论通信机房电压自动均衡的蓄电池组监控系统

2022-01-19时晋苏

江苏通信 2021年6期

时晋苏

中国电信股份有限公司如东分公司

0 引言

目前通信局站的动力及环境监控系统蓄电池组部分的监控，都不具有蓄电池组电压自动均衡的功能，蓄电池组在出厂时无法做到性能的绝对一致，所以蓄电池组在长时间浮充后，各个单体电池电压会出现差异，而这种电压的不一致，会严重影响蓄电池组的使用寿命。传统的蓄电池组均衡管理一般都是通过提高电压，定期（相隔数月）进行均衡充电。但是这种间断、粗放式的均衡充电方式，效果却很不理想。本文设计了一种“通信机房电压自动均衡的蓄电池组监控系统”，该系统不仅具有蓄电池组总电压和单体电压的远程监控功能，而且还可以根据蓄电池组每个单体蓄电池的实际状况，进行实时、连续的均衡管理，可以让每节蓄电池的电压一直保持一致，从而极大地延长蓄电池组的使用寿命。

1 技术方案

1.1 系统结构

图1 为“电压自动均衡的蓄电池组监控系统”的系统图，主要由采集和均衡模块、控制模块、通信模块组成，采集和均衡模块又包含熔丝FUSE、限流电阻R和N沟道的MOS管Q。以通信系统中常见的48V直流系统为例，蓄电池组由24节2V的阀控式铅酸蓄电池串联而成，每节蓄电池都有一个与之对应的采集和均衡模块，也就是每组蓄电池都有24个采集和均衡模块。熔丝FUSE在限流电阻R和MOS管Q损坏短路时，可以起到保护的作用，限流电阻R起到限制蓄电池放电电流大小的作用。霍尔传感器套在蓄电池组的正或负的电源线上，用来检测蓄电池组的电流，通信模块连到控制模块，通信模块又通过通信线连接到上级的动力及环境监控系统，通信模块的通信接口可以为RS485、RS422或以太等协议的接口。控制模块可以选用带26路（24路单体蓄电池电压、1路蓄电池组总电压、1路霍尔传感器输入）模拟量输入和24路晶体管开关量脉冲输出的PLC。

图1 电压自动均衡的蓄电池监控系统的系统图

1.2 实施方法

蓄电池组浮充时，如果某个蓄电池的电压高于平均值，则可以通过打开对应的采集和均衡模块中的MOS管Q，旁路该节蓄电池的一部分浮充电流，从而达到降低该节蓄电池电压的目的。由于蓄电池组总电压基本恒定（48V系统的浮充电压一般为53.5～54V），一部分电压高的蓄电池电压降低后，那些电压低于平均值的蓄电池电压则会自动升高，也就说是经过一段时间的均衡管理后，高、低电压蓄电池的电压最终趋向于平均值，从而达到均衡的目的。该设计仅需对处于长期浮充状态下的蓄电池组进行均衡管理，而对于蓄电池组短时间的充电、放电以及深度放电后所进行的均衡充电过程，则无须进行人为干预，而且若在非浮充状态时，对蓄电池组进行额外的均衡管理，可能会造成一定的冲突，所以在非浮充状态时，则关闭蓄电池组的均衡管理功能。

图2 是“电压自动均衡的蓄电池组监控系统”的流程图。如图2所示，控制模块首先判断蓄电池组是否处于浮充状态，如果不是，则关闭所有蓄电池的MOS管Q，如果是，则测量蓄电池组的总电压，也就是测量由第1节蓄电池的采集线和末端电池负极采集线之间的电压，并将总电压除以蓄电池组中单体蓄电池的节数24，计算出每节单体蓄电池的平均电压，然后开始采集第1节蓄电池的电压，也就是测量第1节蓄电池的采集线与第2节蓄电池的采集线之间的电压，并将该信号值与每节蓄电池的平均电压进行对比，如果该信号值大于每节蓄电池的平均电压，控制模块便打开与第1节蓄电池对应的MOS管Q，使得第1节蓄电池的部分浮充电流，被采集和均衡模块1所旁路，进而降低第1节蓄电池的电压。如果第1节蓄电池的电压低于或等于每节蓄电池的平均电压，则关闭采集和均衡模块1中的MOS管Q，然后再检测第2节蓄电池，以此类推，直到最后第24节蓄电池，然后又回到初始，开始新一轮的循环。蓄电池组处于浮充状态的判定依据为：霍尔传感器检测到的蓄电池组电流值小于等于浮充电流，浮充电流一般约为电池容量的0.8‰～1‰，并且蓄电池组总电压小于等于浮充电压的上限值，一般不超过55V。

图2 电压自动均衡的蓄电池组监控系统的流程图

不同容量的蓄电池组的浮充电流不同，因此需要根据蓄电池组容量的大小，配置不同规格的熔丝FUSE、限流电阻R、MOS管Q和MOSFET管。表1列举了通信机房几种常见容量的蓄电池组，所配套的熔丝、电阻、MOS管的大小规格。

该设计还可以实现蓄电池组总电压和各个蓄电池电压的远程监控，控制模块通过采集和均衡模块以及末端电池负极采集线，采集电池组总电压和各个蓄电池的电压，并通过通信模块上报给动力及环境监控系统，可以远程查看蓄电池组总电压和各个单体蓄电池的电压，了解蓄电池组均衡的情况，因此可以取代现有的、动力及环境监控系统中的蓄电池组监控。

该设计还可以远程监控熔丝FUSE的状态，如果采集和均衡模块1的熔丝FUSE熔断，那么在动力及环境监控系统的平台上，可以看到第1节蓄电池的电压和蓄电池组总电压均为0，如果采集和均衡模块2的熔丝熔断，那么在动力及环境监控系统的平台上，可以看到第1节和第2节的蓄电池的电压均为0，也就是说，除了采集和均衡模块1，其他第n个采集和均衡模块中的熔丝熔断，那么在动力及环境监控系统的平台上，可以看到第（n-1）节和第n节的蓄电池的电压均为0。反之即可以根据可能出现的上述情况，判断具体哪个熔丝FUSE发生了熔断故障，维护人员更换故障熔丝FUSE后，即可恢复正常。