通信電源模塊并聯防環流技術研究

劉祖凡　郝書奎　臧思佳

摘 要：通信后備電源的擴容采用多個電源（電池）模塊并聯組成，而電源模塊并聯會產生環流，針對鋰電池成組系統中電池并聯連接產生的環流問題，本文研究了一種新的電池成組并聯防環流控制技術，從而為通信領域電源模塊并聯防環流技術提供新的解決方案。

關鍵詞：鋰電池；通信電源；能量密度；放電深度

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.028

1 鋰電池在通信基站應用概述

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、污染環境嚴重的影響，使得鋰電池替代鉛酸成為趨勢。近年來，隨著4G網絡和20 MB光纖到戶業務的發展，通信基站的分布越來越廣泛。因傳統閥控鉛酸蓄電池對使用環境的要求較高，存在占地面積大、對承重要求高等缺點，在一定程度上成為了限制通信基站進一步發展的瓶頸。鋰電池具有高安全性、高能量密度和優良的循環性能，無污染、體積小、質量輕、功率高、放電性能優越、工作溫度范圍寬、電池壽命長，且隨著新技術、新材料的應用和生產工藝的日趨成熟，其作為新型后備式蓄電池組，在通信基站的應用也得到了越來越多運營商的認可，在WLAN、室外微站、新能源基站得到了小批量應用。

通信后備電源系統采用電源模塊并聯方式實現擴容，根據基站的不同需要，通常以小容量的48 V、50 Ah電源模塊采用并聯進行擴容為48 V、100 Ah、48 V、200 Ah、48 V、300 Ah的大容量后備電源。

2 電源模塊并聯防環流設計及控制策略

2.1 電源模塊發展現狀

單體鋰電池具有優異的性能，動力電池系統以成組為電池組的形式出現。在真正以成組形式使用的過程中我們發現，這些新型電池的優良性能都會大打折扣，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。

單體電池在生產工藝中難以控制其質量，加之存在人員和設備檢測的誤差等因素，電池的內阻和容量不能保證完全一致，且電池在系統使用過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的內阻和容量不一致。而通信電源模塊采用15或16支鋰電池串聯，其容量和內阻不能保持完全一致，并聯后可能會存在較大的環流，造成個別電源模塊出現過充電或過放電，進而造成供電中斷，大大影響了系統的可靠性。如果采用配置冗余的方案，則會造成系統成本增大，不能充分利用，進而造成資源浪費，因此，需要采取經濟合理的方案解決并聯電源模塊的環流問題。

2.2 電源模塊防環流設計

根據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，避免出現電池過充和過放，同時也避免了冗余設計，充分利用了資源，節約了成本。其電路設計框圖如圖1所示，其中，限流電路可以采取多種方式實現。

2.3 電源模塊防環流控制策略

采用圖1中所示的多個電源模塊并聯，當單個電源模塊的充電電流或放電電流達到設置閾值時，電池管理系統切入到限流電路，將電流限制在小電流，進行慢充或慢放；電池管理系統定時將限流電路切除，接入至主回路，再次檢測充電或放電回路電流，當主回路電流仍舊高于其額定工作電流，再次切入限流回路，反復多次，即可實現回路均衡，使得電源模塊趨于一致狀態。此控制策略避免了模塊一直工作在限流回路情況下，進而導致工作效率的降低。控制策略如圖2所示。

3 試驗驗證

根據并聯防環流設計及控制策略，采用了3個48 V、50 Ah的通信電源模塊試驗，單個模塊最大持續電流為50 A。根據試驗對比，一種為常規電源模塊試驗，采用2個荷電狀態較高、1個荷電狀態較低的電源模塊并聯，2個高荷電狀態電源模塊同時給低荷電狀態電源模塊充電，形成電池組內部環流，并經過一定的時間后逐漸趨于一致。其中，電流高于模塊最大電流為50 A的時間約為137 s，電流變化曲線如圖3所示。

如果增加防環流設計電路，電源模塊前3 s檢測到1個低荷電狀態電源模塊充電電流大于50 A，BMS開啟充電限流電路，將充電電流限制在10 A，持續1 min后，BMS關閉充電限流電路，檢測到充電電流大于50 A，3 s后再次關閉充電限流電路，再次經過1 min后，BMS關閉充電限流電路，檢測到充電電流小于50 A，不再開啟充電限流電路，確保電源模塊高效使用，測試曲線如圖4所示。圖5為試驗現場測試照片。

4 結論和展望

經試驗驗證，該電源模塊所提出的控制策略具有控制高效、性能可靠、擴容方便和運輸維護方便等優點，很好地解決了后備通信電源模塊并聯帶來的環流問題，為通信基站電源模塊擴容提供了高效的解決方案。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕