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        通信電源模塊并聯(lián)防環(huán)流技術(shù)研究

        2017-06-07 00:41:31劉祖凡郝書(shū)奎臧思佳
        科技與創(chuàng)新 2017年9期
        關(guān)鍵詞:通信電源鋰電池

        劉祖凡 郝書(shū)奎 臧思佳

        摘 要:通信后備電源的擴(kuò)容采用多個(gè)電源(電池)模塊并聯(lián)組成,而電源模塊并聯(lián)會(huì)產(chǎn)生環(huán)流,針對(duì)鋰電池成組系統(tǒng)中電池并聯(lián)連接產(chǎn)生的環(huán)流問(wèn)題,本文研究了一種新的電池成組并聯(lián)防環(huán)流控制技術(shù),從而為通信領(lǐng)域電源模塊并聯(lián)防環(huán)流技術(shù)提供新的解決方案。

        關(guān)鍵詞:鋰電池;通信電源;能量密度;放電深度

        中圖分類(lèi)號(hào):TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.028

        1 鋰電池在通信基站應(yīng)用概述

        鉛酸電池由于其受到自身能量密度小、功率密度低、放電深度淺、溫度范圍窄、污染環(huán)境嚴(yán)重的影響,使得鋰電池替代鉛酸成為趨勢(shì)。近年來(lái),隨著4G網(wǎng)絡(luò)和20 MB光纖到戶(hù)業(yè)務(wù)的發(fā)展,通信基站的分布越來(lái)越廣泛。因傳統(tǒng)閥控鉛酸蓄電池對(duì)使用環(huán)境的要求較高,存在占地面積大、對(duì)承重要求高等缺點(diǎn),在一定程度上成為了限制通信基站進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。鋰電池具有高安全性、高能量密度和優(yōu)良的循環(huán)性能,無(wú)污染、體積小、質(zhì)量輕、功率高、放電性能優(yōu)越、工作溫度范圍寬、電池壽命長(zhǎng),且隨著新技術(shù)、新材料的應(yīng)用和生產(chǎn)工藝的日趨成熟,其作為新型后備式蓄電池組,在通信基站的應(yīng)用也得到了越來(lái)越多運(yùn)營(yíng)商的認(rèn)可,在WLAN、室外微站、新能源基站得到了小批量應(yīng)用。

        通信后備電源系統(tǒng)采用電源模塊并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容,根據(jù)基站的不同需要,通常以小容量的48 V、50 Ah電源模塊采用并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容為48 V、100 Ah、48 V、200 Ah、48 V、300 Ah的大容量后備電源。

        2 電源模塊并聯(lián)防環(huán)流設(shè)計(jì)及控制策略

        2.1 電源模塊發(fā)展現(xiàn)狀

        單體鋰電池具有優(yōu)異的性能,動(dòng)力電池系統(tǒng)以成組為電池組的形式出現(xiàn)。在真正以成組形式使用的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn),這些新型電池的優(yōu)良性能都會(huì)大打折扣,這些性能上的打折主要是由于電池組的一致性、熱處理、抗振性等較差造成的。

        單體電池在生產(chǎn)工藝中難以控制其質(zhì)量,加之存在人員和設(shè)備檢測(cè)的誤差等因素,電池的內(nèi)阻和容量不能保證完全一致,且電池在系統(tǒng)使用過(guò)程中的老化程度不一致,造成單體電池成組為電源模塊后出現(xiàn)的內(nèi)阻和容量不一致。而通信電源模塊采用15或16支鋰電池串聯(lián),其容量和內(nèi)阻不能保持完全一致,并聯(lián)后可能會(huì)存在較大的環(huán)流,造成個(gè)別電源模塊出現(xiàn)過(guò)充電或過(guò)放電,進(jìn)而造成供電中斷,大大影響了系統(tǒng)的可靠性。如果采用配置冗余的方案,則會(huì)造成系統(tǒng)成本增大,不能充分利用,進(jìn)而造成資源浪費(fèi),因此,需要采取經(jīng)濟(jì)合理的方案解決并聯(lián)電源模塊的環(huán)流問(wèn)題。

        2.2 電源模塊防環(huán)流設(shè)計(jì)

        根據(jù)通信電源模塊的成組方案,在充放電回路中增加限流電路,限制充放電電流,使得充電或放電電流保持在額定使用范圍內(nèi),避免出現(xiàn)電池過(guò)充和過(guò)放,同時(shí)也避免了冗余設(shè)計(jì),充分利用了資源,節(jié)約了成本。其電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示,其中,限流電路可以采取多種方式實(shí)現(xiàn)。

        2.3 電源模塊防環(huán)流控制策略

        采用圖1中所示的多個(gè)電源模塊并聯(lián),當(dāng)單個(gè)電源模塊的充電電流或放電電流達(dá)到設(shè)置閾值時(shí),電池管理系統(tǒng)切入到限流電路,將電流限制在小電流,進(jìn)行慢充或慢放;電池管理系統(tǒng)定時(shí)將限流電路切除,接入至主回路,再次檢測(cè)充電或放電回路電流,當(dāng)主回路電流仍舊高于其額定工作電流,再次切入限流回路,反復(fù)多次,即可實(shí)現(xiàn)回路均衡,使得電源模塊趨于一致?tīng)顟B(tài)。此控制策略避免了模塊一直工作在限流回路情況下,進(jìn)而導(dǎo)致工作效率的降低??刂撇呗匀鐖D2所示。

        3 試驗(yàn)驗(yàn)證

        根據(jù)并聯(lián)防環(huán)流設(shè)計(jì)及控制策略,采用了3個(gè)48 V、50 Ah的通信電源模塊試驗(yàn),單個(gè)模塊最大持續(xù)電流為50 A。根據(jù)試驗(yàn)對(duì)比,一種為常規(guī)電源模塊試驗(yàn),采用2個(gè)荷電狀態(tài)較高、1個(gè)荷電狀態(tài)較低的電源模塊并聯(lián),2個(gè)高荷電狀態(tài)電源模塊同時(shí)給低荷電狀態(tài)電源模塊充電,形成電池組內(nèi)部環(huán)流,并經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后逐漸趨于一致。其中,電流高于模塊最大電流為50 A的時(shí)間約為137 s,電流變化曲線(xiàn)如圖3所示。

        如果增加防環(huán)流設(shè)計(jì)電路,電源模塊前3 s檢測(cè)到1個(gè)低荷電狀態(tài)電源模塊充電電流大于50 A,BMS開(kāi)啟充電限流電路,將充電電流限制在10 A,持續(xù)1 min后,BMS關(guān)閉充電限流電路,檢測(cè)到充電電流大于50 A,3 s后再次關(guān)閉充電限流電路,再次經(jīng)過(guò)1 min后,BMS關(guān)閉充電限流電路,檢測(cè)到充電電流小于50 A,不再開(kāi)啟充電限流電路,確保電源模塊高效使用,測(cè)試曲線(xiàn)如圖4所示。圖5為試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試照片。

        4 結(jié)論和展望

        經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,該電源模塊所提出的控制策略具有控制高效、性能可靠、擴(kuò)容方便和運(yùn)輸維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),很好地解決了后備通信電源模塊并聯(lián)帶來(lái)的環(huán)流問(wèn)題,為通信基站電源模塊擴(kuò)容提供了高效的解決方案。

        參考文獻(xiàn)

        [1]蔣新華,馮毅,解晶瑩.鋰離子蓄電池保護(hù)電路發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].電源技術(shù),2004(09).

        [2]譚易.動(dòng)力型鋰電池成組技術(shù)研究[D]武漢:武漢理工大學(xué),2013.

        [3]吳明.淺析通信基站電源設(shè)備安全運(yùn)行防護(hù)原理與解決辦法[J].信息通信技術(shù),2009(06).

        〔編輯:張思楠〕

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