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如何延長基站電源蓄電池壽命

2018-06-07   |  来源:炜业通科技

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、蓄電池壽命的定義

蓄電池的壽命一般是指浮充狀態下的使用年限。對于在非浮充狀態下工作的蓄電池,其壽命是從循環放電次數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。

對于蓄電池的循環放電次數來說,必須是在蓄電池放電後充足電能,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。

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。

二、蓄電池壽命終止的因素

对于阀控密封鉛酸蓄電池来说,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。

失水的途徑比較多:節流閥設計不合理,頻繁開啓;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℃爲基准,當蓄電池運行環境上升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産生的熱量未及時釋放出,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,嚴重者造成蓄電池爆炸。熱失控的原因是機房環境溫度超過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晶,顆粒比較大,活性低,充電時難以轉化爲活性物質的硫酸鉛,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。

三、影響基站電池運行壽命的因素

很多基站的位置偏遠,交流電供電不穩定或頻繁停電,甚至根本就沒有交流電;基站沒有空調或戶外站點,環境溫度高;站點偏遠且數量多,無法做到精細化維護。以上是基站蓄電池工作環境的基本狀況。

通過對中國基站蓄電池損壞情況的分析,采集新疆、浙江、陝西、雲南幾個省蓄電池損壞的標本分析,並結合海外越南、埃及、巴基斯坦、埃塞俄比亞基站電源的損壞數據,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後尚未充足電的情況下又放電,蓄電池長時間處于欠充狀態。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。

(2)蓄電池存儲時間太長

蓄電池在存放過程中存在自放電,如果長時間得不到補充,就會出現硫酸鹽化現象。這種現象如果沒有得到及時改善,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,環境溫度對容量影響也非常大,如表2所示。

                       

(3)基站的環境溫度過高

基站停電後,空調停機。由于基站爲封閉機房,基站室內溫度將大幅上升。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。

(4)電池安裝開通質量

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)沒有正確地設置蓄電池管理參數

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。

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。

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)供電,需要采取新的供電方案,可考慮采用太陽能供電系統。

2. 减少蓄电池过放并及时补充

在電源供電方案規劃期,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。一般原則是在蓄電池放電達到規劃要求的時間時,蓄電池放出的容量≤80%。

電源開通後,如果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。避免蓄電池小電流放電,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,那麽就要考慮對蓄電池進行充電。

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,爲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。

在電源開通後,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爲0.18~0.22C,最大充電電流系數不能超過0.25C。

根據基站停電次數及時間,對于停電次數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置,把原設置一般180天周期調整爲30天或15天,以減少鹽酸化現象的發生。

3. 减少高温影响

如果蓄電池安裝在機房或者方艙內,需要安裝空調,確保機房環境在合適的溫度。對于戶外電源,需要在電池櫃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範圍比較寬的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. 定期维护

蓄电池在运行一段时间后,会出现个别电池落后(一般情况下落后电池端电压不得小于正常的20mV)或失效的现象。如果不及时发现,那么落后的电池会越来越 落后,直至失效。失效的电池会导致其他好的电池随时间推移慢慢失效,进而使整个电池组报废。一般要对蓄电池每隔3个月进行一次维护,主要检查蓄电池组中有 无漏液、有无外壳变形、有无落后电池存在、蓄电池连接处有无锈蚀和固定螺钉松动、环境温度是否正常等。只有做到及时发现及时处理,才能确保蓄电池的正常使用寿命。

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