- 影響基站電源蓄電池壽命的各種因素
- 延長(zhǎng)基站供電蓄電池壽命的方法
- 減少蓄電池過(guò)放
- 及時(shí)對(duì)蓄電池補(bǔ)充充電
- 減少高溫對(duì)蓄電池壽命的影響
- 定期對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)
基站蓄電池從目前使用情況來(lái)看，普遍存在蓄電池容量下降過(guò)快，使用壽命短，甚至短短1～2年時(shí)間蓄電池的容量只有標(biāo)稱容量的30%～40%，有的只有10%～20%。而大部分基站蓄電池經(jīng)過(guò)1～4年運(yùn)行，容量只有其標(biāo)稱容量的50%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)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(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求，蓄電池容量只要下降到其標(biāo)稱容量的80％，其使用壽命就終止，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行更換。
影響基站電源蓄電池壽命的因素
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(tài)下為3-5年或3-8年，并不是說(shuō)蓄電池在頻繁放電狀態(tài)下使用多少年。對(duì)處于非浮充狀態(tài)下工作的蓄電池，其壽命是按照循環(huán)放電次數(shù)和放電深度兩個(gè)因素衡量，如表1所示。簡(jiǎn)單地以能使用多少年來(lái)衡量，是不正確的。
表1：蓄電池放電深度與使用壽命之間的關(guān)系（25℃）
對(duì)于蓄電池的循環(huán)放電次數(shù)來(lái)說(shuō)，必須是在蓄電池放電后充足電能，要充足電能充電時(shí)間至少需要24小時(shí)（依據(jù)YD/T799-2002的規(guī)定）。對(duì)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)。
所以，蓄電池實(shí)際能使用多長(zhǎng)時(shí)間完全取決于該站點(diǎn)的電網(wǎng)情況。假如某一個(gè)站點(diǎn)一個(gè)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(jī)房環(huán)境溫度25℃，那么蓄電池可以使用2年。如果每月停電超過(guò)15次，那么蓄電池的使用壽命就很難說(shuō)了，有可能可以用1年，有可能用6個(gè)月，這就要取決于停電的實(shí)際情況了。
2蓄電池放電深度的定義
放電深度對(duì)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(shí)應(yīng)避免深度放電。
圖1蓄電池放電曲線
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上圖是蓄電池生產(chǎn)廠家提供的150AH/12V蓄電池放電曲線。在實(shí)際使用時(shí)根據(jù)不同的負(fù)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(shí)放電和5小時(shí)放電曲線為例，對(duì)于10小時(shí)放電（負(fù)載電流為15A）來(lái)說(shuō)，如果放電到終止電壓11V（44V），此時(shí)蓄電池放出的容量大約為100%。一般情況下，為了保護(hù)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(shí)間約為8小時(shí)。對(duì)于5小時(shí)的放電率來(lái)說(shuō)（負(fù)載電流為25.2A），終止電壓10.8V（43.2V）放出100%容量，在實(shí)際使用時(shí)放電深度≤80%，終止電壓在45.6左右，放電時(shí)間為4小時(shí)。
3蓄電池壽命終止的幾種因素
對(duì)于閥控密封鉛酸蓄電池來(lái)說(shuō)，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(jì)不合理，頻繁開(kāi)啟；電源對(duì)蓄電池頻繁均充；環(huán)境溫度過(guò)高。其中高溫是最主要的因素，高溫會(huì)加速蓄電池失水速度，導(dǎo)致蓄電池容量下降。以25℃為基準(zhǔn)，當(dāng)蓄電池運(yùn)行環(huán)境上升10℃，壽命減少50%。如圖2所示。
圖2溫度對(duì)蓄電池運(yùn)行壽命的影響
熱失控是蓄電池在充電過(guò)程中產(chǎn)生熱量不能及時(shí)釋放出，溫度和化學(xué)反應(yīng)之間形成一個(gè)正回饋，出現(xiàn)失控。熱失控對(duì)蓄電池是毀滅性的，造成蓄電池外殼變形“鼓肚子”，嚴(yán)重的會(huì)造成蓄電池爆炸。熱失控的原因是機(jī)房環(huán)境溫度高超過(guò)45℃、高溫下浮充電壓過(guò)高（沒(méi)有溫度補(bǔ)償功能）、充電電流超過(guò)設(shè)計(jì)值（超過(guò)2.5C10）。
硫酸鹽化就是硫酸鹽的堆積，即在極板上生成白色堅(jiān)硬的硫酸鉛結(jié)晶，顆粒比較大活性低。充電時(shí)非常難于轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的硫酸鉛，導(dǎo)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(zhǎng)時(shí)間擱置儲(chǔ)存（超過(guò)3個(gè)月）、持續(xù)過(guò)放電或經(jīng)常過(guò)量放電或小電流深放電、環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低、經(jīng)常充電不足和沒(méi)有定期執(zhí)行均充。
影響基站電池運(yùn)行壽命的原因
1基站供電蓄電池的工作環(huán)境
位置偏遠(yuǎn)，交流電供電不穩(wěn)定或者頻繁停電，甚至根本就沒(méi)有交流電。例如國(guó)內(nèi)偏遠(yuǎn)山區(qū)以及落后國(guó)家電力供應(yīng)不足等；基站沒(méi)有空調(diào)或是戶外站點(diǎn)，環(huán)境溫度高，超過(guò)35℃；站點(diǎn)偏遠(yuǎn)且數(shù)量多，無(wú)法做到精細(xì)化維護(hù)，維護(hù)無(wú)法按照要求實(shí)施，處于沒(méi)有維護(hù)或很少維護(hù)的狀況。
2影響基站電源蓄電池運(yùn)行壽命的因素
通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)基站蓄電池?fù)p壞情況分析，采集了新疆、浙江、陜西、云南幾個(gè)省蓄電池?fù)p壞的標(biāo)本并結(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)，得出影響蓄電池運(yùn)行壽命有如下幾個(gè)因素。
2.1交流頻繁停電
頻繁停電、停電時(shí)間長(zhǎng)、停電時(shí)間無(wú)規(guī)律，使蓄電池頻繁充放電，或者基站根本就沒(méi)有交流電，通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)和蓄電池交替供電，是造成蓄電池容量下降過(guò)快和使用壽命縮短的一個(gè)最主要原因。
基站停電頻次過(guò)高，一天內(nèi)停電數(shù)次，甚至連續(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(zhǎng)時(shí)間處于欠充狀態(tài)（饑餓狀態(tài)）。如連續(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(shí)間內(nèi)下降，其使用壽命將較快終止。
2.2蓄電池存儲(chǔ)時(shí)間太長(zhǎng)
蓄電池在存放過(guò)程中存在自放電，如果長(zhǎng)時(shí)間不能得到補(bǔ)充，那么就會(huì)出現(xiàn)硫酸鹽化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象如果沒(méi)有得到及時(shí)改善，那么蓄電池容量會(huì)降低甚至損壞不能使用。另外，蓄電池存貯的環(huán)境溫度對(duì)蓄電池容量影響也非常大，存儲(chǔ)溫度高加速蓄電池容量下降，如表2所示。
表2：蓄電池存放時(shí)間與環(huán)境溫度對(duì)容量的影響
2.3基站的自然環(huán)境
基站停電后，空調(diào)停機(jī)。由于基站為封閉機(jī)房，使基站室內(nèi)溫度大幅上升。溫度過(guò)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。
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2.4電池安裝開(kāi)通質(zhì)量
蓄電池的安裝是否符合規(guī)范，對(duì)蓄電池的使用使命影響非常大。安裝時(shí)沒(méi)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(shí)產(chǎn)生大量熱量而燒壞，造成整組蓄電池?fù)p壞；蓄電池溫度傳感器沒(méi)有安裝或安裝錯(cuò)誤，在溫度高時(shí)會(huì)因?yàn)闊o(wú)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?fù)p壞；開(kāi)通時(shí)沒(méi)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?fù)p壞。
2.5開(kāi)關(guān)電源蓄電池管理參數(shù)
開(kāi)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(dòng)均充的條件、溫度補(bǔ)償電壓。如果這些參數(shù)設(shè)置不合理，那么會(huì)對(duì)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(guò)低，使蓄電池出現(xiàn)過(guò)放電甚至深度過(guò)放電現(xiàn)象，加劇蓄電池負(fù)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(gè)主要原因。
3頻繁停電對(duì)蓄電池壽命影響分析
對(duì)于閥控鉛酸密封免維護(hù)電池來(lái)說(shuō)，負(fù)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(fù)極板硫酸鹽化的主要原因是基站頻繁停電，經(jīng)常過(guò)放電和小電流的深度過(guò)放電，造成蓄電池欠充，欠充連續(xù)多次的發(fā)生，形成蓄電池累計(jì)欠充，基站充放電循環(huán)次數(shù)過(guò)度頻繁，從而造成負(fù)極板不可逆轉(zhuǎn)的硫酸鹽化。這種電池在解剖化驗(yàn)后，其PbSO4含量明顯偏高。在多次不能充足的情況下，隨著時(shí)間的推移蓄電池容量就會(huì)逐漸減少，直至失效。
對(duì)于頻繁停電的基站，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電池正在充電時(shí)電網(wǎng)停電，電池立即由充電狀態(tài)轉(zhuǎn)入放電狀態(tài)，正板上的二氧化鉛轉(zhuǎn)換成硫酸鉛。放電過(guò)程中，市電恢復(fù)，電池由放電狀態(tài)轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)，正板的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛。如果此時(shí)對(duì)電池的充電時(shí)間不夠長(zhǎng)又再次停電（電池此時(shí)還沒(méi)有進(jìn)入浮充狀態(tài)），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(dǎo)致決定電池容量的正極板上的活性物質(zhì)存在，但不具備提供容量能力，同時(shí)又不會(huì)形成不可逆的硫酸鉛(硫酸鹽化)。一段時(shí)間后，正極板上部分活性物質(zhì)永久失效，電池容量下降，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，直接的反應(yīng)就是供電時(shí)間不足。如圖3所示。
圖3多次不充分充電對(duì)蓄電池運(yùn)行壽命的影響
延長(zhǎng)基站供電蓄電池壽命的方法
根據(jù)造成基站蓄電池運(yùn)行壽命減少的因素，結(jié)合實(shí)際情況我們提供如下幾個(gè)延長(zhǎng)蓄電池壽命的方法。
1針對(duì)頻繁停電延長(zhǎng)蓄電池使用壽命方法
對(duì)于頻繁停電的站點(diǎn)，需要通過(guò)增加固定油機(jī)或者移動(dòng)油機(jī)來(lái)保障蓄電池在停電后能得到及時(shí)補(bǔ)充充電，或者避免蓄電池深度放電。對(duì)過(guò)于頻繁停電的站點(diǎn)，除了采用上面的方法之外，還需要采取特殊的蓄電池來(lái)解決問(wèn)題，即使用GEL電池。GEL在循環(huán)使用壽命上比AGM多1.5倍至2倍，詳細(xì)情況如表3所示。另外對(duì)于這樣的站點(diǎn)一定要使用2V電池，盡量避免使用12V電池。
對(duì)于沒(méi)有交流電的站點(diǎn)，柴油發(fā)電機(jī)很難保證（油價(jià)上漲和不能及時(shí)加油），需要采取新的供電方案，可以考慮太陽(yáng)能電源供電系統(tǒng)，給基站設(shè)備供電。
表3AGM和GEL電池循環(huán)使用壽命對(duì)比
2減少蓄電池過(guò)放并及時(shí)補(bǔ)充
2.1減少蓄電池過(guò)放
在電源供電方案初期，需要根據(jù)負(fù)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(shí)間內(nèi)避免蓄電池過(guò)放，一般原則是在規(guī)定放電時(shí)間到了以后蓄電池放出的容量≤80%。
在電源開(kāi)通后，如果暫時(shí)沒(méi)有市電接入或者暫時(shí)不使用電池，那么必須斷開(kāi)蓄電池的所有負(fù)載（關(guān)閉蓄電池空開(kāi)或拔掉熔絲，關(guān)閉監(jiān)控單元的供電），使蓄電池處于開(kāi)路狀態(tài)。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(cāng)庫(kù)放置時(shí)間超過(guò)3個(gè)月。如果超過(guò)3個(gè)月不能安裝，那么就要考慮通過(guò)充電器，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。
根據(jù)實(shí)際使用情況調(diào)整蓄電池欠壓保護(hù)的電壓，盡量避免蓄電池出現(xiàn)過(guò)放電和深度過(guò)放電（小電流過(guò)放電）。對(duì)于頻繁停電的站點(diǎn)，為了延長(zhǎng)蓄電池運(yùn)行壽命，要求一次負(fù)載下電電壓≥47V，二次下電電壓≥46V。
2.2及時(shí)對(duì)蓄電池補(bǔ)充充電
在電源開(kāi)通后，人工控制執(zhí)行對(duì)蓄電池均衡充電，均衡充電時(shí)間≥10小時(shí)。對(duì)于頻繁停電的站點(diǎn)，可以增加蓄電池充電電流，以縮短蓄電池充電時(shí)間增加充電前期充入的電量。通過(guò)監(jiān)控單元，將充電電流系數(shù)調(diào)高為（1.8～2.2）C10，最大充電電流系數(shù)不能超過(guò)2.5C10。
根據(jù)該基站停電次數(shù)及時(shí)間，對(duì)于停電次數(shù)多且停電時(shí)間長(zhǎng)的情況，延長(zhǎng)均衡充電時(shí)間。改變均衡充電時(shí)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，以減少硫酸鹽化現(xiàn)象的發(fā)生。
3減少高溫對(duì)蓄電池壽命的影響
如果蓄電池安裝在機(jī)房或者房艙內(nèi)，那么需要安裝空調(diào)確保機(jī)房環(huán)境在合適的溫度。
對(duì)于戶外電源，為了確保蓄電池的工作溫度在合適范圍內(nèi)，需要在電池柜上搭建涼棚避免陽(yáng)光直射；可以通過(guò)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(huì)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(duì)電池造成的嚴(yán)重影響，以延長(zhǎng)使用壽命。
4定期維護(hù)
在蓄電池的使用過(guò)程中需要對(duì)其做相應(yīng)的維護(hù)。由于蓄電池在運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)個(gè)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。如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，那么落后的電池會(huì)越來(lái)越落后，直至失效。失效的電池會(huì)導(dǎo)致其他好的電池隨時(shí)間推移慢慢失效，進(jìn)而使整個(gè)電池組報(bào)廢。一般要對(duì)蓄電池每隔3個(gè)月進(jìn)行一次維護(hù)，主要是檢查蓄電池組中有無(wú)漏液、有無(wú)“臌肚子現(xiàn)象”、有無(wú)落后電池存在、蓄電池連接處有無(wú)銹蝕和固定螺釘松動(dòng)、環(huán)境溫度是否正常等等。只有做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，才能確保蓄電池的正常壽命。
