主动均衡系统在5G基站储备一体中的应用

2023-01-31孙文超杨振华杨海林

通信电源技术 2022年20期

孙文超，杨振华，杨海林

（中国铁塔股份有限公司上海市分公司，上海 200000）

0 引言

在通信基站供电系统中，后备电源（电池）是保证在市电中断时，通信服务不停止仍能正常服务的重要手段。后备电源中蓄电池性能的好坏直接影响整个供电系统的可靠性。且随着5G设备逐步覆盖，一方面用电量越来越大，另一方面随着电价改革不断深入，电价市场化、峰谷差价不断拉大，用电成本增高，致使电费居高不下[1]。电信网技术如何在确保5G基站备电的前提下，叠加储能应用，以上海市为例，如按峰时全部配置储能系统，则在需要备电时，将有平均10 h以上备电，涵盖全部市电断电事故的90%以上。

通过投资储能系统来解决备电问题，通过谷电峰用来解决储能投资，但唯一问题是如何保障蓄电池循环次数达到投资预期。常见问题是蓄电池使用一定循环次数后，不能有效输出或输出效率不足，导致无法达到预期的储能收益，甚至因对单体电池无法管控产生安全问题[2]。

现通过单只主动均衡管理系统，实时掌控单只蓄电池工作状态，保障充放电过程中单只无损，则可有效实现蓄电池应有寿命。在监控蓄电池整组剩余容量、剩余备电时长性能基础上，蓄电池智能精准管理平台获取充放电策略，结合站点信息、物业信息、环境信息、发电设备、接口信息等生成最优调度方案，从而降低日常应用中的油机发电成本，提高代维发电响应效率。

1 主动均衡系统的特点

1.1 系统运行原理

增加储能系统后，不改变原有输入、输出模式，利用基站储能系统电池管理系统（Battery Management System，BMS）对电池组进行主动均衡管理，对电池组进行精细化全生命周期管理，实现自错峰模式进行管控，同时利用物联网上传至数据平台进行监管。利用个人计算机（Personal Computer，PC）端、App端进行互动应用。增加储能系统基站运行原理如图1所示。

图1 增加储能系统基站运行原理

在不增加直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）模块基础上进行储能应用，降低功率损耗，实现储能系统高效应用；通过主动均衡系统对单只蓄电池进行主动无损均衡管理，保障蓄电池循环使用寿命，保障储能项目收益。

1.2 高效无损主动均衡及原理

主动无损均衡方案，是结合蓄电池整组及单体的情况，将电池中单体能量较高的迁移到电池中单体能量较低的，或使用整组（4节或24节）的电池容量补充到整体中单体容量最低的电池，如图2所示。在此过程中能量通过这个环节在此进行均衡分配及调度。

图2 主动无损均衡方案

均衡系统是由2个电池组成，经过2个电池并联和形成1个均衡单元，如图3所示，电池EB1和EB2组成第一个均衡单元，储能电容C1；储能电感L1、L2；开关Q1、Q2组成了均衡电路。当EB1和EB2由于容量不平等，产生电量、电流或电压不平衡时，该均衡电路在相位相反的两个方波驱动下交替开关，由电路中的储能元件构成的能量或者容量交换通路依次把电池组中电压高的电池的电荷迁移至电池组中整体电压低的电池中，直至将上述所说的两个电池的容量、电压、电流平衡为止[3]。

图3 主动均衡方式原理

1.3 主动均衡系统技术应用优势

（1）差异化充电。以往通信基站的电池充电采用整组充电的方式，无法对不同级别电压进行差异化区别，差异化配置。本系统改变以往的充电方式，采取差异化充电，通过差异化充电，实现对不同状态的电池（按电压、容量、电流等）进行区分，施加对单体电池以最适合的充电电压/电流进行充电，避免整组充电带来的电池组中单体电池的欠充、过充问题，做到对单体电池的高效率、特性充电。两种充电方案如图4所示。

图4 两种充电方案

（2）能量转移放电。以往放电模式为整组统一放电，组中单体全量参与，无法区别化对待落后单体电池，在采用新技术后，可以通过系统智能判断，将由部分电池的能量对“落后”电池进行额外的能量补充，从而在根本上保证整组电池中个体电池的容量、电压的一致性，避免传统方式放电带来单体电池过放、欠放问题，做到高效率、特性化放电。两种放电方案如图5所示。

图5 两种放电方案示

（3）电池镜像技术。在传统模式中，如果整组电池中单体或者数节出现断路或者开路等极端情况时，会导致整组电池出现瞬断，从而引起断站、无法提供服务的情况。通过电池镜像技术，对出现极端情况的单体电池（线束脱落、断路、短路、内部极板损坏等情况）采取镜像处理，通过镜像技术，模拟出一节或数节电池电压及容量，保证电池组工作电压稳定，电池组持续供电。

（4）电池脉冲修复。通过对蓄电池采用24 h不间断且频率高达8 kHz以上小电流脉冲，利用大结晶谐振的方法来溶解盐化结晶，消除电池的硫化现象，保证蓄电池组长期处于活化状态，起到主动修复的作用。