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摘要：将磷酸铁锂蓄电池在线监测系统应用到变电站直流供电系统是电力企业节能环保的创新举措。现在，全球都在提倡使用节能环保的绿色资源，这无疑为磷酸铁锂蓄电池的研究开辟了更为广泛的空间环境。本文重点介绍了磷酸铁锂蓄电池系统性能性能分析，研究意义，系统的组成及使用的关键技术。
关键词：节能；环保材料；管理系统；磷酸铁锂蓄电池
1、引言
随着低碳经济技术、清洁能源技术等新技术的推广与应用,节能环保材料的新型蓄电池在变电站直流电源系统运维中使用。作为新型的二次电源，以其超长寿命、使用安全、绿色环保、工作电压高、能量密度大、自放电率小、无记忆效应、体积小等特点，成为二次电池产业发展极具潜力的储能电池，并且是未来储能电池发展的方向。
2、蓄电池性能比较
表1 磷酸铁锂蓄电池与铅酸蓄电池技术参数对比
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磷酸铁锂蓄电池与铅酸蓄电池相比，能量密度高出3倍，循环次数长出5倍，比能量也高很多。磷酸铁锂蓄电池在-40℃ 放电容量大于90%，55℃ 仍可满容量放电不影响使用寿命。磷酸铁锂蓄电池组自带BMS管理系统随时对电池单体进行管控，保证电池组始终保持在最佳的工作状态。
表2 磷酸铁锂蓄电池与铅酸蓄电池技术性能对比
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磷酸铁锂蓄电池没有记忆效应，可以随时随放，任何情况均能充分放电。全容量放电，不影响寿命，受温度影响不大，无需进行温度补偿，免维护，安全环保，自身配置电池管理系统BMS，完全智能化，成本较低。
3、研究节能环保材料的新型蓄电池系统的意义
在变电站中，直流系统的蓄电池组与充电机并联，一起对继电保护、自动装置、自动化设备、断路器跳合闸机构等重要的直流负荷进行供电，当交流失电时，电机不能输出直流电，蓄电池组作为唯一的直流电源对直流负荷进行供电。紧急情况下的蓄电池失效将可能导致变电站的重大运行事故。因此，蓄电池组的正常与否直接影响电力系统的安全、可靠运行。
传统蓄电池维护方法需要检测人员携带仪器到现场进行蓄电池性能试验，记录数据并做数据分析。这需要维护人员做大量的测试工作，由于直流电源系统蓄电池的数量多、工作量非常大，在现场检测过程中有时因误操作可能引起线路的短路，对系统的正常运行构成危害。鉴于直流系统运维人员有限，所以要实时了解每一组蓄电池的运行工况是很难实现的。使用磷酸铁锂蓄电池系统在线监控后，可减少因维护人员误操作而给系统带来的安全隐患。
4.节能环保材料的新型蓄电池系统
节能环保材料的新型蓄电池系统由电芯、电池管理系统（BMS）和保护电路等组成。电池管理系统（BMS）由主控单元（CMU）、数据采集单元（BMU）及界面通讯单元（ICU）等组成。
4.1系统简介
节能环保材料的新型蓄电池系统采用RS485通讯，更适合电力系统及工矿企业的变电站直流系统、UPS、EPS等后备电源领域。实现程控直流电源的实时控制，由于微处理器具有强大的时序电路处理能力和数字信号处理能力，从而有效提高了程控直流电源的瞬态响应能力和实时性能。采用温漂补偿电路技术，保证电路在宽温度范围精度达到设计要求。采用数字PID控制，将数字误差控制信号通过DAC电路直接转化为输出控制信号，DAC电路将输出控制信号提供给隔离驱动电路，实现程控直流电源的实时控制。使用TCP/IP协议栈lwip技术，实现PC与锂电池BMS管理系统的快速通讯。PC端软件通过内网与多套BMS通讯，传送电池电压、电流、剩余容量SOC、健康状态SOH、系统状态等数据给PC端软件显示及保存。使用数据透传云服务技术，支持Andriod、IOS的SDK接口接入技术，手机端APP可远程查看锂电池组数据及图表。锂电池采用最小模组冷连接方式，既避免了由于单只电芯问题而成组更换的问题，减少了更换费用，还缩短了更换时间。如图1、图2所示。
图2 节能环保材料的新型蓄电池系统构成
4.2电池管理系统（BMS）
智能的电池管理系统，是电池组安全运行的保障，不但要求高精度显示，还要具有各种保护及告警功能，各种通讯接口具备电力变电站自动化系统的常用规约，还要可以实现工业现场多套锂电池后备电源系统的集中管理，实现高效管理、历史数据图形化、云服务、远程维护、电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充、放电控制、均衡管理和热管理等功能。
电池管理系统组成：主控单元CMU，数据采集单元BMU，界面通讯单元ICU，如图3所示。电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM），主要构成包括：主控单元CMU、数据采集单元BMU及界面通讯单元ICU。
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图3 电池管理系统结构图
管理系统的“数据采集单元”负责采集本箱体内各电芯的电压、充放电电流、温度等数据，并对电芯进行均衡管理和充放电保护。“主控单元”收集“数据采集单元”的数据，对电池组数据进行集中分析和处理，根据电池组的运行状况，进行报警和控制。同时“主控单元”还完成电池组工作电流的测量、充放电控制。
4.3主控单元（CUM）
主控单元CMU，完成SOC精准动态估算，对电池组充放电过程中的电流进行实时监测电流监测，实时显示电池组的各种信息，出现故障时，蜂鸣器发出报警提示，并显示具体故障类型，通过控制单元实现相应保护功能。如图4所示。
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图4 主控单元功能图
4.4数据采集单元（BMU）
每个数据采集单元可完成8至24节电芯的数据采集、电压均衡及充放电保护功能，以保持并联电芯充电电压的一致性，从而保护所有电芯在充电过程中不受伤害。同时，数据采集单元将采集到的电芯电压、温度等信息通过总线传输到主控单元。
4.5界面通讯单元（ICU）
界面通讯单元（ICU）是电池管理系统的人机交互界面，通过RS485/CAN总线进行通讯，可以显示系统的各种运行参数及故障情况。所有型号都按照工业标准设计，适合在各种环境中使用。
5、结束语
节能环保材料的新型蓄电池系统完全解决了以往各种电池遇强烈撞击、跌落、针刺、明火、过充、高温等情况下存在的安全隐患问题。在对整个变电站电池进行全寿命周期测算，相比于传统的铅酸蓄电池，使用新型的节能环保材料的蓄电池能够节约投资40%以上，并且新型的节能环保材料蓄电池对环境没有任何污染，回收利用率高，在变电站直流系统具有广泛的应用前景和推广价值，社会效益非常显著。
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作者简介：李君明，男，辽宁丹东人，教授级高级工程师，工学硕士，主要从事电网运行、检修、工程管理等工作。