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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。
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。
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。其中高温是较主要的因素,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**过45℃、高温下浮充电压过高(没有温度补偿功能)、充电电流**过设计值(**过2.5C10)。
硫酸盐化是指在较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(**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。
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较主要原因。
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。
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**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**过3个月,如果**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,较大充电电流系数不能**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。户外电源较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
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。
理士蓄电池 电池寿命编辑
即使UPS使用的是同样的电池技术,不同厂家的电池寿命大不一样, 这一点对用户很重要,因为更换电池的成本很高(约为UPS售价的30%)。电池故障会减小系统的可靠性,是非常烦人的事情。
温度影响
温度对电池的自然老化过程有很大影响。详细的实验数据表明温度每上升摄氏5度,电池寿命就下降10%,所以UPS的设计应让电池保持尽可能的温度。所有在线式和后备/在线混合式UPS比后备式或在线互动式UPS运行时发热量要大( 所以前者要安装风扇),这也是后备式或在线互动式UPS电池更换周期相对较长的一个重要原因。
充电影响
电池充电器UPS非常重要的一部分,电池的充电条件对电池寿命有很大影响。如果电池一直处于恒压或“浮”型电器充电状态,则UPS 电池寿命能较大程度提高。事实上电池充电状态的寿命比单纯储存状态的寿命长得多。因为电池充电能延缓电池的自然老化过程,所以UPS无论运行还是停机状态都应让电池保持充电。
电压影响
电池是个单个的“原电池”组成,每一个原电池电压大约2伏,原电池串联起来就形成了电压较高的电池,一个12伏的电池由6个原电池组成,24 伏的电池由12个原电池组成等等。UPS的电池充电时,每个串联起来的原电池都被充电。原电池性能稍微不同就会导致有些原电池充电电压比别的原电池高,这部分电池就会提前老化。只要串联起来的某一个原电池性能下降,则整个电池的性能就将同样下降。试验证明电池寿命和串联的原电池数量有关,电池电压就越高,老化的就越快。UPS容量一定时,设计时应尽可能让电池电压较低,这样UPS电池寿命就越长,对于电池电压一定时,应选择数量少电压高的原电池串联的电池,不要选择数量多电压低的原电池串联的电池。有些厂家UPS的电池电压比较高,这是因为容量一定时,电压越高,电流就越小,就可选用较细的导线和功率较小的半导体, 从而降低UPS成本。容量1KVA左右的UPS的电池电压一般为24~96V。