通信电源模块并联防环流技术研究

刘祖凡　郝书奎　臧思佳

摘 要：通信后备电源的扩容采用多个电源（电池）模块并联组成，而电源模块并联会产生环流，针对锂电池成组系统中电池并联连接产生的环流问题，本文研究了一种新的电池成组并联防环流控制技术，从而为通信领域电源模块并联防环流技术提供新的解决方案。

关键词：锂电池；通信电源；能量密度；放电深度

中图分类号：TN86 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.028

1 锂电池在通信基站应用概述

铅酸电池由于其受到自身能量密度小、功率密度低、放电深度浅、温度范围窄、污染环境严重的影响，使得锂电池替代铅酸成为趋势。近年来，随着4G网络和20 MB光纤到户业务的发展，通信基站的分布越来越广泛。因传统阀控铅酸蓄电池对使用环境的要求较高，存在占地面积大、对承重要求高等缺点，在一定程度上成为了限制通信基站进一步发展的瓶颈。锂电池具有高安全性、高能量密度和优良的循环性能，无污染、体积小、质量轻、功率高、放电性能优越、工作温度范围宽、电池寿命长，且随着新技术、新材料的应用和生产工艺的日趋成熟，其作为新型后备式蓄电池组，在通信基站的应用也得到了越来越多运营商的认可，在WLAN、室外微站、新能源基站得到了小批量应用。

通信后备电源系统采用电源模块并联方式实现扩容，根据基站的不同需要，通常以小容量的48 V、50 Ah电源模块采用并联进行扩容为48 V、100 Ah、48 V、200 Ah、48 V、300 Ah的大容量后备电源。

2 电源模块并联防环流设计及控制策略

2.1 电源模块发展现状

单体锂电池具有优异的性能，动力电池系统以成组为电池组的形式出现。在真正以成组形式使用的过程中我们发现，这些新型电池的优良性能都会大打折扣，这些性能上的打折主要是由于电池组的一致性、热处理、抗振性等较差造成的。

单体电池在生产工艺中难以控制其质量，加之存在人员和设备检测的误差等因素，电池的内阻和容量不能保证完全一致，且电池在系统使用過程中的老化程度不一致，造成单体电池成组为电源模块后出现的内阻和容量不一致。而通信电源模块采用15或16支锂电池串联，其容量和内阻不能保持完全一致，并联后可能会存在较大的环流，造成个别电源模块出现过充电或过放电，进而造成供电中断，大大影响了系统的可靠性。如果采用配置冗余的方案，则会造成系统成本增大，不能充分利用，进而造成资源浪费，因此，需要采取经济合理的方案解决并联电源模块的环流问题。

2.2 电源模块防环流设计

根据通信电源模块的成组方案，在充放电回路中增加限流电路，限制充放电电流，使得充电或放电电流保持在额定使用范围内，避免出现电池过充和过放，同时也避免了冗余设计，充分利用了资源，节约了成本。其电路设计框图如图1所示，其中，限流电路可以采取多种方式实现。

2.3 电源模块防环流控制策略

采用图1中所示的多个电源模块并联，当单个电源模块的充电电流或放电电流达到设置阈值时，电池管理系统切入到限流电路，将电流限制在小电流，进行慢充或慢放；电池管理系统定时将限流电路切除，接入至主回路，再次检测充电或放电回路电流，当主回路电流仍旧高于其额定工作电流，再次切入限流回路，反复多次，即可实现回路均衡，使得电源模块趋于一致状态。此控制策略避免了模块一直工作在限流回路情况下，进而导致工作效率的降低。控制策略如图2所示。

3 试验验证

根据并联防环流设计及控制策略，采用了3个48 V、50 Ah的通信电源模块试验，单个模块最大持续电流为50 A。根据试验对比，一种为常规电源模块试验，采用2个荷电状态较高、1个荷电状态较低的电源模块并联，2个高荷电状态电源模块同时给低荷电状态电源模块充电，形成电池组内部环流，并经过一定的时间后逐渐趋于一致。其中，电流高于模块最大电流为50 A的时间约为137 s，电流变化曲线如图3所示。

如果增加防环流设计电路，电源模块前3 s检测到1个低荷电状态电源模块充电电流大于50 A，BMS开启充电限流电路，将充电电流限制在10 A，持续1 min后，BMS关闭充电限流电路，检测到充电电流大于50 A，3 s后再次关闭充电限流电路，再次经过1 min后，BMS关闭充电限流电路，检测到充电电流小于50 A，不再开启充电限流电路，确保电源模块高效使用，测试曲线如图4所示。图5为试验现场测试照片。

4 结论和展望

经试验验证，该电源模块所提出的控制策略具有控制高效、性能可靠、扩容方便和运输维护方便等优点，很好地解决了后备通信电源模块并联带来的环流问题，为通信基站电源模块扩容提供了高效的解决方案。

参考文献

[1]蒋新华，冯毅，解晶莹.锂离子蓄电池保护电路发展现状及趋势[J].电源技术，2004（09）.

[2]谭易.动力型锂电池成组技术研究[D]武汉：武汉理工大学，2013.

[3]吴明.浅析通信基站电源设备安全运行防护原理与解决办法[J].信息通信技术，2009（06）.

〔编辑：张思楠〕