某移动机房使用246.4V/100Ah磷酸铁锂电池两组(见图13),每组由77只电池单体模块组成,使用要求该电池组放电时间为每组2h。在安装电池时,为了保证系统供电安全,将两组磷酸铁锂电池进行离线测试,开路时电池组单体模块内阻、端电压和2h放电后单体模块端电压数据如表1所示。放电曲线如图14所示。
　　
　　测试每组电池的总电压后,调整高压直流开关电源供电电压与之对应,分别将两组铁锂电池接入系统进行补充电。此时开关电源充电压设置为278V,充电电流限制为每组10A。两组电池组初始充电电流分别为9A和11A,随着电池组电压升高,充电电流会相应减小,当电池组电压和开关电源的充电电压非常接近时,电池组的充电电流逐渐减小,电池充电完成。

　　
　　    10 磷酸铁锂电池组在UPS中的应用
　　
　　   某局10楼UPS动力机房由于机房称重和面积不够,停电后要求必须满足4h的不间断供电时间,无法安装阀控密封铅酸蓄电池组,根据放电时间要求,使用了一组384V/400Ah磷酸铁锂电池,电池组由120块3.2V/400Ah的电池模块串联组成,其中400Ah的电池模块由4个单体容量为100Ah的电芯并联组成的,120块400Ah的电池模块串联组成一个384V/400Ah的电池组,如图15所示。
　　
　　IBMS-U智能电池管理系统,专门针对磷酸铁锂电池系统优化设计,每套由一台监控主机模块、若干个检测及主动均衡模块(每个均衡模块管理12支电池,根据电池个数配置)、一台电池组参数检测模块组成(图16)。
　　
　　每个电压检测及均衡模块负责检测、均衡12个相邻的串联电池。监控主机模块通过通讯总线与检测及主动均衡模块及电池组参数检测模块相连。
　　
　　电池组参数检测模块负责检测整组电池的电压、充放电电流、环境温度;

 检测及主动均衡模块负责各个单只电池的电压检测及均衡;

根据电池组中电池个数可配置电压检测及均衡单元的数量,最多每组电池中可包括250只电池。
　　
　　监控主机模块负责与检测及主动均衡模块和电池组参数检测模块通讯,管理这些模块;还配有开关量输出结点可通过空开控制单元控制外部开关,外部开关可以是空开或接触器。
　　
　　由于各电压检测及均衡单元检测的是串联电池组中不同的电池,它们之间有一定的电压差,故通讯线需要隔离。

   系统通过光耦实现隔离。在线自动监测蓄电池组及单体蓄电池电压、总电压、充放电电流、环境温度。自动监测周期为10s,并同过液晶显示屏显示单只电池电压、均衡度,通过按键可前后翻页显示。当电池电压高于过压值或小于欠压值时,系统发出报警;报警阀值可设定。采用主动均衡技术实现蓄电池组的动态维护,系统根据精确的蓄电池组及单体电池电压数据,采用核心算法和独特技术对电压差异进行主动均衡,确保蓄电池组内单体电池间电压差小于25mV。系统设置有RS-422、485串口、RJ45端口(TCP/IP协议),上位监控计算机需要单体电池数据时可通过该串口上传。
　　
　　所以磷酸铁锂电池组在UPS供电系统应用时,只须把UPS对电池组的充电电压调整到磷酸铁锂电池所需要的电压即可。UPS输出交流电压必须在通信设备供电电压范围内。因为磷酸铁锂电池即便是长期处于充电状态下,由于自身的IBMS均衡保护功能,电池性能是不会发生改变的,同时主动均衡技术实现蓄电池组的动态维护,系统根据精确的蓄电池组及单体电池电压数据,采用核心算法和独特技术对电压差异进行主动均衡,确保蓄电池组内单体电池间电压差小于25mV。图17为IBMS在UPS中主动均衡工作图。
　　
　　11 磷酸铁锂电池在室内分布RRU、EPON和楼宇交换机中的应用(见图18~图20)
　　
　　

通信网络设备的发展对一体化直流供电系统和不间断电源提出了新的要求:
　　
　　①设备功耗的变化,通信接入设备向小型化/分散化发展,要求电池体积更小、重量更轻,要求电池可户外使用电池可适用于恶劣电网;
　　
　　②后备时间的变化,要求电池可以高倍率放电,长时间备电向短时备电转变;
　　
　　③维护要求的变化,要求电池可以智能化管理,电池组有更高的供电安全性并纳入电池监控系统;
　　
　　④电池寿命的变化:要求电池使用寿命更长,要求电池绿色环保,响应国家节能减排的号召。

   例如:-48V直流供电系统的室内分布RRU,其典型功耗为48V/240W负载电流为5A,蓄电池放电时间4h。蓄电池后备时间4h无空调楼梯间,经计算,需配置48V/25Ah铅酸电池1组,或者48V/20Ah铁锂电池1组。利用铁锂电池体积小、放电能力大和重量轻的特性,4h后备时间情况下,48V/20Ah铁锂电池重量20kg;48V/25Ah铅酸电池组重量40kg,虽电池容量差别不太大,但48V/20Ah铁锂电池采用标准机架模块安装方式,可以满足挂墙安装的要求。
　　
　　总之,对于小系统磷酸铁锂电池组具有后备功能的核心组成部分之一,同时电池的使用环境和使用方法均能影响电池的寿命,合理的维护能有效地提高电池的使用寿命,机柜左右两侧应保留100mm以上空隙,以保证透气孔通风良好,根据现场的安装环境,尽量将电池柜安装在太阳照射比较少的地方,降低电池的使用环境温度可有效地提高电池寿命。
　　
　　对于不经常停电的地方,每次巡检时,还应通过切断交流空开,使设备工作在电池放电状态,保持0.5～1h,这样做有利于提高电池的使用寿命,每次放电最好能记录一定间隔时间放电电压负载电流,做一下对比。
　　
　　一般主要应用在小功率无人值守通讯设备,现场维护的机会很少,所以每次现场维护均应对设备进行常规检查,主要包括以下几个方面:
　　
　　①如市电正常,系统应工作在市电供电模式;如市电异常,系统应工作在电池供电模式。且两种工作状态下均无故障显示。
　　
　　②检查运行模式切换断开交流输入开关,模拟市电掉电,设备应切换到电池供电模式并正常运行;然后再闭合交流输入开关,应切换回市电供电模式并正常运行。
　　
　　③以上两项检查过程中,注意观察LED显示是否与其实际运行模式一致。
　　
　　④防雷器状态检查,防雷器由两个模块化避雷器组成。只要发现模块的指示窗由绿变红,说明该模块已损坏须立即更换同类型规格的模块。
　　
　　12 磷酸铁锂蓄电池的维护
　　
　　(1)磷酸铁锂蓄电池的运行环境要求
　　
　　磷酸铁锂蓄电池运行环境的要求:根据电池的环境要求,室温温度不宜超过55℃,建议环境温度应保持在0～55℃之间左右。避免阳光对电池直射,朝阳窗户应作遮阳处理。确保电池组之间预留足够的维护空间。
　　
　　(2)磷酸铁锂蓄电池使用注意事项
　　
　　通过动环集中监控系统与BMS实时的对电池组的总电压、电流、单体电压、SOC、SOH、温度进行监测。同时,通过电池监测装置了解电池充放电曲线及性能,定期进行测量,发现故障及时处理。
　　
　　(3)磷酸铁锂蓄电池经常检查的项目
　　
　　应经常检查磷酸铁锂电池模块的极柱连接线(条)是否松动;是否有损伤、变形或腐蚀等现象;连接处有无松动,电池模块壳体有无损伤、渗漏和变形,电池及连接处温升是否异常;BMS数据线接触情况;电池模块空开的动作是否可靠;并对电池组的输出保险温度检查和信号保险进行告警实验。
　　
　　根据厂家提供的技术参数和现场环境条件,通过BMS系统检查电池组总电压及单体电压是否满足要求,检测电池组间歇充电时的充电电流是否在要求的范围内。检测开关电源、UPS、高压直流供电系统对电池组的充电电压和限流值的设置是否正确。检测电池组的低压告警、高压告警、高温告警等设置是否正确。
　　
　　(4)磷酸铁锂电池组正常运行的电压要求
　　
　　磷酸铁锂电池组单体电池电压一般设定为3.45～3.65V之间,若厂家技术说明书有特殊要求的,以厂家电池说明书为准,但必须满足通信电源供电电压的维护标准要求。

作者简介

　　武亚波,联通集团廊坊市分公司望楼维护中心电源主管,高级工程师,《UPS应用》杂志编委。
　　
　　编辑：Harris