鉅大LARGE | 點擊量：2429次 | 2021年04月14日
什么是基站電源蓄電池？如何有效延長基站電源蓄電池的壽命
基站蓄電池從目前使用情況來看，普遍存在蓄電池容量下降過快，使用壽命短的問題，短短1～2年時間蓄電池的容量只有標稱容量的30%～40%，有的只有10%～20%，而大部分基站蓄電池經(jīng)過1～4年運行，其容量只有其標稱容量的50%左右，遠遠達不到其設(shè)計使用壽命，與交換局站同類蓄電池相比，其使用壽命也大大降低。本文對基站電源運行過程中蓄電池的損壞原因進行了分析，提出延長基站蓄電池使用壽命的方法。
蓄電池壽命的含義
蓄電池的壽命一般是指浮充狀態(tài)下的使用年限。關(guān)于在非浮充狀態(tài)下工作的蓄電池，其壽命是從循環(huán)放電次數(shù)和放電深度兩個維度來衡量的，如表1所示。所以不能簡單地以能使用多少年來衡量蓄電池的壽命。
關(guān)于蓄電池的循環(huán)放電次數(shù)來說，必須是在蓄電池放電后充足電能，要充足電能充電時間至少要24小時(依據(jù)YD/T799-2002的規(guī)定)。關(guān)于充電不足的情況，其循環(huán)放電次數(shù)很難確定，肯定要低于表1中描述的數(shù)據(jù)。
放電深度對電池使用壽命的影響也非常大，電池放電深度越深，其循環(huán)使用次數(shù)就越少，如表1所示，因此在使用時應(yīng)防止深度放電。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
蓄電池壽命終止的因素
關(guān)于閥控密封鉛酸蓄電池來說，有四種失效模式：正極板腐蝕、失水、熱失控、硫酸鹽化。其中正極板柵腐蝕由于合金工藝技術(shù)的提高，腐蝕速度非常慢，一般是10~15年。
失水的途徑比較多：節(jié)流閥設(shè)計不合理，頻繁開啟;電源對蓄電池頻繁均充;環(huán)境溫度過高。其中高溫是最重要的因素，高溫會加速蓄電池失水速度，導致蓄電池容量下降。以25℃為基準，當蓄電池運行環(huán)境上升10℃，壽命減少50%，如圖1所示。
熱失控是指蓄電池在充電過程中出現(xiàn)的熱量未及時釋放出，溫度和化學反應(yīng)之間形成一個正回饋，出現(xiàn)失控。熱失控對蓄電池是毀滅性的，造成蓄電池外殼變形，嚴重者造成蓄電池爆炸。熱失控的原因是機房環(huán)境溫度超過45℃、高溫下浮充電壓過高(沒有溫度補償功能)、充電電流超過設(shè)計值(超過2.5C10)。
硫酸鹽化是指在極板上生成白色堅硬的硫酸鉛結(jié)晶，顆粒比較大，活性低，充電時難以轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的硫酸鉛，導致電池容量下降或功能衰退。鹽酸化的原因是電池在安裝使用前曾長時間擱置儲存(超過3個月)、持續(xù)過放電或經(jīng)常過量放電或小電流深放電、環(huán)境溫度過高或過低、經(jīng)常充電不足和沒有定期執(zhí)行均充。
影響基站電池運行壽命的因素
很多基站的位置偏遠，交流電供電不穩(wěn)定或頻繁停電，甚至根本就沒有交流電;基站沒有空調(diào)或戶外站點，環(huán)境溫度高;站點偏遠且數(shù)量多，無法做到精細化維護。以上是基站蓄電池工作環(huán)境的基本狀況。
通過對我國基站蓄電池損壞情況的分析，采集新疆、浙江、陜西、云南幾個省蓄電池損壞的標本分析，并結(jié)合海外越南、埃及、巴基斯坦、埃塞俄比亞基站電源的損壞數(shù)據(jù)，我們得出影響蓄電池運行壽命的有以下幾個因素：
1
交流頻繁停電
頻繁停電、停電時間長、停電時間無規(guī)律，使蓄電池頻繁充放電，或者基站根本就沒有交流電，通過柴油發(fā)電機和蓄電池交替供電，是造成蓄電池容量下降過快和使用壽命縮短的一個最重要原因。
基站停電頻次過高，一天內(nèi)停電數(shù)次，甚至持續(xù)停電數(shù)天，使基站蓄電池在放電后尚未充足電的情況下又放電，蓄電池長時間處于欠充狀態(tài)。如持續(xù)多次發(fā)生欠充，將造成蓄電池容量累積性虧損，硫酸鹽化加劇，蓄電池容量將在較短時間內(nèi)下降，其使用壽命將較快終止。
2
蓄電池存儲時間太長
蓄電池在存放過程中存在自放電，假如長時間得不到補充，就會出現(xiàn)硫酸鹽化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象假如沒有得到及時改善，蓄電池容量會降低甚至損壞不能使用。蓄電池在存貯過程中，環(huán)境溫度對容量影響也非常大，如表2所示。
3
基站的環(huán)境溫度過高
基站停電后，空調(diào)停機。由于基站為封閉機房，基站室內(nèi)溫度將大幅上升。溫度過高使閥控式密封電池內(nèi)部失水量加劇，電解液飽和度下降(玻璃纖維棉隔膜內(nèi)電解液減少)使電池容量降低，縮短使用壽命。
4
電池安裝開通質(zhì)量
蓄電池的安裝是否符合規(guī)范，對蓄電池的使用使命影響非常大。安裝時沒有將蓄電池之間的連接器固定螺釘擰緊，接線柱與連接器之間接觸電阻增大，在充放電時將出現(xiàn)大量熱量而燒壞，造成整組蓄電池損壞;蓄電池溫度傳感器沒有安裝或安裝錯誤，在溫度高時會因為無法調(diào)整充電電壓到合適值，蓄電池出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象，造成蓄電池損壞;開通時沒有在監(jiān)控單元中調(diào)整蓄電池管理參數(shù)至合理值，造成蓄電池損壞。
5
沒有正確地設(shè)置蓄電池管理參數(shù)
開關(guān)電源涉及到蓄電池管理的參數(shù)有蓄電池容量、充電電流系數(shù)、均浮充電壓、一二次下電電壓、自動均充的條件、溫度補償電壓，假如這些參數(shù)設(shè)置不合理，會對蓄電池的壽命造成影響。例如一二次下電電壓設(shè)置電壓過低，使蓄電池出現(xiàn)過放電甚至深度過放電現(xiàn)象，加劇蓄電池負極板硫酸化，將使蓄電池容量下降，使用壽命縮短。蓄電池容量設(shè)置不正確，影響蓄電池充電電流，造成蓄電池充電電流過大而損壞。
延長基站供電蓄電池壽命的方法
根據(jù)造成基站蓄電池運行壽命減少的因素，結(jié)合實際情況我們供應(yīng)如下幾個延長蓄電池壽命的方法。
1
新增油機供電
關(guān)于頻繁停電的站點，通過新增固定油機或移動油機來保障蓄電池在停電后能得到及時補充充電，或者防止蓄電池深度放電。對過于頻繁停電的站點，除了采用上面的方法之外，還要采取特殊的蓄電池來解決問題，例如用GEL電池。GEL在循環(huán)使用壽命上比AGM次數(shù)多1.5~2倍。建議在這種站點使用2V電池，防止使用12V電池。
關(guān)于沒有交流電的站點，柴油發(fā)電機很難保證(油價上漲和不能及時加油)供電，要采取新的供電方法，可考慮采用太陽能供電系統(tǒng)。
2
減少蓄電池過放并及時補充
在電源供電方法規(guī)劃期，要根據(jù)負載電流，結(jié)合蓄電池的放電曲線配置比較合適的蓄電池容量，在要求的放電時間內(nèi)防止蓄電池過放。一般原則是在蓄電池放電達到規(guī)劃要求的時間時，蓄電池放出的容量80%。
電源開通后，假如暫時沒有市電接入或暫時不使用電池，必須斷開蓄電池的所有負載，使蓄電池處于開路狀態(tài)。防止蓄電池小電流放電，造成蓄電池容量下降或者失效。
在電源蓄電池管理方面，盡量防止蓄電池在倉庫放置時間超過3個月，假如超過3個月不能安裝，那么就要考慮對蓄電池進行充電。
根據(jù)實際使用情況調(diào)整蓄電池欠壓保護的電壓，盡量防止蓄電池出現(xiàn)過放電和深度過放電(小電流過放電)。關(guān)于頻繁停電的站點，為了延長蓄電池運行壽命，要求一次負載下電電壓47V，二次下電電壓46V。
在電源開通后，人工控制執(zhí)行對蓄電池均衡充電，均衡充電時間10小時。關(guān)于頻繁停電的站點，可以新增蓄電池充電電流，以縮短蓄電池充電時間，新增充電前期充入的電量。通過監(jiān)控單元，將充電電流系數(shù)調(diào)高為0.18～0.22C，最大充電電流系數(shù)不能超過0.25C。
根據(jù)基站停電次數(shù)及時間，關(guān)于停電次數(shù)多且停電時間長的站點，延長均衡充電時間，改變均衡充電時間周期設(shè)置，把原設(shè)置一般180天周期調(diào)整為30天或15天，以減少鹽酸化現(xiàn)象的發(fā)生。
3
減少高溫影響
假如蓄電池安裝在機房或者方艙內(nèi)，要安裝空調(diào)，確保機房環(huán)境在合適的溫度。關(guān)于戶外電源，要在電池柜上搭建涼棚防止陽光直射。可以通過地埋的方式，把蓄電池放在專門的地窖內(nèi)，確保蓄電池的工作環(huán)境溫度不會太高。戶外電源最好使用溫度范圍比較寬的GEL電池，以減少高溫或低溫對電池造成的影響，以延長使用壽命。
4
定期維護
蓄電池在運行一段時間后，會出現(xiàn)個別電池落后(一般情況下落后電池端電壓不得小于正常的20mV)或失效的現(xiàn)象。假如不及時發(fā)現(xiàn)，那么落后的電池會越來越落后，直至失效。失效的電池會導致其他好的電池隨時間推移慢慢失效，進而使整個電池組報廢。一般要對蓄電池每隔3個月進行一次維護，重要檢查蓄電池組中有無漏液、有無外殼變形、有無落后電池存在、蓄電池連接處有無銹蝕和固定螺釘松動、環(huán)境溫度是否正常等。只有做到及時發(fā)現(xiàn)及時處理，才能確保蓄電池的正常使用壽命。⑸充電電壓。由于UPS電池屬于備用工作方式，市電正常情況下處于充電狀態(tài)，只有停電時才會放電。為延長電池的使用壽命，UPS的充電器一般采用恒壓限流的方式控制，電池充滿后即轉(zhuǎn)為浮充狀態(tài)，每節(jié)浮充電壓設(shè)置為13.6V左右。假如充電電壓過高就會使電池過充電,反之會使電池充電不足。充電電壓異?？赡苁怯呻姵嘏渲缅e誤引起，或因充電器故障造成。因此，在安裝電池時，一定要注意電池的規(guī)格和數(shù)量的正確性，不同規(guī)格、不同批號的電池不要混用。外加充電器不要使用劣質(zhì)充電器，而且安裝時要考慮散熱問題。目前，為進一步提高電池壽命，先進的UPS都采用一種ABM(AdvancedBatteryManagement)三階段智能化電池管理方法，即充電分成初始化充電、浮充電和休息三個階段：第一階段是恒流均衡充電，將電池容量充到90％；第二階段是浮充充電，將電池容量充到100％，然后停止充電；第三階段是自然放電，在這個階段里，電池利用自身的漏電流放電，一直到規(guī)定的電壓下限，然后再重復上述的三個階段。這種方式改變了以前那種充滿電后，仍使電池處于一天24h的浮充狀態(tài)，因此延長了電池的壽命。
⑹免維護電池由于采用吸收式電解液系統(tǒng)，在正常使用時不會出現(xiàn)任何氣體，但是假如用戶使用不當，造成電池過充電，就會出現(xiàn)氣體，此時電池內(nèi)壓就會增大,將電池上的壓力閥頂開，嚴重的會使電池爆裂。
⑺UPS在運行過程中，要注意監(jiān)視蓄電池組的端電壓值、浮充電流值、每只蓄電池的電壓值、蓄電池組及直流母線的對地電阻和絕緣狀態(tài)。
⑻不要單獨新增或減少電池組中幾個單體電池的負荷，這將造成單體電池容量的不平衡和充電的不均一性，降低電池的使用壽命。
⑼電池應(yīng)盡可能安裝在清潔、陰涼、通風、干燥的地方，并要防止受到陽光、加熱器或其他輻射熱源的影響。電池應(yīng)正立放置,不可傾斜角度。每個電池間端子連接要牢固。
⑽定期保養(yǎng)。電池在使用一按時間后應(yīng)進行定期檢查，如觀察其外觀是否異常、測量各電池的電壓是否平均等。假如長期不停電，電池會一直處于充電狀態(tài)，這樣會使電池的活性變差。因此，即使不停電，UPS也要定期進行放電試驗以便使電池保持活性。放電試驗一般可以三個月進行一次,做法是UPS帶載－－最好在50%以上,然后斷開市電，使UPS處于電池放電狀態(tài),放電持續(xù)時間視電池容量而言一般為幾ms至幾十ms,放電后恢復市電供電，繼續(xù)對電池充電。
