動(dòng)力電池梯次利用下通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置研究

王紅美，邵立勇

（1.天津力神電池股份有限公司，天津 300384；2.力神動(dòng)力電池系統(tǒng)有限公司，天津 300384）

0 引 言

由于信息化的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)于通信基站的儲(chǔ)能容量需求也隨之增大。通信基站儲(chǔ)能容量指的是在通信基站中對(duì)于能量?jī)?chǔ)存的容量。為保證通信基站儲(chǔ)能容量不低于電池容量，能夠?yàn)橥ㄐ呕痉€(wěn)定提供動(dòng)力，針對(duì)通信基站儲(chǔ)能容量配置實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的有效途徑[1]。在我國(guó)，針對(duì)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方面的研究起步較晚，現(xiàn)有的研究中主要通過(guò)建立通信基站儲(chǔ)能容量配置模型，以模型求解的方式實(shí)現(xiàn)通信基站儲(chǔ)能容量配置。傳統(tǒng)的研究中缺乏對(duì)通信基站儲(chǔ)能容量配置的約束條件，導(dǎo)致傳統(tǒng)方法在實(shí)際應(yīng)用中存在充放電效率低的問(wèn)題[2]。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)方法中存在不足之處急需解決，為解決傳統(tǒng)方法中存在的問(wèn)題，動(dòng)力電池梯次作為一種電池轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，能夠在保證電源供電穩(wěn)定性的同時(shí)，提供系統(tǒng)運(yùn)行所需的直流負(fù)載，進(jìn)而提高系統(tǒng)的充放電效率?；诖耍欣碛蓪?dòng)力電池梯次利用在通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置中。本文基于動(dòng)力電池梯次利用下設(shè)計(jì)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法，致力于從根本上提高通信基站儲(chǔ)能容量配置的充放電效率，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化通信基站儲(chǔ)能容量配置的最終目的。

1 動(dòng)力電池梯次利用

動(dòng)力電池梯次利用主要指的是針對(duì)容量在80%以下的動(dòng)力電池展開(kāi)，其主要目的在于提高動(dòng)力電池的使用率，使其能夠繼續(xù)滿(mǎn)足儲(chǔ)能的基本需求。在動(dòng)力電池梯次利用過(guò)程中，必須經(jīng)過(guò)下述幾個(gè)主要步驟。首先為篩選外觀，針對(duì)存在漏液、破損以及脹氣的電池不予利用，其次為性能篩選，主要篩選內(nèi)容為電池的電壓、電阻以及充放電曲線(xiàn)，在此過(guò)程中，剔除電壓超高、超低以及電阻過(guò)大的電池，再次根據(jù)電池的種類(lèi)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，以電阻、電壓以及容量為關(guān)鍵參數(shù)，針對(duì)性能良好的電芯加以分組，最后通過(guò)成組裝配的方式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池梯次利用。迄今為止，動(dòng)力電池梯次已經(jīng)被利用在諸多儲(chǔ)能系統(tǒng)中，并且取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果，為此，本文利用動(dòng)力電池梯次優(yōu)化通信基站儲(chǔ)能容量配置方法。

2 動(dòng)力電池梯次利用下通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法

在本文設(shè)計(jì)的通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法中，最主要的優(yōu)化配置目標(biāo)為提高通信基站儲(chǔ)能容量配置的充放電效率，進(jìn)而為通信基站儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供動(dòng)力支持[3]。本文設(shè)計(jì)配置方法主要分為4步實(shí)現(xiàn)，動(dòng)力電池梯次利用下通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置具體流程如圖1所示。

圖1 動(dòng)力電池梯次利用下通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置

2.1 設(shè)定通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置約束條件

在通信基站儲(chǔ)能容量配置過(guò)程中，必須預(yù)先設(shè)定通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置約束條件[4]。本文共設(shè)定4個(gè)優(yōu)化配置約束條件，第一點(diǎn)為保證通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的功率平衡，設(shè)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的總功率為P，在滿(mǎn)足功率平衡的前提條件下，可得P的計(jì)算公式為：

式中，PW指的是通信基站儲(chǔ)能的輸入功率，PT通信基站儲(chǔ)能的有功功率，PE通信基站儲(chǔ)能的無(wú)功功率，PS指的是通信基站儲(chǔ)能容量能夠承受的最大功率。通過(guò)式（1）得出通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置在功率平衡前提條件下的總功率。第二點(diǎn)為通信基站儲(chǔ)能容量配置出力約束，此約束可通過(guò)計(jì)算方程式的形式加以體現(xiàn)，則有：

式中，Pimin指的是通信基站儲(chǔ)能容量配置最小輸出功率，Pi指的是通信基站儲(chǔ)能容量配置輸出功率，Pimax指的是通信基站儲(chǔ)能容量配置最大輸出功率。以此得出通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置中的第二點(diǎn)約束條件[5]。第三點(diǎn)為通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的充放電約束，針對(duì)充放電約束必須滿(mǎn)足：

式中，SOCmin指的是動(dòng)力電池梯次利用下通信基站儲(chǔ)能充放電到最小容量所需時(shí)間，SOC(T)指的是動(dòng)力電池梯次利用下通信基站儲(chǔ)能充放電所需的時(shí)間，SOCmax指的是動(dòng)力電池梯次利用下通信基站儲(chǔ)能充放電到最大容量所需時(shí)間。本文設(shè)定通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置約束條件的最后一點(diǎn)為約束通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置線(xiàn)路傳輸功率。此約束可通過(guò)計(jì)算方程式的形式加以體現(xiàn)，則有：

式中，Pgdmin指的是通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置線(xiàn)路最小傳輸功率，Pgd指的是通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置線(xiàn)路平均傳輸功率，Pgdmax指的是通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置線(xiàn)路最大傳輸功率。通過(guò)式（4）對(duì)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置線(xiàn)路傳輸功率進(jìn)行約束控制。

2.2 動(dòng)力電池梯次利用下轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能容量配置輸出電壓

在設(shè)定通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置約束條件的基礎(chǔ)上，本文利用動(dòng)力電池梯次轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能容量，配置輸出電壓[6]?；趧?dòng)力電池梯次利用下轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能容量配置輸出電壓的示意圖如圖2所示。

圖2 動(dòng)力電池梯次利用下轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能容量配置輸出電壓

結(jié)合圖2所示，將動(dòng)力電池梯次計(jì)入到通信基站儲(chǔ)能系統(tǒng)中，動(dòng)力電池梯次的轉(zhuǎn)換能力直接關(guān)系著儲(chǔ)能容量配置質(zhì)量的好壞。因此，本文針對(duì)動(dòng)力電池梯次利用的實(shí)際數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換形式，計(jì)算轉(zhuǎn)換后的儲(chǔ)能容量配置輸出電壓。儲(chǔ)能容量配置輸出電壓的計(jì)算表達(dá)式為W，則有：

式中，w指的是DC/DC轉(zhuǎn)換器的信號(hào)發(fā)射功率，l指的是直流母線(xiàn)接入點(diǎn)到通信基站儲(chǔ)能容量配置網(wǎng)絡(luò)之間的距離，δ指的是通信基站交流負(fù)載，s指的是設(shè)備路損值。通過(guò)式（5）計(jì)算得出儲(chǔ)能容量配置輸出電壓。在動(dòng)力電池梯次利用下，電壓的傳輸限制是一定的，因此不需要考慮到計(jì)入通信基站儲(chǔ)能極限容量問(wèn)題[7]。但由于通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置一種時(shí)效性配置，因此直流母線(xiàn)接入點(diǎn)之間的距離直接影響通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的性能要求，若接入點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)位置的距離相差太遠(yuǎn)，則會(huì)造成通信基站儲(chǔ)能容量配置運(yùn)行過(guò)程中的功率大大衰耗，從而影響對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力。除此之外，不同的設(shè)備接入點(diǎn)所屬的數(shù)據(jù)傳輸終端距離應(yīng)當(dāng)始終保持在規(guī)定的范圍以?xún)?nèi)，否則將會(huì)出現(xiàn)通信基站儲(chǔ)能容量配置功率不平衡的問(wèn)題產(chǎn)生。因此，本文在利用動(dòng)力電池梯次轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能容量配置輸出電壓過(guò)程中，通過(guò)增設(shè)BMS電池管理動(dòng)力系統(tǒng)，能夠有效地解決此問(wèn)題。

2.3 建立通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置映射關(guān)系

在利用動(dòng)力電池梯次完成儲(chǔ)能容量配置輸出電壓轉(zhuǎn)換后，為保證通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的實(shí)時(shí)性，建立通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置映射關(guān)系[8]。根據(jù)動(dòng)力電池梯次利用下的轉(zhuǎn)換機(jī)制，預(yù)留協(xié)議中規(guī)定通信基站儲(chǔ)能容量配置能夠按照消息流的部分特征參數(shù)，為通信基站儲(chǔ)能容量配置提供一定量的分配帶寬。假設(shè)通信基站儲(chǔ)能容量配置中由發(fā)送節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為U，接入動(dòng)力電池梯次在每個(gè)傳輸間隔當(dāng)中能夠保證發(fā)送幀的數(shù)目為K，計(jì)算接入動(dòng)力電池梯次的通信基站儲(chǔ)能容量配置消息流所占帶寬，公式為：

式中，Z指的是通信基站儲(chǔ)能容量配置的消息流所占帶寬，maxK指的是發(fā)送幀的最大數(shù)目，maxU指的是由發(fā)送節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)最大長(zhǎng)度，S指的是動(dòng)力電池梯次利用下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)測(cè)量間隔長(zhǎng)度[9]。在對(duì)上述公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要在保證消息流當(dāng)中的幀與傳輸速率值均不變的條件下完成。

以此，建立通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置映射關(guān)系，設(shè)定通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置映射幀頭長(zhǎng)度為36個(gè)字節(jié)，其字節(jié)長(zhǎng)度添加幀頭覆蓋內(nèi)容，具體如表1所示。

表1 36個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度添加幀頭覆蓋內(nèi)容

結(jié)合表1所示，再根據(jù)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置中所需傳輸?shù)牧魈匦?，?dāng)參數(shù)消息類(lèi)型明確的情況下，通過(guò)該數(shù)值影響其帶寬的具體配置大小，實(shí)現(xiàn)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置映射關(guān)系的建立。

2.4 實(shí)現(xiàn)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置

根據(jù)上述建立的通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置映射關(guān)系，通過(guò)不斷調(diào)整搜索方向進(jìn)而拓展搜索范圍，以U(x)代表通信基站儲(chǔ)能容量配置最優(yōu)解，輸出通信基站儲(chǔ)能容量配置最優(yōu)解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置。在此過(guò)程中，U(x)的計(jì)算公式為：

式中，k指的是通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的模糊子集協(xié)調(diào)度。通過(guò)式（7）可輸出通信基站儲(chǔ)能容量配置最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置的全局尋優(yōu)而非局部尋優(yōu)[10]。至此，完成動(dòng)力電池梯次利用下通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法設(shè)計(jì)。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文實(shí)例分析選取某通信基站作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。實(shí)驗(yàn)采用黑盒測(cè)試的方式，需要兩臺(tái)服務(wù)器，測(cè)試IP地址段為196.56.25.214.01，實(shí)例分析內(nèi)容為優(yōu)化配置通信基站儲(chǔ)能容量。將測(cè)試指標(biāo)設(shè)置為配置充放電效率，配置充放電效率越高證明該配置方法的有效性越高。首先，本文利用動(dòng)力電池梯次下的配置方法，優(yōu)化配置通信基站儲(chǔ)能容量，通過(guò)電池管理系統(tǒng)測(cè)試其配置充放電效率，設(shè)為實(shí)驗(yàn)組，記錄測(cè)試結(jié)果，后使用傳統(tǒng)配置方法，配置通信基站儲(chǔ)能容量，通過(guò)電池管理系統(tǒng)測(cè)試其配置充放電效率，設(shè)為對(duì)照組，記錄測(cè)試結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 配置充放電效率對(duì)比表

通過(guò)表2可知，設(shè)計(jì)方法配置充放電效率明顯高于對(duì)照組，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)動(dòng)力電池梯次利用下設(shè)計(jì)通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法，證明了設(shè)計(jì)配置方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。通過(guò)本文設(shè)計(jì)能夠解決傳統(tǒng)通信基站儲(chǔ)能容量配置中存在的不足，但同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對(duì)本次配置充放電效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，需進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)配置方法在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的可信度。與此同時(shí)，還需要深入研究通信基站儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此為提高通信基站儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置質(zhì)量提供切實(shí)可行的建議。