摘要:本文简介了维谛UPS电源锂电池组的组成,BMS系统的构成和功能;梳理了直流电源系统电池管理的逻辑;剖析了直流电源系统配置锂电池时的电池管理实际运行状态;并基于一个实际维护案例,分析并确定了问题发生的根本原因;最后站在电源系统厂家的角度,提出了直流电源系统配置锂电池时的有效解决方案。
关键词:直流电源系统,高压直流(HVDC),锂电池,BMS系统,维谛UPS电源电池管理,限流模式,调压模式

锂电池种类繁多,各个厂家都有各自的一些特点,但就其组成及功能而言,基本上都是大同小异。
(一)锂电池组的组成
维谛UPS电源电池组的基本结构如图1所示,功能上,电池组包括两部分:电池组模块和电池管理系统,其中电池组模块由一个或多个单体锂离子电池组合而成,电池管理系统(BMS)及充放电电路既可内置于维谛UPS电源电池组模块也可外置于电池组模块。
(二)电池管理系统battery management system(BMS)
主要采集维谛UPS电源蓄电池的单体电压、总电压、充/放电电流、容量、蓄电池环境温度等参数,用于对蓄电池充电过程和放电过程进行管理,并辅助有效的保护与告警功能的电路系统的总称〔保护与告警功能〕,由采集和保护电路、电气和通讯接口及热管理装置等组成。
根据维谛UPS电源电池组组成结构形式不同,BMS可分为单元BMS和系统BMS。单元BMS是指内置在48V电池模块内部,用于采集单体电池的各种参数,如电压、电流、温度等。系统BMS是指独立安装在电池柜内,用于收集显示各个48V模块运行参数及状态,并与电源系统监控进行通信,实现对电池组的充、放电进行管理。
BMS系统的智能充电管理、维谛UPS电源电池的平衡管理、智能间歇式充放电管理、热系统管理、通讯管理,是提升锂电池组使用寿命的关键。
(三)保护功能
锂电池系统具有完善的过充电保护,过放电保护,短路保护,反接保护,过载保护,温度保护,电池均衡等功能,正常情况下能够保证系统的安全运行。

(一)直流电源系统监控单元电池管理方式
维谛UPS电源直流电源电池管理方式有自动管理和手动管理两种,用户可以通过后台或键盘对监控单元的管理方式进行更改。在手动管理方式下,允许用户通过后台或键盘进行各种电池管理操作和整流模块的控制,监控单元不进行电池的自动管理和整流模块控制。在自动管理方式下,监控单元将自动进行维谛UPS电源电池管理和整流模块控制。
在实际应用中监控一般使用自动管理方式,手动管理方式这里就不赘述。
(二)直流电源电池自动管理方式
1、预限流
当监控单元上电、系统交流停电、均充开始、维谛UPS电源电池测试结束时,进行预限流,保证整流模块输出不会导致电池充电过流。
2、均浮充管理
2.1维谛UPS电源电池浮充:当电池处于充满状态时,充电器不会停止充电,仍会提供恒定的浮充电压与很小浮充电流供给电池,因为一旦充电器停止充电,电池会自然地释放电能,所以利用浮充的方式,平衡这种自然放电。
2.2维谛UPS电源电池均充:以规定的较高的电压和恒定时间的方式对电池充电,充电较快。专业维护人员对电池保养时经常用的充电模式,这种模式有利于激活电池的化学特性。
2.3浮充管理:浮充主要是进行充电限流管理和电池温度补偿。
2.4均充管理:分为定时均充和放电后均充。定时均充指浮充持续时间超过设定的定时均充周期。放电后均充指电池放电容量比超过设定值或电池充电电流超过设定值规定时间。
电源系统对维谛UPS电源电池的均浮充及其转换,有严格的过程管理。比如:定时均充过程有限流均充和定时均充两个过程。放电后均充过程有限流均充和稳流均充两个过程。均充转浮充条件有定时均充时间到;达到稳流均充后稳流均充时间到;均充保护时间到;交流停电;电池支路断;电池温度过高;整流模块通信中断等。
3、负载下电和电池保护
负载下电:为了保证用户的重要负载长时间供电,断开一般负载的下电。
维谛UPS电源电池保护:为了防止电池深度放电,电源系统在电池电压下降到规定电压时切断电池,对电池进行保护。
4、充电电流管理
4.1、限流
如果维谛UPS电源电池以大电流充电将缩短电池的寿命,因此监控模块具有限制电池电流的功能,这一功能通过减少整流模块输出电流(设置电流限制)的方式实现。工程师需要定义一个蓄电池电池限流点。当电池充电电流超过这一限制时,监控模块将控制整流模块降低输出电流。
监控模块能够通过控制整流模块的电流输出限制电池的充电电流。
监控模块能够根据维谛UPS电源电池限流点计算整流模块的限流点,并控制整流模块使得电池充电电流不超过电池限流点。
当交流断电时,监控模块将向整流模块发送限制电流的命令,以确保交流电源恢复时维谛UPS电源电池充电电流不超过电池限流点。
4.2电流限制参数和告警见表1所示。

5.1温度补偿参数如表2所示
