基站蓄電池使用壽命的探討

蔣 威

（湖北移動公司設計中心，湖北 武漢430030）

基站蓄電池普遍存在容量下降過快，使用壽命短的問題，短短1～2年時間蓄電池的容量只有標稱容量的30%～40%，而大部分基站蓄電池經過1至4年的運行，其容量只有標稱容量的50%左右，遠遠達不到其設計使用壽命。按蓄電池使用維護標準要求，蓄電池容量只要下降到標稱容量的80%，其使用壽命就終止，應對其進行更換。本文對造成基站閥控電池使用過程中容量下降、壽命縮短的各種原因進行分析和探討，并提出相應改進措施。本文蓄電池特指閥控式密封鉛酸蓄電池。

1 基站蓄電池使用壽命縮短的原因

雖然各廠家生產的蓄電池質量、性能上有所差別，但筆者認為蓄電池的質量因素不是影響目前各運營商基站蓄電池容量下降過快、使用壽命縮短的主要原因。因為從閥控式密封電池產品結構、產品性能、基站蓄電池使用過程現場勘察情況等綜合因素來看，結合交換局站使用情況，閥控式密封電池在正常情況下使用1至4年后，其容量下降應不會這么快，造成基站蓄電池容量下降過快、使用壽命縮短的主要原因應與基站本身蓄電池使用特點及基站使用環境有關。筆者認為影響基站蓄電池容量下降過快、使用壽命縮短的原因主要有以下幾個方面。

（1）基站頻繁停電、停電時間長、停電時間無規律，使蓄電池頻繁充放電，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。

基站頻繁停電會使蓄電池充放電循環次數增加或一定時間內充放電循環過度頻繁，導致蓄電池負極板硫酸化，其使用壽命縮短。目前工業與信息化部相關規定和廠家提供循環次數，均為理論上蓄電池應能達到的循環次數，但蓄電池實際能達到循環次數或隨著循環次數增多及頻繁停電對蓄電池的影響等，生產廠家未進行過專門研究。

基站停電頻次過高，使基站蓄電池在放電后尚未充足電的情況下又放電，蓄電池出現欠充。如連續多次發生欠充，將造成蓄電池容量累積性虧損，則該基站的蓄電池容量將在較短時間內下降，其使用壽命將較快終止。蓄電池容量下降的速度與該基站蓄電池連續欠充的次數成一定的正比關系。造成蓄電池容量下降的內在原因在于電池放電后在未充足電的情況下又放電，正、負極在放電后生成的硫酸鉛未能分別完全恢復成二氧化鉛和金屬鉛的情況下，正、負極板又放電，使蓄電池產生欠充。連續多次欠充，使負極板逐步硫酸化，產生不可逆轉的結晶硫酸鉛。特別是在蓄電池處于深度過放電的情況下，蓄電池負極板的硫酸化將更嚴重，硫酸化的速度將更快，造成負極板表面被屏蔽，其功能逐步下降直至失效，導致蓄電池使用壽命下降直至終止。

（2）開關電源設置參數不合理，基站蓄電池欠壓保護設置電壓過低。復位電壓設置過低，使蓄電池出現過放電甚至深度過放電現象，從另一方面加劇蓄電池負極板硫酸化，是使蓄電池容量下降，使用壽命縮短的另一個主要原因。

目前基站組合開關電源均設置低電壓隔離保護功能或二次下電功能。當蓄電池放電至某一設定電壓值時，開關電源系統將自動切斷部分非重要負載的供電或全部負載的供電，以保護蓄電池不過放電，確保蓄電池使用壽命。如電池最低欠壓保護值設置過低，蓄電池將出現過放電，多次的過放電和過放電后未能及時補充電或充電不足都將嚴重影響電池使用壽命；另外若開關電源復位電壓設置過低，將使電池在放電過程中出現重復多次放電；具體電池最低欠壓保護值設置應根據負載電流大小而設置，而目前基站蓄電池最低欠壓保護值一般設置在單體電池電壓每只1.8 V左右，有的甚至設定為每只1.75 V。根據閥控式密封電池的放電性能結合基站實際負載電流（目前基站實際負載電流絕大部分均小于0.1C10A），基站電池最低欠壓保護值應設置在電池單體電壓每只1.8 V左右。因此，目前基站蓄電池欠壓保護設置參考電壓過低，如基站長時間停電，會使電池出現過放電，甚至是小電流深度過放電。而過放電的電池要完全充足電，恢復容量所需充電時間較長。深度過放電的電池在基站現有唯一恒壓充電條件下，一般是很難完全恢復其額定容量的。所以開關電源參數設置不合理，從另一方面加劇電池負極板硫酸化，從而造成電池容量下降，使用壽命縮短。

（3）基站使用環境較惡劣。基站停電后，由于無空調，使基站環境溫度逐步上升，或者由于空調故障使基站室內溫度偏高，從而降低了蓄電池使用壽命。

室內基站均配置空調，一般為柜機或分體式空調，長時間不間斷使用使部分基站空調出現故障而停機。空調損壞后，有時得不到及時維修，而室內基站為封閉機房，空調停機使基站室內溫度大幅上升，彩鋼板機房室內溫度甚至可達60℃以上。另一方面，即使空調正常，而基站由于停電后，無交流電源，空調也無法制冷，特別在夏天，將使基站室內溫度大幅上升，從而影響蓄電池正常工作。室內溫度過高一方面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）使電池容量降低和電池使用壽命縮短。另一方面由于室內溫度過高，將使蓄電池熱失控效應加劇，從而造成蓄電池正極板腐蝕速率加劇、極板變形膨脹、電池外殼鼓脹甚至開裂等，最后導致電池容量快速下降，電池壽命縮短。根據相關資料表明，當環境溫度超過25℃時，每升高10℃，電池使用壽命將縮短1/2。

（4）基站停電后，蓄電池放電至終止電壓，未及時進行補充電，也將導致電池容量下降和使用壽命縮短。

由于部分基站地處郊區或偏遠山村等地，市電供應狀況較差，市電停電的次數多且停電時間較長，往往市電停電后，蓄電池放電至終止電壓，市電還未恢復，這樣一方面可能造成蓄電池過放電，另一方面電池放電后又不能得到及時補充電。根據相關資料表明，電池放電后如不能及時進行補充電，將使蓄電池容量逐步下降，經過幾次循環后，蓄電池使用壽命將明顯縮短。

筆者認為，上述四點原因是造成目前基站電池容量早期失效，使用壽命縮短的主要原因。當然影響蓄電池容量及使用壽命因素很多，正常使用情況下，影響蓄電池壽命的主要因素是正極板腐蝕速度和玻璃纖維隔膜（AGM）中電解液飽和度。但基站由于自身所處環境（市電供應 、環境溫度等）較特殊，真正影響蓄電池使用壽命的主要原因在于負極板硫酸化。而造成負極板硫酸化的主要原因在于基站頻繁停電，造成蓄電池循環次數增加并使蓄電池累計欠充；另外蓄電池欠壓保護值的設置不當，基站室內溫度過高，蓄電池放電后未及時補充電等幾方面進一步加劇負極板硫酸化，這也可從另一面解釋為什么城區基站或供電狀況好的基站電池使用壽命較其它類型基站長的原因。

2 如何延長基站蓄電池使用壽命

基于上述影響基站電池使用壽命的原因分析，在目前市電供應不能改善的前提下，仍可采取相關措施來彌補或改善，從而延長蓄電池使用壽命。筆者認為可從以下幾個方面著手，采用綜合措施，改善基站機房環境，提高基站供電可靠性，確保移動通信暢通，具體如下。

（1）針對基站市電停電頻繁造成蓄電池在未充足電的情況下又放電，建議采用以下措施彌補，增加蓄電池充入的電量。

a.對基站組合開關電源中的蓄電池充電限流值參數進行調整。目前開關電源中對蓄電池充電限流值一般設定為0.1C10A，建議調整為0.15～0.2C10A（應根據季節做相應調整），但最大充電電流不能超過0.25 C10A，以縮短蓄電池充電時間，增加蓄電池充電前期充入的電量。

b.如果基站停電次數多且停電時間長，建議對開關電源中均衡充電時間判別參數（充電時間和充電電流值判別）進行調整，延長均衡充電時間，可比原設定延長20%～30%；另外建議調整開關電源均衡充電時間周期設置，把原設置一般為3個月時間周期調整為1個月或更短，對蓄電池進行均衡充電。

（2）對基站組合開關電源內電池欠壓保護設置電壓值進行重新設定，提高蓄電池欠壓保護的設置電壓，盡量避免蓄電池出現過放電和深度過放電（小電流過放電）。具體設置要求如下，開關電源一次下電設置電壓要求不低于46 V，二次下電設置電壓必須要求大于44 V（建議設置在44.4 V）。對負載電流小于1/3 I10A的基站，其放電時間盡可能不大于24 h，即行切斷（不管蓄電池欠壓保護設置電壓是否到了設定值）。具體可在開關電源內設置。

（3）改善基站機房室內環境，加裝基站智能通風系統，解決基站由于市電停電或空調故障，機房內溫升過高對蓄電池及通信設備的影響。基站加裝智能通風系統，不但能節省大量能源，降低基站運行費用，更能提高基站通信設備系統可靠性，降低通信設備故障率，減少蓄電池熱失控發生概率和降低電池失水速率，從而延長蓄電池使用壽命。

（4）監控中心一旦接到基站停電告警后，應密切注意該基站運行情況。一旦出現無線信號中斷超過6 h，應及時通知基站維護人員攜帶發電機組趕赴現場進行發電，確保蓄電池放電終止后能進行及時充電，延長蓄電池使用壽命。

（5）在工程前期站址勘察、設計階段，一方面應選擇供電質量好的供電線路；另一方面應了解該基站市電供應情況（停電時間 、次數等），有重點的合理配置基站蓄電池容量，而不應采取一刀切方式配置蓄電池組容量。

（6）在基站開關電源設備選型時，應選擇交流輸入范圍寬、數字化程度高、智能化程度高、有完善的蓄電池管理功能的開關電源，以縮短蓄電池充電時間和定期對蓄電池進行相關檢測。

（7）對于停電頻繁，停電時間較長，且移動油機又無法到達的重要基站，可配置固定自動化柴油發電機組，解決基站供電問題。

3 結 論

預計在今后2～3年內，全國范圍內用電情況日趨緊張的狀況仍然得不到徹底改善，因此基站的供電將比以往更差，停電頻率更高、停電時間將更長，蓄電池使用環境將更惡劣。如何確保基站通信暢通，提高通信可靠性，提升服務質量，同時又經濟合理配置通信設備是各運營商面臨的一個課題。因此如何延長蓄電池供電時間和使用壽命是該課題的一個最主要內容。當然影響基站蓄電池壽命的因素很多，在實際應用中，綜合影響蓄電池使用壽命的各種因素，采用多種相應措施加以改善，從而延長蓄電池使用壽命，提高通信可靠性。