延长基站电源蓄电池寿命的方法与实践

延长基站电源蓄电池寿命的方法与实践

基站蓄电池从目前使用情况来看， 普遍存在蓄电池容量下降过快，使用寿命短的问题，短短1～2年时间蓄电池的容量只有标称容量 的30%～40%，有的只有10%～20%，而大部分基站蓄电池经过1～4年运行，其容量只有其标称容量的50%左右，远远达不到其设计使用寿命，与交换局站同类蓄电池相比，其使用寿命也大大降低。本文对基站电源运行过程中蓄电池的损坏原因进行了分析，提出延长基站蓄电池使用寿命的方法。

 

一、蓄电池寿命的定义

 

蓄电池的寿命一般是指浮充状态下的使用年限。对于在非浮充状态下工作的蓄电池，其寿命是从循环放电次数和放电深度两个维度来衡量的，如表1所示。所以不能简单地以能使用多少年来衡量蓄电池的寿命。

 

 

 

对于蓄电池的循环放电次数来说，必须是在蓄电池放电后充足电能，要充足电能充电时间至少需要24小时(依据YD/T799-2002的规定)。对于充电不足的情况，其循环放电次数很难确定，肯定要低于表1中描述的数据。

 

放电深度对电池使用寿命的影响也非常大，电池放电深度越深，其循环使用次数就越少，如表1所示，因此在使用时应避免深度放电。

 

二、蓄电池寿命终止的因素

 

对于阀控密封铅酸蓄电池来说，有四种失效模式：正极板腐蚀、失水、热失控、硫酸盐化。其中正极板栅腐蚀由于合金工艺技术的提高，腐蚀速度非常慢，一般是10~15年。

 

失水的途径比较多：节流阀设计不合理，频繁开启;电源对蓄电池频繁均充;环境温度过高。其中高温是最主要的因素，高温会加速蓄电池失水速度，导致蓄电池容量下降。以25℃为基准，当蓄电池运行环境上升10℃，寿命减少50%，如图1所示。

 

 

 

热失控是指蓄电池在充电过程中产生的热量未及时释放出，温度和化学反应之间形成一个正回馈，出现失控。热失控对蓄电池是毁灭性的，造成蓄电池外壳变形，严重者造成蓄电池爆炸。热失控的原因是机房环境温度超过45℃、高温下浮充电压过高(没有温度补偿功能)、充电电流超过设计值(超过2.5C10)。

 

硫酸盐化是指在极板上生成白色坚硬的硫酸铅结晶，颗粒比较大，活性低，充电时难以转化为活性物质的硫酸铅，导致电池容量下降或功能衰退。盐酸化的原因是电池在安装使用前曾长时间搁置储存(超过3个月)、持续过放电或经常过量放电或小电流深放电、环境温度过高或过低、经常充电不足和没有定期执行均充。

 

三、影响基站电池运行寿命的因素

 

很多基站的位置偏远，交流电供电不稳定或频繁停电，甚至根本就没有交流电;基站没有空调或户外站点，环境温度高;站点偏远且数量多，无法做到精细化维护。以上是基站蓄电池工作环境的基本状况。

 

通过对中国基站蓄电池损坏情况的分析，采集新疆、浙江、陕西、云南几个省蓄电池损坏的标本分析，并结合海外越南、埃及、巴基斯坦、埃塞俄比亚基站电源的损坏数据，我们得出影响蓄电池运行寿命的有以下几个因素：

 

(1)交流频繁停电

 

频繁停电、停电时间长、停电时间无规律，使蓄电池频繁充放电，或者基站根本就没有交流电，通过柴油发电机和蓄电池交替供电，是造成蓄电池容量下降过快和使用寿命缩短的一个最主要原因。

 

基站停电频次过高，一天内停电数次，甚至连续停电数天，使基站蓄电池在放电后尚未充足电的情况下又放电，蓄电池长时间处于欠充状态。如连续多次发生欠充，将造成蓄电池容量累积性亏损，硫酸盐化加剧，蓄电池容量将在较短时间内下降，其使用寿命将较快终止。

 

(2)蓄电池存储时间太长

 

蓄电池在存放过程中存在自放电，如果长时间得不到补充，就会出现硫酸盐化现象。这种现象如果没有得到及时改善，蓄电池容量会降低甚至损坏不能使用。蓄电池在存贮过程中，环境温度对容量影响也非常大，如表2所示。

 

                        

 

(3)基站的环境温度过高

 

基站停电后，空调停机。由于基站为封闭机房，基站室内温度将大幅上升。温度过高使阀控式密封电池内部失水量加剧，电解液饱和度下降(玻璃纤维棉隔膜内电解液减少)使电池容量降低，缩短使用寿命。

 

(4)电池安装开通质量

 

蓄电池的安装是否符合规范，对蓄电池的使用使命影响非常大。安装时没有将蓄电池之间的连接器固定螺钉拧紧，接线柱与连接器之间接触电阻增大，在充放电时将产生大量热量而烧坏，造成整组蓄电池损坏;蓄电池温度传感器没有安装或安装错误，在温度高时会因为无法调整充电电压到合适值，蓄电池出现热失控现象，造成 蓄电池损坏;开通时没有在监控单元中调整蓄电池管理参数至合理值，造成蓄电池损坏。

 

(5)没有正确地设置蓄电池管理参数

 

开关电源涉及到蓄电池管理的参数有蓄电池容量、充电电流系数、均浮充电压、一二次下电电压、自动均充的条件、温度补偿电压，如果这些参数设置不合理，会对蓄电池的寿命造成影响。例如一二次下电电压设置电压过低，使蓄电池出现过放电甚至深度过放电现象，加剧蓄电池负极板硫酸化，将使蓄电池容量下降，使用寿命 缩短。蓄电池容量设置不正确，影响蓄电池充电电流，造成蓄电池充电电流过大而损坏。

 

四、延长基站供电蓄电池寿命的方法

 

根据造成基站蓄电池运行寿命减少的因素，结合实际情况我们提供如下几个延长蓄电池寿命的方法。

 

1. 增加油机供电

 

对于频繁停电的站点，通过增加固定油机或移动油机来保障蓄电池在停电后能得到及时补充充电，或者避免蓄电池深度放电。对过于频繁停电的站点，除了采用上面的方法之外，还需要采取特殊的蓄电池来解决问题，例如用GEL电池。GEL在循环使用寿命上比AGM次数多1.5~2倍。建议在这种站点使用2V电池，避 免使用12V电池。

 

对于没有交流电的站点，柴油发电机很难保证(油价上涨和不能及时加油)供电，需要采取新的供电方案，可考虑采用太阳能供电系统。

 

2. 减少蓄电池过放并及时补充

 

在电源供电方案规划期，需要根据负载电流，结合蓄电池的放电曲线配置比较合适的蓄电池容量，在要求的放电时间内避免蓄电池过放。一般原则是在蓄电池放电达到规划要求的时间时，蓄电池放出的容量≤80%。

 

电源开通后，如果暂时没有市电接入或暂时不使用电池，必须断开蓄电池的所有负载，使蓄电池处于开路状态。避免蓄电池小电流放电，造成蓄电池容量下降或者失效。

 

在电源蓄电池管理方面，尽量避免蓄电池在仓库放置时间超过3个月，如果超过3个月不能安装，那么就要考虑对蓄电池进行充电。

 

根据实际使用情况调整蓄电池欠压保护的电压，尽量避免蓄电池出现过放电和深度过放电(小电流过放电)。对于频繁停电的站点，为了延长蓄电池运行寿命，要求一次负载下电电压≥47V，二次下电电压≥46V。

 

在电源开通后，人工控制执行对蓄电池均衡充电，均衡充电时间≥10小时。对于频繁停电的站点，可以增加蓄电池充电电流，以缩短蓄电池充电时间，增加充电前期充入的电量。通过监控单元，将充电电流系数调高为0.18～0.22C，最大充电电流系数不能超过0.25C。

 

根据基站停电次数及时间，对于停电次数多且停电时间长的站点，延长均衡充电时间，改变均衡充电时间周期设置，把原设置一般180天周期调整为30天或15天，以减少盐酸化现象的发生。

 

3. 减少高温影响

 

如果蓄电池安装在机房或者方舱内，需要安装空调，确保机房环境在合适的温度。对于户外电源，需要在电池柜上搭建凉棚避免阳光直射。可以通过地埋的方式，把蓄电池放在专门的地窖内，确保蓄电池的工作环境温度不会太高。户外电源最好使用温度范围比较宽的GEL电池，以减少高温或低温对电池造成的影响，以延长使用寿命。

 

4. 定期维护