- 影響基站電源蓄電池壽命的各種因素
- 延長基站供電蓄電池壽命的方法
- 減少蓄電池過放
- 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(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。簡單地以能使用多少年來衡量,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)來說,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(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)來說,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)的放電率來說(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(jì)不合理,頻繁開啟;電源對(duì)蓄電池頻繁均充;環(huán)境溫度過高。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45℃、高溫下浮充電壓過高(沒有溫度補(bǔ)償功能)、充電電流超過設(shè)計(jì)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(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時(shí)間擱置儲(chǔ)存(超過3個(gè)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(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,甚至根本就沒有交流電。例如國內(nèi)偏遠(yuǎn)山區(qū)以及落后國家電力供應(yīng)不足等;基站沒有空調(diào)或是戶外站點(diǎn),環(huán)境溫度高,超過35℃;站點(diǎn)偏遠(yuǎn)且數(shù)量多,無法做到精細(xì)化維護(hù),維護(hù)無法按照要求實(shí)施,處于沒有維護(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
通過對(duì)國內(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、停電時(shí)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(jī)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(gè)最主要原因。
基站停電頻次過高,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
蓄電池在存放過程中存在自放電,如果長時(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有安裝或安裝錯(cuò)誤,在溫度高時(shí)會(huì)因?yàn)闊o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;開通時(shí)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?fù)p壞。
2.5開關(guān)電源蓄電池管理參數(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(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(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)電池來說,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)常過放電和小電流的深度過放電,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)間不夠長又再次停電(電池此時(shí)還沒有進(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)于使用者來說,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)延長蓄電池壽命的方法。
1針對(duì)頻繁停電延長蓄電池使用壽命方法
對(duì)于頻繁停電的站點(diǎn),需要通過增加固定油機(jī)或者移動(dòng)油機(jī)來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解決問題,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減少蓄電池過放并及時(shí)補(bǔ)充
2.1減少蓄電池過放
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%。
在電源開通后,如果暫時(shí)沒有市電接入或者暫時(shí)不使用電池,那么必須斷開蓄電池的所有負(fù)載(關(guān)閉蓄電池空開或拔掉熔絲,關(guān)閉監(jiān)控單元的供電),使蓄電池處于開路狀態(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庫放置時(shí)間超過3個(gè)月。如果超過3個(gè)月不能安裝,那么就要考慮通過充電器,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)過放電和深度過放電(小電流過放電)。對(duì)于頻繁停電的站點(diǎn),為了延長蓄電池運(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)間長的情況,延長均衡充電時(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(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,以延長使用壽命。
4定期維護(hù)
在蓄電池的使用過程中需要對(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漏液、有無“臌肚子現(xiàn)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(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。