3 4 5 6 7 8 温度值 24.695 24.828 24.553 24.734 24.942 24.89 24.963 24.87 单组编 9 10 11 12 13 14 15 16 TMP300 LCT1769(LCT1760)设定测温过程和参数 CPU 选通 TMP300 单节电池温度 CPU 选通 LCT1769 单组电池温度 读取单节 电池温度 读取单组电池温度 校正和储存温度数据 绘制各过程温度曲线 电池单体单组性能评估 电池单体单组故障告警 电池单体单组启动 循环 充放电管理系统 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 号 温度值 24.931 24.822 24.831 24.917 24.961 24.925 24.918 24.752 单组编号 A1 A1 A2 A2 B1 B1 B2 B2 温度值 24.831 24.917 24.961 24.925 24.546 24.899 24.968 24.748 表电池性能评估排序 最佳电池 2 8 10 11 16 故障电池 1 13 7 最 佳单组电池 A1-1 B1-2 故障单组电池 A2-2 B2-1 发明专利三 . 一种移动通信用后备式铁锂电池室内外一体化配套电源智能管理装置与系统之一 双体内胆铸铝 室外 一体化 通 信 基站机箱 设备 置换 对偶 冷热风道 自然冷却 诱导式 微型加热制冷智能空调 通风系统 硬件设计与原理说明。 为了充分利用 设备外部在不同季节 的热（冷）能力， 本设计力图尽可能地利用可再生的洁净自然能源。由于 设备运行时 夏季制冷能耗 远远 大于冬季 供热 能耗，故为设计了 设备内部 置换 对偶双自然冷却 诱导式 微型加热制冷智能空调 通风系统 ，以满足 设备运行 通风换气和降温 。 置换 对偶双 冷热风道 自然冷却 诱导式通风 装置 就是利用 两组两个 双向有源风扇 与两组两个半导体制冷 片 /毛细 低温热 管 /独立冷热 风道 /导流板组成一种 微型加热制冷智能空调 装置 .该系统 产生 射流的诱导特性，在送风口处导入新鲜空气， 经过制冷或加热后空气 采用超薄型 空气流导流板 以高速喷出的空气主流，诱导及搅拌周围大量的 热冷 空气，一方面稀释 设备舱 内空间的 高温气体 并降温 ，另一方面带动空气沿着预设的流程至设定方向，从而达到在进风口处引入新风，在排风口处顺利排出 热 气的目的，保证了 设备舱 空间良好的 恒温 换气效果 。 本方案利用两组两个 向有源风扇 对偶 式冷热风道的设计 产生 射流形成 气流推拉作用 ，使整个空间产生流动的速度场。因为风管减少了很多，系统变得简单。气流方向可以 通过 空气流导流板 随意调节，适应不同的 季节温度气候来 达到最佳配置，气流畅通无死角，整体 设备舱 内新鲜空气分布均匀，混合效果好， 高温气体 被充分稀释。 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 本方案根据锂电池的特性要求。本方案在热风道内增功一个 负大气压重力式阀门 。从而实现了 蓄电池舱 全密封负大气压真空状态，这样可以使 锂电池发生的燃烧事故 概率降到最低的程度。 发明专利四 . 一种移动通信用室内外一体化后备式铁锂电池故障诊断与维护管理装置与系统 本方案是 对 锂 电池组故障进行诊断 与维护 是电池管理系统的重要功能。根据 移动通信用室内外一体化后备式 锂离子电池组故障和外部特性之间的 特点与 关系，建立了电池组故障诊断 维护 系统的模型，并给出了系统 判断 所用规则、历史档案数据内容以及电池组运行性能评估的算法， 来对整体以上 六 大系统 系统的运行过程的指导和修正 .并 最后通过试验对结果进行了验证 的一种方法 . 空气流导流板 1 号双向有源风扇 2 号双向有源风扇 1 号出风口 2 号进出风口 3 号双向有源风扇 4 号双向有源风扇 1、 2 号正向排风的气流走向 、 号正向排风的气流走向1、 2 号反向排风的气流走向 3、 4 号排风的气流走向 微型加热制冷智能空调 微型加热制冷智能空调 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 1. 后备式单体充放电超 级电容维护保护模块 的硬件设计及工作原理说明 : 1.1. 后备式单体充放电超级电容 电路的总体构图如图所示 综合分析判断 故障预警输出 充放电维护输出 后备式单体 充放电超级电容维护保护模块 后备式单体充放电超级电容维护 保护 模块 全系统数据库 电池 充放电历史档案数据库 互交差三级均衡控制充放电电压 /电流 /容量 规则库 系统推理调度程序模块 人机交互程序模块 电池 充放电温度 历史档案数据库 层叠梯田智能循环充电充放电电压 /电流 /容量 规则库 充放电温度 /容量 规则库 USP 接口 数据采集卡 交流 AC 四路输出控制 负载切离模块 规则库 DC/DC 四路输出 控制模块 负载切离 模块 规则库 三级温度监控早期预警锂电池故障均衡控制模块 层叠梯田 智能循环充电模 块 互交差三级均衡控制充电管理模块 环境监测监控单元 模块 交流 AC四路输出控制模块 模块 DC/DC四路输出控制模块 后备式单体充放电超级电容维护保护 模块 规则库 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 本方案利用二个 LTC1769 或 (LTC1760)电流模式脉冲宽度调制（ PWM）的电池充电 IC 与四个S-8204B 或 (LS9208) 3 节 /4/7 节电池串联用电池保护 IC 及三个 TMP300 温度控制开关 IC 共同组成互交差三级单体均衡采样控制模块电路中充电用 FET.放电用 FET 端子外接 各支路超级电容维护保护输出整流电路 .来完成对单体锂电池维护和保护 . 各支路超级电容 维护保护输出整流电路 根据锂电池端电压的变化情况控制超级电容电流的输出和关断 .从而达到并 实现 均衡采样控制 管理系统电路 剔除 功能 . 如 在其中一节 锂 出现电量不足、电压过低时， 温度过高等 .三级均衡采样控制 管理系统 在 自动剔除节电芯 外 ， 各支路超级电容维护保护输出整流电路 自动开启替代 剔除节电芯 的输出 .从而 保证电池组不间断输出。 如单组 /单体 超级电容 电流输出不能满足电池组的输出要求 . 两组 各支路超级电容维护保护输出整流电路 自动将没有放电的剩余单组 /单体超级电容的电流加载到正在工作的超级电容上面 . 后备式单体充放电超级电容维 护保护模块 的充电由 层叠梯田智能循环充放电模块 内置的 总组恒流 /恒压 /脉充模块 中恒流充电方式来完成 . 1.2. 层叠梯田智能循环 充放电电压 /电流 /容量 与 规则标准 库 自动 建立方法 工作 说明 蓄电池容量之侦测方法近年来得到广泛的研究，根据量测的方式主要可分为：比重计法、开路电压法、内阻量测法、放电曲线查表法、库仑计量测法等等。要能够长期准确的侦测出电池的容量，相当困难。克服此一困难，先决条件之一是必须建立一个周详的电池管理控制流程，将电池之充 电、放电、维护、容量侦测法则、老化、温度效应等因素纳入考虑。本方案 综合各项 因素。 配合厂商所提供的电池放电曲线，结合多种方法，发展出一种 多级式 蓄电池容量 及故障 侦测方法。 为 了解 锂电 池之充放 电 特性 以及 电压 /电流 /容量 规则标准 库 自动 建立 ,将 针对电 池 规划 一系列的 实验 来 验证 规则标准 库 。本 方案 之 实验 方法是以 软 、硬 设备 来 实现 之。 软 件以 Visual C+ MFC配合硬件 发 展出一套 电 池量 测 平台 ,在程序修改其相 关 参数并配合窗口 读 取接口，便可以量 测 到准 确 的 后备式单体充放电超级电容维护 保护 模块 层叠梯田智能循环充放电模块 220V 市电 互交差三级均衡控制充电管理模块 -48V 锂电池组 三级温度监控早期预警锂电池故障均衡控制模块 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 图 即 为电 池量 测 平台的操作窗口。 一般来 说 ,充 电 的 过 程比 较单纯 。因此 , 规则标准 库 规划 的 实验 都是比 较 着重于放 电 的 过 程。针对 放 电 的 过 程 ,基本 上 归纳 成 两 个 变 量 : 温度 (T)、 电 流 (I)。放 电 温度分 为 75 、 65 、 55 、45 、 35 、 25 、 15 、 5 、 5 等九 项 ,而 每项 温度里再采取十四 种 定 电 流放 电 ,电 流大小分 别为 1.5C、 1.4C、 1.3C、 1.2C、 1.1C、 1.0C、 0.9C、 0.8C、 0.7C、 0.6C、 0.5C、 0.4C、 0.3C、 0.2C。 在流程的 规划 上，本 方案 是采用 ,先充 满电 后放 电 的流程 ,规划 如 图 。 X 和 Y 根据不同的温度而改 变 ,公式如下： (T 为 放 电时 的温度 ) 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 图 已 经 很清楚的解 释 整个 实验 的流程 ,大致上分成 两 大部分。前半部是充 电 的部分 ,后半部是放 电 的部分。 开 始充 电 之前 ,要使恒温箱 稳 定在 25 ,然后 进 行 0.2C 放 电 的 动 作 ,此 步骤 只是 让电 池先有一个完整放空的情况 ,让 充 电 的初始条件相同 ,截止的条件 为电压 小于 3 伏 ,接着等待 30分 钟 的化学平衡后， 开 始充 电 (2.15A,4.2V),截止条件 为电 流小于 100mA。 到 这 里都属于前半部 ,目的只是 为 了 让 放 电 之前 ,电 池有相同的初始状 态 (满 充 ),接着 设 定恒温箱到指定的温度，等待一段 时间 后， 设 定指定的 电 流 后 ,开 始 进 行放 电 ,截止条件是 电压 小于3V,经过这样 的 步骤 就算完成一个 循环 然后再重 复进 行着 ,直到所有温度和 电 流都 进 行 过 后 实验才 结 束。 蓄电池 放入恒温箱 设定恒温箱 稳定在 25 30 分钟 采用电流 (0.2C)进行放电截止条件为电压小于3V 30 分钟 采用电流、电压（ 2.15A， 4.2V）模式充电截止条件为电流小于 100mA. 30 分钟 设定恒温箱到指定的温度并稳定一段时间 X 分钟 采用当前指定的值进行直流模式放电 截止条件为电压小于 3V. Y 分钟 实验流程 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 相同温度下 ,不同 电 流的 规则标准 库 建立 (表 1)电 池在 25 时 ，各 种 放 电电 流所放出的容量 (表 2) 电 池在 45 时 ，各 种 放 电电 流所放出的容量 (表 3)电 池在 65 时 ，各 种 放 电电 流所放出的容量 (表 4)电 池在 -5 时 ，各 种 放 电电 流所放出的容量 由 这 四个温度就可以很明 显 的看出 ,在相同温度下 ,电 流越大 ,放出的 电 量越少。 相同 电 流下 ,不同温度的 规则标准 库 建立 (表 1)放 电电 流 为 0.2C 时 ，各 种环 境温度下 ,电 池所放出的容 量 (表 1)放电电流 总放电量(mAh) (表 2)放电电流 总放电量 (mAh) (表 3)放电电流 总放电量(mAh) (表 4)放电电流 总放电量 (mAh) 1.5C 2003.645828 1.5C 2080.180733 1.5C 2090.342563 1.5C 1061.531325 1.4C 2018.533822 1.4C 2088.279548 1.4C 2094.046236 1.4C 1112.832557 1.3C 2031.780803 1.3C 2095.354937 1.3C 2097.920587 1.3C 1160.980108 1.2C 2048.970225 1.2C 2102.924436 1.2C 2105.488626 1.2C 1207.853866 1.1C 2066.533977 1.1C 2106.466549 1.1C 2109.610285 1.1C 1255.500858 1.0C 2069.116276 1.0C 2111.283958 1.0C 2114.200503 1.0C 1302.503425 0.9C 2076.123323 0.9C 2116.255684 0.9C 2118.005468 0.9C 1363.204646 0.8C 2085.022886 0.8C 2116.470585 0.8C 2122.423709 0.8C 1411.610678 0.7C 2091.611737 0.7C 2128.749868 0.7C 2126.005984 0.7C 1464.009357 0.6C 2097.391117 0.6C 2155.486917 0.6C 2129.907054 0.6C 1520.053309 0.5C 2102.64903 0.5C 2132.279643 0.5C 2135.162769 0.5C 1566.80311 0.4C 2108.024766 0.4C 2135.071727 0.4C 2137.948396 0.4C 1618.322909 0.3C 2113.945065 0.3C 2138.048345 0.3C 2141.600182 0.3C 1673.308423 0.2C 2116.862271 0.2C 2141.582818 0.2C 2145.672755 0.2C 1737.677182 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 (表 2)放 电电 流 为 0.8C 时 ，各 种环 境温度下 ,电 池所放出的容量 (表 3)放 电电 流 为 1.5C 时 ，各 种环 境温度下 ,电 池所放出的容量 由 这 三 组电 流就可以很明 显 的看出 ,在相同 电 流下 ,温度越大 ,放出的 电 量越多。 放 电 量没有很 连续递 增的原因 ,是因 为实验 并没有由低温做到高温 ,若考 虑 老 化效 应 就可以解 释这 个 现 象了。 (实验顺 序 为 :25 45 5 65 -5 55 15 35 75 ) 1.3 开 路 电压 和容量 对 照 图 规则标准 库 建立 开 路 电压实验 是利用 电 子 负载对锂电 池放 电 ,每 放出 10%的 电 量 (215mAh)就停止 (休息 )30 分钟 ,直到 电压 小于 3V 为 止 ,温度 设 定在 25 。 (表 1)放电温度 总放电量 (mAh) (表 2)放电温度 总放电量 (mAh) (表 3)放电温度 总放电量 (mAh) -5 1737.677182 -5 1411.610678 -5 1061.531325 5 1969.324267 5 1797.695223 5 1507.550309 15 1932.753728 15 1782.292002 15 1541.709618 25 2116.862271 25 2085.022886 25 2003.645828 35 2013.321418 35 1947.844793 35 1843.510538 45 2141.582818 45 2116.470585 45 2080.180733 55 2083.699776 55 2061.17212 55 2017.132975 65 2145.672755 65 2122.423709 65 2090.345328 75 2096.454522 75 2065.418336 75 2020.700875 开路电压 (V) 剩余容量 (mAh) 剩余容量 (%) 3.16 0 0 3.49796 64.59 3 3.59629 107.6 5 3.65222 150.59 7 3.68579 214.77 10 3.73665 429.92 20 3.77137 644.84 30 3.78637 859.67 40 3.81443 1074.9 50 3.86209 1289.536 60 3.93642 1504.677 70 4.00057 1719.838 80 4.08047 1934.603 90 4.17463 2149.999783 100 知识水坝（豆丁网 pologoogle）为您倾心整理（下载后双击删除） 百度一下 知识水坝 开 路 电压 法看似可以直接由 电压 求得 对应 容量 ,但是 电压 的差距相当小 ,不容易准 确 判断容量 ,只能当做粗估 值 。 另 一个 难 以克服的 问题 是在于如何在 闭 回路的 系 统 中求得 开 路 电压 ,亦或是 针对 不同型号的 电 池 ,对应关 系是否一 样 ,这 些都 值 得探 讨 。因此 ,在 实际应 用上， 还 是需要透过 算法才能精 确 的估 测电 池的残量。 1.3.老化效 应 对 照 图 规则标准 库 建立 (举例一 ) 充 电 规则标准 : 层叠梯田智能循环充 电 电 流 /电压 2.15A、 电压 4.2V,恒温 25 截止条件 :电 流小于 100 mA 表 3-9 电 池使用 周期计数 数和可充入 电 量比 较图 此时放电温度 ( ) 周期计数 充入电量 (mAh) 内阻 25 1 2117.46 0.140378 45 16 2099.16 0.121333 5 32 2085.74 0.129444 65 46 2058.07 0.118395 -5 61 2020.09 0.139968 55 75 2014.06 0.128563 15 88 2011.09 0.141387 35 102 1973.98 0.139991 75 116 1989.83 0.142076 75 129 1971.09 0.148739 整个 实验 由于 每 14 组电 流就必 须 更 换 一次温度 ,使的 电 池就 如实际春夏秋冬 的 环 境 变 化 ,因此 ,老化效 应虽 然 还 是看的出来 ,却 还 是可以看到 102 到 116 周期计数 间 的矛盾 ,照理 说 充入 电 量应该 会随 周期计数 增加而 减 少。不 过 若考 虑 在第 116 周期计数 时 是 处 于 75 放 电 的 环 境下就可以合理的解 释 此情况了 (高温放 电 量大 )。此外 ,内 组 的 计 算是在充 电 截止前 电压 扣除截止后 电压除以当下的充 电 电 流 ,由本次 实验 看来 ,并无明 显 的内阻 变 化 趋势 。 根据以上所得出之数据之比 较 ,以及一些自身 观 察出的特性 ,锂蓄电池在充放的基本规则标准如下 : 1). 电 池放 电电 流越大 时 ， 电 池可 输 出 电 量会 减 小。 2). 电 池温度越高 时 ，可循 环 使用次数会增多。 3). 电 池可 输 出 电