通信基站用蓄電池組共用管理設備研究

李長雷，付培良，薛 磊

（中國信息通信研究院，北京 100089）

0 引 言

通信基站用蓄電池組共用管理設備（以下簡稱合路器）是指在一個機箱結構中，由直流輸入部分、電池組接入部分、電池組分路充放電控制部分和監控部分構成的壁掛式、嵌入式電池共用管理裝置[1]。它通常串聯于電源與蓄電池之間。充電時，將電源設備輸出的電流合理分配給各組蓄電池；放電時，將各組蓄電池電量統一（受控/不受控）輸出給用電設備。合路器可有效解決不同類型、不同容量、不同廠家等電池并聯使用的問題，有效降低庫存率，提升舊電池利用率，同時提供多樣化的基站備電方案[2-3]。在中國鐵塔公司大規模采用梯次磷酸鐵鋰電池的背景下，合路器的引用在解決在線鉛酸電池及新進鐵鋰電池混用方面得到了廣泛應用，電池合路器獲得了極大推廣。本文主要針對DC-DC技術方案的合路器進行相關應用驗證。

1 工作原理

雙向DC合路器的結構示意圖如圖1所示。它的主要原理為通過每分路的電壓、電流控制實現對不同類型、不同容量等常規無法并聯使用的蓄電池進行管理，達到可以共充、共放、順序放電等功能，同時兼具一定的通信功能，實現對基站備用蓄電池的智能管理[3]。

鉛酸外置主要是由于中國鐵塔公司放棄了采用鉛酸電池。在今后三四年內，隨著鉛酸電池的退役，基站內主要采用磷酸鐵鋰電池。在不改變現有安裝配置的條件下直接將鉛酸外置，待失效后直接拆除，可大大減小機房的改造及提升安裝效率。

2 驗證計劃及方案

為驗證雙向DC模式合路器是否達到了對電池組的精確管理，將對5種工況進行試驗驗證。

圖1 雙向DC模式合路器結構示意圖

2.1 共放限流放電

連接被測設備，用功率分析儀持續記錄電池/負載的電壓和電流；上位機軟件設置鋰電放電限流點為0.3 C，斷開上位機軟件與鋰電池的通信；連接鋰電池與監控模塊的通信，無異常告警；在插框監控上設置“鋰電優先放電模式”；帶載47.5 A負載電流；斷交流，讓鋰電和鉛酸按設定限流點同時放電，直到電壓降低到43.2 V自動下電。

2.2 共充限流充電

上交流，給電池充電，直到電池充飽為止。

2.3 按順序先后放電

在監控上設置“鋰電優先放電模式”；帶載47.5 A；斷交流，使鋰電和鉛酸放電，直到電壓降低到43.2 V自動下電。

2.4 不受控的共充

關閉充電限流模式，恢復不受控的同充功能；上交流，給電池充電，直到充飽為止。

2.5 不受控條件下的共放

“關閉”鋰電/鉛酸“混搭模式”，恢復不受控的同放功能；帶載47.5 A；斷交流，使鋰電和鉛酸放電，直到電壓降低到43.2 V自動下電。

3 試驗設備

某單位雙向DC模式合路器1臺；日本YOKOGAWA WT1800功率分析儀；數字示波器；選用2組48 V蓄電池組，標稱容量分別為75 Ah（磷酸鐵鋰）、100 Ah（12 V鉛酸）。

4 結果及分析

4.1 共放限流放電

由圖2、圖3可以看出，在受控條件下，鉛酸與鋰電放電時電壓處于同步狀態，但放電電流保持相對穩定，無大波動，基本與電池的容量系數對應，達到了對放電電流的精確控制，利于規避風險。

圖2 受控共放時鉛酸與鋰電電壓變化

圖3 受控共放時鉛酸與鋰電電流變化

4.2 共充限流充電

由圖4、圖5可以看出，在限流條件下共充，鉛酸與鋰電池電壓處于同步狀態，電流穩定在控制狀態，基本保持恒定；待電壓達到均衡充電值時穩步下降，達到了對電流的有效控制，起到了對電池的保護作用。

圖4 受控共充時鉛酸與鋰電電壓變化

圖5 受控共充時鉛酸與鋰電電流變化

4.3 按順序先后放電

由圖6、圖7可以看出，順序放電時，鉛酸與鋰電電壓仍然保持同步狀態，但可使某路電池優先放電，承載大部分電流，待其電壓下降至一定階段后由另一路放電，最后階段同步放電。此舉有利于鉛酸與鋰電混用時，優先使鋰電放電，充分利用鋰電循環壽命好的特點延長鉛酸電池壽命，在削峰填谷應用時可提供優質的供電方案[4]。

圖6 受控順序放電時鉛酸與鋰電電壓變化

圖7 受控順序放電時鉛酸與鋰電電流變化

4.4 不受控的共充

由圖8、圖9可以看出，在不受控共充條件下，鉛酸與鋰電的電壓仍然處于同步狀態，但充電電流仍然處于不受控狀態，極易造成單只電池電流偏大出現保護或單路電池大電流放電造成循環性能下降問題。

圖8 不受控的共充時鉛酸與鋰電電壓變化

圖9 不受控的共充時鉛酸與鋰電電流變化

4.5 不受控條件下的共放

鋰電串入合路器，鉛酸外置，其放電電壓及放電電流情況如圖10、圖11所示。

由圖10、圖11可以看出，鉛酸和鋰電電壓基本為同步下降，但電流圖顯示鋰電與鉛酸電流交替變化，電流為不受控狀態，極易造成單只電池電流偏大出現保護或單路電池大電流放電造成循環性能下降問題。

5 結 論

通過對雙向DC控制模式合路器裝置的試驗驗證，幾種模式下，不同路電池電壓均處于同步狀態，但通過受控與不受控的對比，雙向DC控制模式合路器可達到對分路電流的有效控制，同時可設置優先放電功能，基本滿足目前通信基站鉛酸與鋰電混用場景要求，同時可用于部分削峰填谷場景。

圖10 不受控的共放時鉛酸與鋰電電壓變化

圖11 不受控的共放時鉛酸與鋰電電流變化