論通信機房電壓自動均衡的蓄電池組監(jiān)控系統(tǒng)

時晉蘇

中國電信股份有限公司如東分公司

0 引言

目前通信局站的動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)蓄電池組部分的監(jiān)控，都不具有蓄電池組電壓自動均衡的功能，蓄電池組在出廠時無法做到性能的絕對一致，所以蓄電池組在長時間浮充后，各個單體電池電壓會出現(xiàn)差異，而這種電壓的不一致，會嚴重影響蓄電池組的使用壽命。傳統(tǒng)的蓄電池組均衡管理一般都是通過提高電壓，定期（相隔數(shù)月）進行均衡充電。但是這種間斷、粗放式的均衡充電方式，效果卻很不理想。本文設計了一種“通信機房電壓自動均衡的蓄電池組監(jiān)控系統(tǒng)”，該系統(tǒng)不僅具有蓄電池組總電壓和單體電壓的遠程監(jiān)控功能，而且還可以根據(jù)蓄電池組每個單體蓄電池的實際狀況，進行實時、連續(xù)的均衡管理，可以讓每節(jié)蓄電池的電壓一直保持一致，從而極大地延長蓄電池組的使用壽命。

1 技術(shù)方案

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 為“電壓自動均衡的蓄電池組監(jiān)控系統(tǒng)”的系統(tǒng)圖，主要由采集和均衡模塊、控制模塊、通信模塊組成，采集和均衡模塊又包含熔絲FUSE、限流電阻R和N溝道的MOS管Q。以通信系統(tǒng)中常見的48V直流系統(tǒng)為例，蓄電池組由24節(jié)2V的閥控式鉛酸蓄電池串聯(lián)而成，每節(jié)蓄電池都有一個與之對應的采集和均衡模塊，也就是每組蓄電池都有24個采集和均衡模塊。熔絲FUSE在限流電阻R和MOS管Q損壞短路時，可以起到保護的作用，限流電阻R起到限制蓄電池放電電流大小的作用。霍爾傳感器套在蓄電池組的正或負的電源線上，用來檢測蓄電池組的電流，通信模塊連到控制模塊，通信模塊又通過通信線連接到上級的動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，通信模塊的通信接口可以為RS485、RS422或以太等協(xié)議的接口。控制模塊可以選用帶26路（24路單體蓄電池電壓、1路蓄電池組總電壓、1路霍爾傳感器輸入）模擬量輸入和24路晶體管開關(guān)量脈沖輸出的PLC。

圖1 電壓自動均衡的蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)圖

1.2 實施方法

蓄電池組浮充時，如果某個蓄電池的電壓高于平均值，則可以通過打開對應的采集和均衡模塊中的MOS管Q，旁路該節(jié)蓄電池的一部分浮充電流，從而達到降低該節(jié)蓄電池電壓的目的。由于蓄電池組總電壓基本恒定（48V系統(tǒng)的浮充電壓一般為53.5～54V），一部分電壓高的蓄電池電壓降低后，那些電壓低于平均值的蓄電池電壓則會自動升高，也就說是經(jīng)過一段時間的均衡管理后，高、低電壓蓄電池的電壓最終趨向于平均值，從而達到均衡的目的。該設計僅需對處于長期浮充狀態(tài)下的蓄電池組進行均衡管理，而對于蓄電池組短時間的充電、放電以及深度放電后所進行的均衡充電過程，則無須進行人為干預，而且若在非浮充狀態(tài)時，對蓄電池組進行額外的均衡管理，可能會造成一定的沖突，所以在非浮充狀態(tài)時，則關(guān)閉蓄電池組的均衡管理功能。

圖2 是“電壓自動均衡的蓄電池組監(jiān)控系統(tǒng)”的流程圖。如圖2所示，控制模塊首先判斷蓄電池組是否處于浮充狀態(tài)，如果不是，則關(guān)閉所有蓄電池的MOS管Q，如果是，則測量蓄電池組的總電壓，也就是測量由第1節(jié)蓄電池的采集線和末端電池負極采集線之間的電壓，并將總電壓除以蓄電池組中單體蓄電池的節(jié)數(shù)24，計算出每節(jié)單體蓄電池的平均電壓，然后開始采集第1節(jié)蓄電池的電壓，也就是測量第1節(jié)蓄電池的采集線與第2節(jié)蓄電池的采集線之間的電壓，并將該信號值與每節(jié)蓄電池的平均電壓進行對比，如果該信號值大于每節(jié)蓄電池的平均電壓，控制模塊便打開與第1節(jié)蓄電池對應的MOS管Q，使得第1節(jié)蓄電池的部分浮充電流，被采集和均衡模塊1所旁路，進而降低第1節(jié)蓄電池的電壓。如果第1節(jié)蓄電池的電壓低于或等于每節(jié)蓄電池的平均電壓，則關(guān)閉采集和均衡模塊1中的MOS管Q，然后再檢測第2節(jié)蓄電池，以此類推，直到最后第24節(jié)蓄電池，然后又回到初始，開始新一輪的循環(huán)。蓄電池組處于浮充狀態(tài)的判定依據(jù)為：霍爾傳感器檢測到的蓄電池組電流值小于等于浮充電流，浮充電流一般約為電池容量的0.8‰～1‰，并且蓄電池組總電壓小于等于浮充電壓的上限值，一般不超過55V。

圖2 電壓自動均衡的蓄電池組監(jiān)控系統(tǒng)的流程圖

不同容量的蓄電池組的浮充電流不同，因此需要根據(jù)蓄電池組容量的大小，配置不同規(guī)格的熔絲FUSE、限流電阻R、MOS管Q和MOSFET管。表1列舉了通信機房幾種常見容量的蓄電池組，所配套的熔絲、電阻、MOS管的大小規(guī)格。

該設計還可以實現(xiàn)蓄電池組總電壓和各個蓄電池電壓的遠程監(jiān)控，控制模塊通過采集和均衡模塊以及末端電池負極采集線，采集電池組總電壓和各個蓄電池的電壓，并通過通信模塊上報給動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可以遠程查看蓄電池組總電壓和各個單體蓄電池的電壓，了解蓄電池組均衡的情況，因此可以取代現(xiàn)有的、動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的蓄電池組監(jiān)控。

該設計還可以遠程監(jiān)控熔絲FUSE的狀態(tài)，如果采集和均衡模塊1的熔絲FUSE熔斷，那么在動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的平臺上，可以看到第1節(jié)蓄電池的電壓和蓄電池組總電壓均為0，如果采集和均衡模塊2的熔絲熔斷，那么在動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的平臺上，可以看到第1節(jié)和第2節(jié)的蓄電池的電壓均為0，也就是說，除了采集和均衡模塊1，其他第n個采集和均衡模塊中的熔絲熔斷，那么在動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的平臺上，可以看到第（n-1）節(jié)和第n節(jié)的蓄電池的電壓均為0。反之即可以根據(jù)可能出現(xiàn)的上述情況，判斷具體哪個熔絲FUSE發(fā)生了熔斷故障，維護人員更換故障熔絲FUSE后，即可恢復正常。

表1 電子元件規(guī)格配置

由于該系統(tǒng)已對蓄電池組的單體電壓，實行了持續(xù)有效的均衡管理，為了避免重復管理，可以在蓄電池組對應的開關(guān)電源中，關(guān)閉蓄電池組定期均衡充電功能。

2 結(jié)束語

本文設計了一種通信機房使用的，電壓自動均衡的蓄電池組監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具有遠程監(jiān)控蓄電池組總電壓和單體電壓的功能，還可以對長期浮充的蓄電池組進行持續(xù)地均衡管理，能夠極大地延長蓄電池地使用壽命，為通信企業(yè)降本增效。