一種簡易鐵鋰電池信號采集傳輸系統(tǒng)

王永華

（鐵塔能源有限公司湖北省分公司，湖北 武漢 430010）

0 引 言

鐵鋰電池具有能量密度高、循環(huán)次數(shù)多、耐高溫性能比鉛酸電池好以及可以快充快放等優(yōu)點，但熱穩(wěn)定差。不同廠家的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，特別是部分不良廠家生產(chǎn)的32650圓柱電芯組成的電池，易起火，運行安全性一直被詬病。目前基站備電鐵鋰電池均配置有動力電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS），遠程監(jiān)控通過動環(huán)監(jiān)控單元（Field Supewision Unit，F(xiàn)SU）加無線模塊完成，成本高、調(diào)試工作量大[1-3]。湖北鐵塔能源研發(fā)出電池監(jiān)控傳輸單 元（Battery Monitoring Transmission Unit，BTU），免安裝調(diào)試，可低成本完成海量鐵鋰電池的實時監(jiān)控。同時使用鐵塔公司成熟的生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)，復用鐵塔公司維護資源，可確保鐵鋰電池運行安全。

1 鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)構成

鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)包括BTU和監(jiān)控平臺組成。

1.1 BTU設備

BTU設備集成了數(shù)據(jù)采集、解析、傳輸和控制功能，主要由隔離電源、數(shù)據(jù)采集單元、通信單元、協(xié)議處理單元、無線通信模塊以及定位單元等組成，設備外觀如圖1所示。微控制單元（Micro Controller Unit，MCU）及無線通信單元如圖2所示。該設備高度集成，外接電源為直流12～70 V，寬電壓適應范圍，通過內(nèi)部DC/DC隔離轉換為12 V給模塊自身使用，避免了通信基站48 V系統(tǒng)正極接地導致的電路故障和采集誤差。設備可通過打孔、粘膠、扎帶等方式直接固定，安裝部署方便，節(jié)省大量工程費用。

BTU設備的RS485通信口與鐵鋰電池的RS485口連接，電池運行數(shù)據(jù)（電壓、電流、內(nèi)阻、溫度、荷電狀態(tài)、電池循環(huán)次數(shù)以及預計放電時長等）通過BTU解析，與鐵塔公司能源監(jiān)控平臺完成協(xié)議對接，通過無線通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。BTU中內(nèi)置鐵塔鋰電池標準協(xié)議，如果鐵鋰電池使用鐵塔標準協(xié)議，監(jiān)控數(shù)據(jù)可自動對接；如果使用非鐵塔標準協(xié)議的鋰電池（或其他設備），需要提供協(xié)議文本，開發(fā)并遠程更換BTU軟件。

BTU設備和能源監(jiān)控平臺使用消息隊列遙測傳輸（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）協(xié)議。BTU寫入的設備軟件應遵循《鐵塔能源有限公司源便攜式鋰電池組TCP/MQTT接口規(guī)范V0.2》，實現(xiàn)協(xié)議對接和數(shù)據(jù)上傳。

1.2 監(jiān)控平臺

該能源監(jiān)控平臺已建成，部署在鐵塔總部，提供業(yè)務流程端到端的閉環(huán)管理，支持設備監(jiān)控、告警派單、站址離線檢測、歷史性能查詢等功能，支持移動端App應用，方便代維單位和客戶使用。監(jiān)控平臺屏顯如圖3所示。客戶端App如圖4所示。

2 軟件數(shù)據(jù)配置及上線運營

2.1 BTU入網(wǎng)配置

底端電池設備和BTU連接正常，上電插上配置有鐵塔定向IP地址的物聯(lián)網(wǎng)卡或通用SIM卡后，底端設備就具備了數(shù)據(jù)上傳能力[4]。BTU會主動撥通能源監(jiān)控IP，并將電池數(shù)據(jù)上傳，平臺站址配置正確、設備ID碼一致即可正常接收數(shù)據(jù)，完成監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳。

平臺側配置如下：登錄中國鐵塔能源專業(yè)網(wǎng)管（http://180.153.49.85:58580），打開資源管理中的設備管理，點擊增加獨立設備，正確填寫設備信息（需與現(xiàn)場設備BTU編碼一致），設備類型選“鋰電池組-發(fā)電”，保存即可。BTU設備入網(wǎng)配置如圖5所示。

平臺側設備配置完畢，設備側斷電重啟，BTU主動向平臺傳輸數(shù)據(jù)，平臺側對BTU發(fā)送的數(shù)據(jù)全盤接收，無須遵守傳統(tǒng)B接口協(xié)議中規(guī)定的信號量字典[5,6]。設備上平臺后，可顯示設備性能、電池運動軌跡、活動告警、操作日志等信息。性能數(shù)據(jù)顯示如圖6所示。移動軌跡顯示如圖7所示。

2.2 指揮調(diào)度

設備正常入網(wǎng)交維，各項數(shù)據(jù)測試正常后，配置代維人員和客戶端人員，明確接單人手機號和郵箱，即可將BTU設備納入指揮調(diào)度體系?？蛻艨赏ㄟ^手機App實時查看電池數(shù)據(jù)，故障后根據(jù)故障等級發(fā)出告警或派發(fā)工單，接單人配置如圖8所示。設備斷電后出現(xiàn)離線告警，系統(tǒng)將根據(jù)配置的接單人發(fā)送短信告警，如圖9所示。

2.3 遠程升級

后期若更換故障電池，只要BTU和平臺連接正常，BTU和電池硬件連接完成，提供電池通信協(xié)議，即可遠程完成軟件升級和配置，方便后期維護。

3 結 論

該產(chǎn)品結構簡單，較傳統(tǒng)FSU+無線傳輸模塊，造價大幅降低，可廣泛應用于各運營商基站、房車、環(huán)衛(wèi)車、疫苗備電、紅綠燈備電、應急救援裝置等使用鐵鋰電池的場景，為鋰電的推廣和安全使用提供了堅實保障。