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。其中高温是最主要的因素,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。
UPS电源的保护功能主要包括哪些?UPS电源设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。UPS电源可以解决电网存在断电问题,经常用在医院的精密仪器、金融行业的服务器等,保护一些高精尖设备免受市电质量的影响,以及保护正在传输的数据安全,故此以服务器、大型交换机、路由器为核心的网络中心要配备UPS更是不言而喻了。
什么是UPS不间断电源?
UPS不间断电源,是将蓄电池与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。保证了电脑中正在操作的重要数据不被丢失。
当市电输入正常时,
UPS
将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流式电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断时,UPS立即将电池的直流电能,通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS电源设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
UPS电源的组成:UPS电源系统由五部分组成:主路、旁路、电池等电源输入电路,进行AC/DC变换的整流器,进行DC/AC变换的逆变器,逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。
UPS电源的保护功能主要包括哪些?
1、停电保护作用
市电电网瞬间停电时立即由UPS电源系统将UPS蓄电池直流电源转换成交流电继续为负载供电,避免因停电而带来的不便和损失。
2、稳压作用
市电电压容易受电力输送线路的距离和品质影响,离变电所较近的用户电压较高,离变电所较远的用户电压则会偏低较低。电压过高或过低都会影响用户仪器设备的使用质量和使用寿命,较严重时则会损坏设备,给用户造成重大损失。UPS电源系统的使用则可以为用户设备提供稳定的电压电源,保障设备的正常运行和延长使用寿命。
3、突波保护作用
通常UPS电源系统会有尖端放电设计吸收突波,避免因突波问题影响设备的使用效率和寿命,为设备提供保护。
4、高低电压保护作用
当市电电压时高时低,UP电源内的稳压器(AVR)使市电电压保持在可使用的安全范围,确保设备可以正常运行。当高低电压超过可使用的范时,UPS电源系统则将启动蓄电池供电,保障设备的持续运行。
5、谐波失真保护作用
电力经由输配电线路传送至使用端时,电压波形失真,基波电流发生变化产生谐波。谐波会影响设备的使用,通过UPS电源则能为设备提供稳定高品质的电源,有效提高设备的运行效率和寿命。
6、稳定频率作用
频率就是市电每一秒变动的周期,50Hz就是每秒50周次。市电发电机运转时受到用户端用电量的突然变化而造成转速的变动将使转换出来的电力频率不定,通过UPS电源转换的电力可提供稳定的频率,确保仪器设备的正常工作。
7、瞬间保护作用
市电有时会发生电压上涌和下陷或瞬间压降,这样的问题会影响设备的精准度,严重时会损坏精密设备使用户遭受损失。UPS系统可以提供稳定的电压,从而保护设备。
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超过45℃、高温下浮充电压过高(没有温度补偿功能)、充电电流超过设计值(超过2.5C10)。
硫酸盐化是指在极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(超过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最主要原因。
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。