鉅大LARGE | 點擊量：787次 | 2021年08月29日
蓄電池在惡劣使用環(huán)境下的綜合處理方法
通信直流電源是基礎(chǔ)電信設(shè)備，為通信主設(shè)備供應(yīng)供電保障。蓄電池包是通信直流電源系統(tǒng)中的緊要組成部分，相當(dāng)于備用電源，是通信直流電源系統(tǒng)的最后一道防線。
在電信業(yè)務(wù)的初期發(fā)展過程中，運營商對蓄電池關(guān)注較少，在交流停電時蓄電池能供電就可以了。近年來，電信運營范疇的競爭加劇、愈演愈烈，運營商對蓄電池的使用壽命、維護工作量、TCO非常關(guān)注，要求越來越高。
隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與技術(shù)進步，為了節(jié)省建設(shè)成本、加快建設(shè)周期，在城鄉(xiāng)結(jié)合部、小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)，運營商往往不建設(shè)機房或者移動方艙，而是采用室外柜辦法安置通信主設(shè)備及直流電源系統(tǒng)。近年來，全球主流運營商的新建基站中，室外基站的比例逐年提高。有關(guān)低緯度及沙漠化的國家或地區(qū)(如南亞、非洲等)，高溫對室外基站的影響很大。室外基站一般處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，電力保障較差，尤其在發(fā)展我國家。室外基站常常面對高溫、電網(wǎng)頻繁停電的惡劣工作環(huán)境。通信直流電源系統(tǒng)的室外使用漸趨主流，蓄電池常常處于高溫、電網(wǎng)頻繁停電的惡劣使用環(huán)境。
蓄電池在惡劣使用環(huán)境下面對的問題
隨著室外基站使用增多，惡劣使用環(huán)境下蓄電池故障逐漸凸顯出來，如巴基斯坦、印度等南亞地區(qū)，既給運營商造成了經(jīng)濟損失又損害了運營商的客戶滿意度。針對在惡劣使用環(huán)境下蓄電池大量損壞，中興通訊進行了廣泛調(diào)研，深入了解蓄電池的使用場景，調(diào)查分解蓄電池故障原由。問題的關(guān)鍵不在蓄電池本身，問題出在室外蓄電池柜沒有考慮對蓄電池進行高溫防護。要想根本處理問題，非得供應(yīng)蓄電池在室外惡劣環(huán)境下使用的綜合處理辦法。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
室外蓄電池柜主動散熱技術(shù)的比較分解
室外柜的散熱方式有多種選擇，哪種散熱方式適合室外蓄電池柜呢?這要從蓄電池的產(chǎn)品特性說起。有關(guān)通信直流電源系統(tǒng)中的鉛酸電池，用戶最關(guān)注的是使用壽命。影響鉛酸電池使用壽命的緊要因素是環(huán)境溫度和電網(wǎng)條件。
鉛酸電池的使用壽命與環(huán)境溫度密切相關(guān)。環(huán)境溫度越高，蓄電池的使用壽命越短。當(dāng)環(huán)境溫度高于蓄電池設(shè)計壽命要求溫度(25oC)時，溫度每上升10oC，使用壽命縮短一半。
蓄電池的放電次數(shù)、放電深度筆直影響蓄電池使用壽命。放電次數(shù)越多、放電深度越深，蓄電池的使用壽命越短。也就是說電網(wǎng)頻繁停電會降低蓄電池的使用壽命。
有關(guān)室外基站，通常情況下運營商無力改善電網(wǎng)條件或者改善電網(wǎng)條件的成本太高、無法承受，所以我們從降低蓄電池的工作環(huán)境溫度入手，來提高蓄電池的使用壽命。
室外柜的傳統(tǒng)散熱方式是風(fēng)扇直通風(fēng)或熱交換器，但這兩種方式都不能使柜內(nèi)溫度低于柜外的環(huán)境溫度。有關(guān)高溫地區(qū)(一般在40℃以上)的使用場景，要通過主動散熱，使室外蓄電池柜的柜內(nèi)溫度低于柜外的環(huán)境溫度。中興通訊沖破常規(guī)，組合創(chuàng)新，把制冷部件引入了室外蓄電池柜。
通信主設(shè)備(如GSM、傳輸?shù)?和直流電源的功率變化部分(整流器)在設(shè)備運行過程中都會發(fā)熱，而蓄電池卻不同。依據(jù)蓄電池充放電的電化學(xué)機理，蓄電池放電時不發(fā)熱。正常充電時(不過充電)基本不發(fā)熱。即蓄電池在正常使用過程中的發(fā)熱量可以忽略，因此，室外蓄電池柜內(nèi)沒有熱源，要的制冷量小，據(jù)測算，通常情況下室外蓄電池柜只要200—400W的制冷量就夠了。熱電制冷(ThermoelectricCooler，即TEC)空調(diào)采用新興的半導(dǎo)體制冷技術(shù)，有關(guān)室外蓄電池柜的使用場景，TEC空調(diào)和傳統(tǒng)壓縮機空調(diào)相比有很多優(yōu)點：
1)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。整個制冷器由熱電制冷模塊和導(dǎo)線連接而成，不要壓縮機，沒有機械轉(zhuǎn)動部件，因而無振動、無摩擦、無噪聲。可靠性高、壽命長(在32℃環(huán)境下壽命大于100,000小時)。
2)制冷不受交流停電影響。采用直流48V供電，在交流停電時由蓄電池給TEC空調(diào)供電，室外蓄電池柜內(nèi)依然可以實現(xiàn)制冷。
3)制冷效率與制冷量。在大容量情況下，熱電制冷的效率不及蒸氣壓縮式制冷。但是蒸氣壓縮式制冷機的效率隨容量的減小而下降，且壓縮機也不可能做得過小，而熱電制冷的效率與容量大小無關(guān)，在冷量負(fù)荷小的使用范疇具有優(yōu)點。有關(guān)室外蓄電池柜使用場景(冷量負(fù)荷小)，采用TEC空調(diào)是一個理想選擇。
4)體積小。特別適合室外柜安裝。
5)性價比。綜合以上分解，室外蓄電池柜采用TEC空調(diào)，性價比高。
6)維護方便。TEC空調(diào)不要制冷劑循環(huán)、沒有壓縮機轉(zhuǎn)動，定期關(guān)注一下防蟲網(wǎng)不要被堵住即可，維護工作量很小。
7)綠色環(huán)保。不用氟利昂制冷劑，對大氣臭氧層無損害，綠色環(huán)保。
基于以上分解，我們選用綜合性能優(yōu)于傳統(tǒng)壓縮機空調(diào)的TEC空調(diào)作為室外蓄電池柜的制冷部件。
高溫防護能力良好的系列化TEC室外蓄電池柜
TEC室外蓄電池柜由TEC空調(diào)、柜體、隔熱保溫層等組成。為了滿足安裝不同容量和不同種類蓄電池要，中興通訊設(shè)計了系列TEC蓄電池柜，兩種典型的機柜如圖1所示。圖左機柜最大可以安裝2組狹長形12V150AhAGM或者膠體蓄電池。圖右機柜最大可以安裝6組狹長形12V150AhAGM或者膠體蓄電池(也可以安裝3組寬體12V150Ah或者200Ah膠體蓄電池)。為了達到理想的降溫效果，要求機柜具備良好的隔熱效果，我們對隔熱棉進行了專業(yè)設(shè)計，盡量使用整張原材料而減少開孔和裁剪，隔熱棉采用40mm厚度。與TEC模塊相同采用Ip55防護等級設(shè)計。
TEC蓄電池柜在產(chǎn)品設(shè)計時充足考慮制冷效果和產(chǎn)品可靠性，選用先進的制冷芯片，高可靠性的風(fēng)扇，保溫性良好的隔熱棉。TEC蓄電池柜具備良好的高溫防護能力。
圖1兩種典型TEC蓄電池柜外形圖
綜合處理辦法提升蓄電池使用壽命并降低TCO
有關(guān)通信直流電源系統(tǒng)在惡劣使用環(huán)境下的室外使用，綜合處理辦法的要點是通過采用TEC空調(diào)大幅度提高室外蓄電池柜的高溫防護能力，顯著改善蓄電池的工作環(huán)境。采用TEC空調(diào)的室外蓄電池柜試驗探測結(jié)果聲明，在柜外環(huán)境溫度40℃以上時，柜內(nèi)溫度比柜外溫度低15℃，蓄電池工作在最佳使用溫度范圍內(nèi)。采用TEC室外蓄電池柜和運營商現(xiàn)網(wǎng)的一般室外蓄電池柜相比，蓄電池的使用壽命提高了1.5倍，提高幅度非常大。
綜合處理辦法采用TEC室外蓄電池柜，在蓄電池柜上新增一些成本投入，獲得了珍貴的高溫防護能力，使蓄電池工作在最佳使用溫度范圍內(nèi)，戒備了因使用壽命過低造成的蓄電池成批更換，戒備了現(xiàn)場成批更換蓄電池所需的蓄電池采購成本、相關(guān)運輸費用和更換的人工費用，因此降低了運營商的運行維護成本。蓄電池使用壽命的大幅度提高有效保障通信網(wǎng)絡(luò)的安全可靠運行，顯著改善運營商的客戶滿意度。因此采用綜合處理辦法在蓄電池使用壽命提升的同時，為運營商降低了TCO(TotalCostofOwnership)。
使用實例與用戶價值
綜合處理辦法已經(jīng)在巴基斯坦實際使用。2010年五月中旬，TEC蓄電池柜運抵巴基斯坦某運營商室外基站，采用綜合處理辦法對該站的直流電源系統(tǒng)進行了現(xiàn)場改造。TEC蓄電池柜投入使用后，對其制冷能力進行了探測，依據(jù)現(xiàn)場探測數(shù)據(jù)生成的溫度走勢曲線見圖2。T2為TEC蓄電池柜內(nèi)部溫度，Tc為室外環(huán)境溫度(在遮陽篷下的陰涼處測得)，ΔT為環(huán)境溫度與柜內(nèi)溫度的溫差。
圖2TEC蓄電池柜溫度走勢曲線
從探測結(jié)果看，在中午12:00至下午5:00之間的時間段，室外環(huán)境溫度較高，最高達到45℃時，TEC蓄電池柜可以達到內(nèi)外溫差15℃的制冷效果。蓄電池柜內(nèi)部溫度可以控制在25℃—30℃之間，滿足蓄電池最佳使用溫度范圍要求。
通過巴基斯坦某運營商室外站的直流電源系統(tǒng)現(xiàn)場改造，用戶非常認(rèn)可中興通訊的綜合處理辦法，認(rèn)為采用綜合處理辦法可以大幅度提高蓄電池在惡劣使用環(huán)境下的生存能力，顯著減少蓄電池的維護工作量，可以有效降低室外站直流電源系統(tǒng)的綜合TCO。
