通信基站用蓄电池组共用管理设备研究

李长雷，付培良，薛 磊

（中国信息通信研究院，北京 100089）

0 引 言

通信基站用蓄电池组共用管理设备（以下简称合路器）是指在一个机箱结构中，由直流输入部分、电池组接入部分、电池组分路充放电控制部分和监控部分构成的壁挂式、嵌入式电池共用管理装置[1]。它通常串联于电源与蓄电池之间。充电时，将电源设备输出的电流合理分配给各组蓄电池；放电时，将各组蓄电池电量统一（受控/不受控）输出给用电设备。合路器可有效解决不同类型、不同容量、不同厂家等电池并联使用的问题，有效降低库存率，提升旧电池利用率，同时提供多样化的基站备电方案[2-3]。在中国铁塔公司大规模采用梯次磷酸铁锂电池的背景下，合路器的引用在解决在线铅酸电池及新进铁锂电池混用方面得到了广泛应用，电池合路器获得了极大推广。本文主要针对DC-DC技术方案的合路器进行相关应用验证。

1 工作原理

双向DC合路器的结构示意图如图1所示。它的主要原理为通过每分路的电压、电流控制实现对不同类型、不同容量等常规无法并联使用的蓄电池进行管理，达到可以共充、共放、顺序放电等功能，同时兼具一定的通信功能，实现对基站备用蓄电池的智能管理[3]。

铅酸外置主要是由于中国铁塔公司放弃了采用铅酸电池。在今后三四年内，随着铅酸电池的退役，基站内主要采用磷酸铁锂电池。在不改变现有安装配置的条件下直接将铅酸外置，待失效后直接拆除，可大大减小机房的改造及提升安装效率。

2 验证计划及方案

为验证双向DC模式合路器是否达到了对电池组的精确管理，将对5种工况进行试验验证。

图1 双向DC模式合路器结构示意图

2.1 共放限流放电

连接被测设备，用功率分析仪持续记录电池/负载的电压和电流；上位机软件设置锂电放电限流点为0.3 C，断开上位机软件与锂电池的通信；连接锂电池与监控模块的通信，无异常告警；在插框监控上设置“锂电优先放电模式”；带载47.5 A负载电流；断交流，让锂电和铅酸按设定限流点同时放电，直到电压降低到43.2 V自动下电。

2.2 共充限流充电

上交流，给电池充电，直到电池充饱为止。

2.3 按顺序先后放电

在监控上设置“锂电优先放电模式”；带载47.5 A；断交流，使锂电和铅酸放电，直到电压降低到43.2 V自动下电。

2.4 不受控的共充

关闭充电限流模式，恢复不受控的同充功能；上交流，给电池充电，直到充饱为止。

2.5 不受控条件下的共放

“关闭”锂电/铅酸“混搭模式”，恢复不受控的同放功能；带载47.5 A；断交流，使锂电和铅酸放电，直到电压降低到43.2 V自动下电。

3 试验设备

某单位双向DC模式合路器1台；日本YOKOGAWA WT1800功率分析仪；数字示波器；选用2组48 V蓄电池组，标称容量分别为75 Ah（磷酸铁锂）、100 Ah（12 V铅酸）。

4 结果及分析

4.1 共放限流放电

由图2、图3可以看出，在受控条件下，铅酸与锂电放电时电压处于同步状态，但放电电流保持相对稳定，无大波动，基本与电池的容量系数对应，达到了对放电电流的精确控制，利于规避风险。

图2 受控共放时铅酸与锂电电压变化

图3 受控共放时铅酸与锂电电流变化

4.2 共充限流充电

由图4、图5可以看出，在限流条件下共充，铅酸与锂电池电压处于同步状态，电流稳定在控制状态，基本保持恒定；待电压达到均衡充电值时稳步下降，达到了对电流的有效控制，起到了对电池的保护作用。

图4 受控共充时铅酸与锂电电压变化

图5 受控共充时铅酸与锂电电流变化

4.3 按顺序先后放电

由图6、图7可以看出，顺序放电时，铅酸与锂电电压仍然保持同步状态，但可使某路电池优先放电，承载大部分电流，待其电压下降至一定阶段后由另一路放电，最后阶段同步放电。此举有利于铅酸与锂电混用时，优先使锂电放电，充分利用锂电循环寿命好的特点延长铅酸电池寿命，在削峰填谷应用时可提供优质的供电方案[4]。

图6 受控顺序放电时铅酸与锂电电压变化

图7 受控顺序放电时铅酸与锂电电流变化

4.4 不受控的共充

由图8、图9可以看出，在不受控共充条件下，铅酸与锂电的电压仍然处于同步状态，但充电电流仍然处于不受控状态，极易造成单只电池电流偏大出现保护或单路电池大电流放电造成循环性能下降问题。

图8 不受控的共充时铅酸与锂电电压变化

图9 不受控的共充时铅酸与锂电电流变化

4.5 不受控条件下的共放

锂电串入合路器，铅酸外置，其放电电压及放电电流情况如图10、图11所示。

由图10、图11可以看出，铅酸和锂电电压基本为同步下降，但电流图显示锂电与铅酸电流交替变化，电流为不受控状态，极易造成单只电池电流偏大出现保护或单路电池大电流放电造成循环性能下降问题。

5 结 论

通过对双向DC控制模式合路器装置的试验验证，几种模式下，不同路电池电压均处于同步状态，但通过受控与不受控的对比，双向DC控制模式合路器可达到对分路电流的有效控制，同时可设置优先放电功能，基本满足目前通信基站铅酸与锂电混用场景要求，同时可用于部分削峰填谷场景。

图10 不受控的共放时铅酸与锂电电压变化

图11 不受控的共放时铅酸与锂电电流变化