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1、概述

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,甚至短短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過1~4年運行,容量只有其標稱容量的50%左右,遠遠達不到設計使用壽命。與交換局站 同類蓄電池相比,使用壽命也大大降低。按蓄電池使用維護標準要求,蓄電池容量只要下降到其標稱容量的80%,其使用壽命就終止 ,應對其進行更換。

2、影響基站電源蓄電池壽命的因素

2.1 蓄電池壽命的定義

蓄電池的壽命一般是這樣定義的,浮充狀態下為3-5年或3-8年,并不是說蓄電池在頻繁放電狀態下使用多少年。對處于非浮充狀態下工作的蓄電池,其壽命是按照循環放電次數和放電深度兩個因素衡量,如表1所示。簡單地以能使用多少年來衡量,是不正確的。





對于蓄電池的循環放電次數來說,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需要24小時(依據YD/T799-2002的規定)。對于充電不足的情況,其循環放電次數很難確定,肯定要低于表1中描述的數據。

所以,蓄電池實際能使用多長時間完全取決于該站點的電網情況。假如某一個站點一個月停電10次,每次放到終止電壓,每隔3天停一次電,每次蓄電池都能充足 電量,機房環境溫度25℃,那么蓄電池可以使用2年。如果每月停電超過15次,那么蓄電池的使用壽命就很難說了,有可能可以用1年,有可能用6個月,這就 要取決于停電的實際情況了。

2.2 蓄電池放電深度的定義

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,其循環使用次數就越少,如表1所示,因此在使用時應避免深度放電。





上圖是蓄電池生產廠家提供的150AH/12V蓄電池放電曲線。在實際使用時根據不同的負載電流選定不同的放電終止電壓。在該放電曲線中,以10小時放電 和5小時放電曲線為例,對于10小時放電(負載電流為15A)來說,如果放電到終止電壓11V(44V),此時蓄電池放出的容量大約為100%。一般情況 下,為了保護蓄電池盡量避免其深度放電,放電深度最好≤80%,終止電壓在46V左右,放電時間約為8小時。對于5小時的放電率來說(負載電流為 25.2A),終止電壓10.8V(43.2V)放出100%容量,在實際使用時放電深度≤80%,終止電壓在45.6左右,放電時間為4小時。

2.3 蓄電池壽命終止的幾種因素

對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:節流閥設計不合理,頻繁開啟;電源對蓄電池頻繁均充;環境溫度過高。其中高溫是最主要的因素,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,當蓄電池運行環境上升10℃,壽命減少50%。如圖2所示。





熱失控是蓄電池在充電過程中產生熱量不能及時釋放出,溫度和化學反應之間形成一個正回饋,出現失控。熱失控對蓄電池是毀滅性的,造成蓄電池外殼變形“鼓肚 子”,嚴重的會造成蓄電池爆炸。熱失控的原因是機房環境溫度高超過45℃、高溫下浮充電壓過高(沒有溫度補償功能)、充電電流超過設計值(超過 2.5C10)。

硫酸鹽化就是硫酸鹽的堆積,即在極板上生成白色堅硬的硫酸鉛結晶,顆粒比較大活性低。充電時非常難于轉化為活性物質的硫酸鉛,導致電池容量下降或功能衰 退。硫酸鹽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)、持續過放電或經常過量放電或小電流深放電、環境溫度過高或過低、經常充電不足和沒 有定期執行均充。

3 影響基站電池運行壽命的原因

3.1 基站供電蓄電池的工作環境

位置偏遠,交流電供電不穩定或者頻繁停電,甚至根本就沒有交流電。例如國內偏遠山區以及落后國家電力供應不足等;基站沒有空調或是戶外站點,環境溫度高,超過35℃;站點偏遠且數量多,無法做到精細化維護,維護無法按照要求實施,處于沒有維護或很少維護的狀況。

3.2 影響基站電源蓄電池運行壽命的因素

通過對國內基站蓄電池損壞情況分析,采集了新疆、浙江、陜西、云南幾個省蓄電池損壞的標本并結合海外越南、埃及、巴基斯坦、埃塞俄比亞基站電源的損壞數據,得出影響蓄電池運行壽命有如下幾個因素。

3.2.1 交流頻繁停電

頻繁停電、停電時間長、停電時間無規律,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主要原因。

基站停電頻次過高,一天內停電數次,甚至連續停電數天,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(饑餓狀態)。如連續多次發生欠充,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下降,其使用壽命將較快終止。

3.2.2 蓄電池存儲時間太長

蓄電池在存放過程中存在自放電,如果長時間不能得到補充,那么就會出現硫酸鹽化現象。這種現象如果沒有得到及時改善,那么蓄電池容量會降低甚至損壞不能使用。另外,蓄電池存貯的環境溫度對蓄電池容量影響也非常大,存儲溫度高加速蓄電池容量下降,如表2所示。






3.2.3 基站的自然環境

基站停電后,空調停機。由于基站為封閉機房,使基站室內溫度大幅上升。溫度過高使閥控式密封電池內部失水量加劇,電解液飽和度下降(玻璃纖維棉隔膜內電解液減少)使電池容量降低,縮短使用壽命。

3.2.4 電池安裝開通質量

蓄電池的安裝是否符合規范,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,在充放電時產 生大量熱量而燒壞,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整充電電壓到合適值,蓄電池出現熱失控現象,造成蓄 電池損壞;開通時沒有在監控單元中調整蓄電池管理參數至合理值,造成蓄電池損壞。

3.2.5 開關電源蓄電池管理參數

開關電源涉及到蓄電池管理的參數有蓄電池容量、充電電流系數、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。如果這些參數設置不合理,那么 會對蓄電池的壽命造成影響。例如一二次下電電壓設置電壓過低,使蓄電池出現過放電甚至深度過放電現象, 加劇蓄電池負極板硫酸鹽化,是使蓄電池容量下降,使用壽命縮短的另一個主要原因。

3.3 頻繁停電對蓄電池壽命影響分析

對于閥控鉛酸密封免維護電池來說,負極板的硫酸鹽化是目前影響基站蓄電池容量下降, 使用壽命縮短的主要原因所在。造成基站蓄電池負極板硫酸鹽化的主要原因是基站頻繁停電,經常過放電和小電流的深度過放電,造成蓄電池欠充,欠充連續多次的 發生,形成蓄電池累計欠充,基站充放電循環次數過度頻繁,從而造成負極板不可逆轉的硫酸鹽化。這種電池在解剖化驗后,其PbSO4含量明顯偏高。在多次不 能充足的情況下,隨著時間的推移蓄電池容量就會逐漸減少,直至失效。

對于頻繁停電的基站,經常會出現電池正在充電時電網停電,電池立即由充電狀態轉入放電狀態,正板上的二氧化鉛轉換成硫酸鉛。放電過程中,市電恢復,電池由 放電狀態轉為充電狀態,正板的硫酸鉛轉化為二氧化鉛。如果此時對電池的充電時間不夠長又再次停電(電池此時還沒有進入浮充狀態),則正板上二氧化鉛不具有 活性成分,僅僅是作為二氧化鉛存在,但不能提供能量。這種脈沖式停電方式,導致決定電池容量的正極板上的活性物質存在,但不具備提供容量能力,同時又不會 形成不可逆的硫酸鉛(硫酸鹽化)。一段時間后,正極板上部分活性物質永久失效,電池容量下降,對于使用者來說,直接的反應就是供電時間不足。如圖3所示。





4 延長基站供電蓄電池壽命的方法

根據造成基站蓄電池運行壽命減少的因素,結合實際情況我們提供如下幾個延長蓄電池壽命的方法。

4.1 針對頻繁停電延長蓄電池使用壽命方法

對于頻繁停電的站點,需要通過增加固定油機或者移動油機來保障蓄電池在停電后能得到及時補充充電,或者避免蓄電池深度放電。對過于頻繁停電的站點,除了采 用上面的方法之外,還需要采取特殊的蓄電池來解決問題,即使用GEL電池。GEL在循環使用壽命上比AGM多1.5倍至2倍,詳細情況如表3所示。另外對 于這樣的站點一定要使用2V電池,盡量避免使用12V電池。

對于沒有交流電的站點,柴油發電機很難保證(油價上漲和不能及時加油),需要采取新的供電方案,可以考慮太陽能電源供電系統,給基站設備供電。





4.2 減少蓄電池過放并及時補充

4.2.1 減少蓄電池過放

在電源供電方案初期,需要根據負載電流,結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避免蓄電池過放,一般原則是在規定放電時間到了以后蓄電池放出的容量≤80%。

在電源開通后,如果暫時沒有市電接入或者暫時不使用電池,那么必須斷開蓄電池的所有負載(關閉蓄電池空開或拔掉熔絲,關閉監控單元的供電),使蓄電池處于開路狀態。避免蓄電池小電流放電,造成蓄電池容量下降或者失效。

在蓄電池管理方面,盡量避免蓄電池在倉庫放置時間超過3個月。如果超過3個月不能安裝,那么就要考慮通過充電器,對蓄電池進行充電。

根據實際使用情況調整蓄電池欠壓保護的電壓,盡量避免蓄電池出現過放電和深度過放電(小電流過放電)。對于頻繁停電的站點,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。

4.2.2 及時對蓄電池補充充電

在電源開通后,人工控制執行對蓄電池均衡充電,均衡充電時間≥10小時。對于頻繁停電的站點,可以增加蓄電池充電電流,以縮短蓄電池充電時間增加充電前期充入的電量。通過監控單元,將充電電流系數調高為(1.8~2.2)C10,最大充電電流系數不能超過2.5C10。

根據該基站停電次數及時間,對于停電次數多且停電時間長的情況,延長均衡充電時間。改變均衡充電時間周期設置,把原設置一般180天周期調整為30天或15天,以減少硫酸鹽化現象的發生。

4.3 減少高溫對蓄電池壽命的影響

如果蓄電池安裝在機房或者房艙內,那么需要安裝空調確保機房環境在合適的溫度。

對于戶外電源,為了確保蓄電池的工作溫度在合適范圍內,需要在電池柜上搭建涼棚避免陽光直射;可以通過地埋的方式,把蓄電池放在專門的地窖內,確保蓄電池 的工作環境溫度不會太高;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嚴重影響,以延長使用壽命。

4.4 定期維護

在蓄電池的使用過程中需要對其做相應的維護。由于蓄電池在運行一段時間后,就會出現個別電池落后(一般情況下落后電池端電壓不得小于正常的20mV)或失 效的現象。如果不及時發現,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,主要是檢查蓄電池組中有無漏液、有無“臌肚子現象”、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、環境溫度是否 正常等等。只有做到及時發現及時處理,才能確保蓄電池的正常壽命。

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