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电池组共用管理器在铁塔基站的创新应用
  • 通过技术创新突破传统规范限制难题,解决不同容量、不同类型、不同品牌和不同批次电池组,在一套直流供电系统中混合共用时的充、放电管理问题,真正实现了电池组容量按需灵活配置,合理降低电池组建设和维护成本。
  •       一、前言
      
      电池组共用管理器的应用,解决了铁塔基站后备电池组不同类型、不同品牌、不同容量、不同批次的电池组并联工作或分组工作的需求,可作为电池组模块化应用中的电池组管理设备,可以灵活对存量和新建铁塔基站电池组进行扩容、利旧、更换与重组,改变电池组扩容或整改中整站更换电池组的传统做法,使新旧电池组的价值得到充分的利用。
      
      二、电池组共用管理器的结构和工作原理
      
      在铁塔基站直流供电系统中,电池组共用管理器主结构采用多路BUCK变换器(DC-DC)模块,实现各电池组独立管控,各电池组独立充、放电过程中的管理,按独立电池组充电电压要求充电。彻底解决不同品牌、不同型号、不同容量、不同批次电池组之间的共用管理问题,支持不同类型电池组的混合使用。统一管理,均衡控制,实现电池组容量比最优管理。使各个电池组之间高度隔离,可实现独立对多组电池独立进行充、放电管控,备用电池组在任意时候都可以通过二极管及时放电,安全可靠性高,确保铁塔基站后备各种电池组在直流供电系统的供电保障。
      
      1.电池组共用管理器的充电
      
      市电正常时,开关电源通过BUCK型降压电路,对各个电池组进行充电,充电过程中充电限流、均充、浮充电压可以根据该端口介入的铅酸电池组、锂电池组容量要求设定,设定好后对电池组均、浮充模式自动调整。见图1所示。
      
      2.电池组共用管理器的放电
      
      当市电停电时,电池组通过二极管D1进行放电,同时对各个电池组起隔离作用,放电过程中通过MOS管M1调整放电电流的大小,均衡各个电池组的放电电流,电池组剩余电量百分比大的优先放电,当电池组放电剩余电量百分比一致时各电池组均衡放电。见图2所示。
      
      三、电池组共用管理器特性
      
      1)采用BUCK型DC/DC变换模块,实现了对电池组均衡充、放电管控,解决差异电池组不能直接并联产生环流的使用问题。
      
      2)解决了开关电源直流配电系统后备电池组中,不同类型、不同容量、不同品牌、不同批次的电池组混合共同问题。
      
      3)可以分别设定各组电池的均充电压、浮充电压、电池容量、充电限流,实现多组电池按实际容量同时充电、同时放电。
      
      4)实现电池组资源的合理化配置,有效增加电池组的放电时长,最大程度提高电池组的灵活配置。
      
      5)系统采用同步充电和智能异步充电管理技术,根据开关电源整流模块的配置容量自动选择,在不增加开关整流模块的配置容量时,设置参数后自动分配充电电流,各电池组完全独立管理,彻底消除蓄电池组之间性能及参数差异的影响。
      
      6)系统采用双重电池组隔离技术,不存在电池组之间环流问题,所有电池组在交流停电后根据容量进行放电。
      
      7)智能分析电池组特性,电池组放电过程中根据各电池组实际特性动态调整放电电流,真正的实现了放电均衡。
      
      8)统一管理,分布式结构,各电池组独立运行,可完全控制电池组运行状态,有利于提高电池组的充、放电效率,对电池组无冲击,有效控制电池组充、放电时自身温度变化,延长电池组使用年限。
      
      9)不同类型、不同品牌、不同容量、不同批次的电池组可以共同使用,实现均、浮充自动转换,不会导致电池组过充、过放现象,更适应差异偏大的电池组混合使用。
      
      10)具有自动电池组接入故障诊断自动隔离故障通道,重新分配运行参数,不影响直流供电系统正常运行。
      
      11)电池组管理器内部模块化设计,如果出现局部故障,也不会影响基站电池组为通信设备供电,并且电池组之间依然处于隔离状态,不会产生环流问题。
      
      12)所有故障均具有面板报警显示,并提供声光告警提示,若接入FSU监控系统上传至铁塔监控中心。
      
      13)设备具有屏幕显示,可直观显示所有电池组电压、电流、充、放电状态和故障等工作信息,按键浏览或设置系统工作参数。
      
      14)系统具有标准RS232/RS485通讯接口,协议符合行业相关标准,可通过FSU实时上传设备运行状态,同时具有干节点报警输出性能。
      
      15)电池组共用管理器分二、三、四、六路电池组输入,两路输出到开关电源直流配电电池组保险端口。适用于基站已有一组电池组再增加一组到五组电池的场景。电池组共用管理器主要用于存量基站电池组利旧、更换和扩容以及新建站电池组模块化应用。
      
      四、共用管理器主要功能
      
      1.合路功能
      
      能集中多路电池组以一路或两路形式连接到铁塔基站开关电源直流配电电池组保险上,每路电池组可以同时进行充、放电。
      
      2.隔离功能
      
      各个电池组通过共用管理器接入开关电源直流配电正、负母排上(负线接电池组保险上),每路电池组之间保持隔离状态,无环流发生。
      
      3.电压控制功能
      
      每路电池组接入端口可以通过电池组共用管理器单独设置浮充电压和均充电压参数。
      
      4.均衡充电功能
      
      同步充电设备能按电池组容量比例均衡每路电池组的充电电流。
      
      5.均衡放电功能
      
      同步放电时能按电池组容量比例均衡每路电池的放电电流。
      
      6.操作显示功能
      
      能通过操作界面设置管理器的工作参数,观察设备的工作状态。
      
      7.监控功能
      
      电池组共用管理器设置了连接FSU的监控接口,能通过动环监控系统实时读取每组电池的工作状态。
      
      8.故障告警
      
      电池组共用设备应有故障声光告警指示和告警信号输出干接点,能通过FSU接入铁塔基站动环监控系统。
      
      五、电池组共用管理器应用场景(见图9所示)
      
      1.铁塔基站利旧应用场景
      
      基站需求电池组容量=原有基站电池组剩余容量+利旧库存电池组剩余容量。见图3所示。
      
      2.铁塔基站负载新增5G扩容应用场景
      
      基站需求电池组容量=原有电池组剩余容量+新增磷酸铁锂模块化电池组容量。见图4所示。
      
      3.铁塔基站故障电池组更换场景
      
      基站需求电池组容量=整合旧电池组剩余容量+新增磷酸铁锂模块化电池组容量。见图5所示。
      
      4.铁塔基站电池组重组扩容场景
      
      基站需求电池组容量=整合利旧两组铅酸电池为一组剩余容量+新增磷酸铁锂模块化电池组容量。见图6所示。
      
      5.两个铁塔基站互补应用场景
      
      基站需求电池组容量=本站电池组剩余容量+异站电池组剩余容量,满足市电停电两个基站备电续航3小时以上要求。见图7所示。
      
      6.新建基站负载增加后满足电池组备电续航应用场景
      
      基站需求电池组容量=磷酸铁锂原模块化电池组剩余容量+新增磷酸铁锂模块化不同品牌电池组容量。见图8所示。
      

         
      六、电池组共用管理器主要技术参数
      
      1)输入/输出电压:36V~60V;
      
      充电电压精确设置范围:42.0V~58.0V;
      
      充电电流:≥50A(每个电池端口);
      
      充电纹波电压:≤0.5%*Uo;
      
      充电纹波电流:≤1A。
      
      2)放电电压范围:58.0V~36.0V;
      
      放电电流:≥100A(每个电池端口)。
      
      3)单组电池组容量:50~500Ah;
      
      充电率设定范围:0~0.5C;
      
      电压控制与显示精度:±0.1V;
      
      电流控制与显示精度:±0.1A;
      
      4)输入接口2路(可并联为1路);
      
      电池组数2组--6组;
      
      静态功耗<10W;
      
      动态功耗<60W;
      
      绝缘电阻>10MΩ;
      
      系统压降<0.5V;
      
      监控接口RS232/485(波特率可用户设定)。
      
      (5)防护等级:IP20;散热方式:智能温控风冷
      
      七、电池组共用管理器在直流供电系统的安装操作流程
      
      1.实地勘察
      
      勘察原来电池组与开关电源之间的连接线走线路径,开关电源电池组熔丝的位置和保险容量。利用原来电池组与开关电源之间的连接线,电池组与电池组共用管理器之间的连接线尽量短,选定位置便于施工和安装。
      
      2.电池组共用管理器接线安装步骤
      
      1)断开开关电源直流配电电池组1路的熔断器后,断开电池组1路的负极连接线,将此连接线连接到电池组共用管理器上的输入1路负端,断开开关电源直流配电电池组1路的正极连接线,将此连接线连接到电池组共用管理器上的输入1路正端。见图10所示。
      
      2)用准备好的电池组连接线,将电池1组的正、负极分别连接到电池组共用管理器上的电池1组正、负端子上并固定紧固,调整开关电源浮充电压与电池组管理器电池1组电压相等,闭合开关电源直流配电电池组1路熔断器。见图11所示。
      
      3)断开开关电源直流配电电池组2路的熔断器,断开开关电源直流配电电池组2路的负极连接线,将此连接线连接到电池组共用管理器上的输入2路负端,断开开关电源直流配电电池组2路的正极连接线,将此连接线连接到电池组共用管理器上的输入2路正端,闭合开关电源直流配电电池组2路的熔断器。见图12所示。
      
      4)用做好的连接线,将电池2组的正、负极分别连接到电池共用管理器上的电池2组的正、负端后,开启模块电池2组的启动开关并入直流供电系统中。见图13所示。
      
      5)再连接电池组时,直接将电池组的正、负极连接至电池管理器的电池3组正、负端,或者电池4组正、负端后,开启模块电池3组、4组的启动开关并入直流供电系统中。见图14所示。
      
      八、电池组共用管理器在铁塔基站案例分析
      
      1)某铁塔基站为移动、电信和联通4G和5G直流设备供电,维谛一体化开关电源系统容量配置48V/600A一套,实际整流模块配置50A/11块,直流负载电流196A,理士密封阀控铅酸电池500AH两组、中兴智能磷酸铁锂电池100AH/4组,双登梯次磷酸铁锂电池100AH/1组,铁塔梯次磷酸铁锂电池100AH/1组,杰赛两路输入、四路输出电池组管理器一个。见图15所示。
      
      2、开关电源监控模块主要参数设置:交流输入电压范围-15%--+10%,(各个制造商整流模块的交流输入范围宽),设置直流浮充电压55.5V、均充电压56.4V、温度补偿0.3mv/度、充电限流值全站电池组容量/2的0.1C10、一次下电直流电压46V、二次下电直流电压44V、直流欠压告警51V、整流模块高压直流保护59V、直流电池组复位工作电压49V、电池组均充周期12周、电池组均充时间8小时,直流浮充转均充条件、均充转浮充条件、放电容量转均充条件等各个制造商出厂时已经软件固化完成,只有在电池组核对性放电实验时手动调整。
      
      3)电池组共用管理器参数设定
      
      (1)密封阀控铅酸电池组参数设置:电池2组容量各为500AH、过压保护57.8V、过压告警57.5V、过压恢复56V、欠压保护43.2V、欠压告警46V、欠压恢复48V、浮充电压54V(单体范围2.23V-2.27V)均充电压56.4V、均充转浮充电流0.03C10、充电、充电限流系数0.1C10、充电功能开启、放电功能开启、告警功能开启。
      
      (2)磷酸铁锂梯次电池组参数设置:电池组容量300AH、过压告警57.5V、过压保护57.8V、过压恢复56V、欠压告警46V、欠压保护43.2V、欠压恢复48V、浮充电压55.2V、均充电压55.2V、充电限流系数0.1C10、充电功能开启、放电功能开启、告警功能开启。
      
      (3)磷酸铁锂梯次电池组参数设置:电池组容量100AH、过压告警57.5V、过压保护57.8V、过压恢复56V、欠压保护43.2V、欠压告警46V、欠压恢复48V、浮充电压55.2V、均充电压55.2V、充电限流系数0.1C10、、充电功能开启、放电功能开启、告警功能开启。
      
      (4)智能磷酸铁锂电池组为15串单体电压3.2V,电池组自带共用管理功能,可以与密封阀控铅酸电池组和梯次磷酸铁锂电池组直接并联使用。
      
      (5)电池4组共用管理器各个输出端口检测(详见图16、图17所示):定期和不定期的对电池组共用管理器DC/DC端口检测。首先调整开关电源监控模块的浮充电压为49.5V,用直流钳型表测试各个DC/DC端口的个电池组放电电流是否正常。调整开关电源监控模块的浮充电压为55.5V,用直流钳型表测试各个DC/DC端口的电池组充电电流是否正常,正常DC/DC端口的电池组运行完好。若某个DC/DC端口没有充、放电电流证明该端口损害,需要该端口的电池组更换到电池组共用管理器备用端口,更换后再对该DC/DC端口进行上述检测,以确保停电后电池组续航能力。
      

           
      九、总结
      
      电池组共用管理器在铁塔基站的创新应用,彻底解决了铁塔基站后备电池组不同类型、不同品牌、不同容量、不同批次电池组,并联运行在铁塔基站直流供电系统模式,灵活对存量和新建铁塔基站电池组进行扩容、利旧、更换与重组,真正实现了电池组容量按需灵活配置,合理降低了铁塔基站电池组建设和维护成本。
      
      编辑:Harris
      
      

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