通信基站蓄電池備電方案分析與探討

梁亞飛（中國通信建設集團設計院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

通信基站的電源系統作為基站設備的動力系統，為基站設備正常運行提供了重要保障，是整個通信網絡的重要組成部分。基站正常工作時，其通信設備的用電需求由基站外市電提供；當外市電供電中斷時，需要由備用發電機組或基站備用油機發電，為基站通信設備正常運行提供備電需求；當備用發電機組或者基站備用油機無法滿足基站供電需求時，需要由基站蓄電池組放電提供基站通信設備用電需求。因此，蓄電池組對于基站通信設備正常運行至關重要，是通信電源系統的重要組成部分。

鐵塔公司基站采用鉛酸蓄電池和梯次電池為設備提供備電，由于現有通信基站采用的蓄電池廠家種類繁多、基站運行環境各不相同、蓄電池組生產質量各有差異，導致現有蓄電池整體性能下降較快，同時，隨著5G 基站大規模增加，對基站蓄電池備電、維護和管理等工作提出了更高要求。因此，如何科學選擇蓄電池備電方案，做好基站蓄電池組配置工作，對現有基站網絡運行安全、經濟效益、客戶體驗等方面影響較大，尤其是對于滿足后期5G 基站備電要求至關重要。

1 建設現狀

1.1 蓄電池容量計算

（1）鉛酸電池容量需求計算：

其中：K為安全系數1.25；I為放電電流（A）；T為放電小時數；η為放電容量系數，如表1 所示；t為實際電池所在的環境溫度數值；α為電池溫度系數（1/℃），當放電小時率＜l 時，取α=0.01，當10 ＞放電小時率≥1 時，取α=0.008，當放電小時率≥10 時，取α=0.006。

表1 鉛酸蓄電池放電容量系數表（η）

（2）梯次電池容量需求計算：

其中：Q為電池容量（Ah）；K為安全系數，取1.25；P1為一次下電側通信設備工作實際功率（W）；P2為二次下電側通信設備工作實際功率（W）；T1為一次下電側設備備電總時長（h），T1不應小于等于1 h；T2為二次下電側設備備電總時長（h）；T3為充分發揮設計人員技術創新能力時長（h），谷時（0:00-8:00）、峰時（8:00-12:00，18:00-22:00）；a為溫度調整系數，寒冷、寒溫Ⅰ、寒溫Ⅱ地區取1.25，其余地區取1.0；由式（2）可知，基站蓄電池容量與放電小時數（即后備保障時長）有著緊密的聯系。

1.2 蓄電池備電能力

現有情況下，鐵塔存量基站蓄電池組容量基本能夠滿足現有基站設備一次下電3 h 備電、二次下電5（10）h 備電需求，但是隨著各運營商5G 建設需求集中爆發，5G 設備功耗是原來4G 設備功耗的2.5～3.5倍，在S111 配置下，5G 基站設備滿載功耗約4 500 W。目前，鐵塔公司新增蓄電池統一采用梯次電池備電，因此，根據章節1.1 梯次電池容量計算公式可知，在滿足運營商一次下電3 h 備電時長需求情況下，梯次電池容量需求至少為330 Ah。

同時，由于蓄電池的容量、放電時長與浮充電壓、充電電流、放電終止電壓、放電率、電池所處環境溫度、基站停電頻次等諸多因素有關，在日常蓄電池維護中，每個基站蓄電池所處的環境、充放電次數和負載功耗不盡相同。因此，現有基站蓄電池備電能力已經捉襟見肘，根據分析可知，隨著5G 基站大規模建設，現有基站蓄電池備電能力受到極大的挑戰。

1.3 蓄電池維護與管理

在當前鐵塔基站蓄電池維護管理過程中，大部分基站需要依靠代維人員上站巡檢和手動排查故障，但是一線代維人員很難主動準確判定蓄電池故障。因此，這種基于人工排查消除隱患的方式，無法及時有效獲知蓄電池運行狀態和蓄電池故障信息，影響實際網絡運行，從而進一步導致通信基站網絡運行質量下降，運營商客戶日常網絡使用體驗感變差，鐵塔公司的經濟效益、社會效益受到了很大的影響。

同時，按照目前蓄電池維護與管理工作操作，蓄電池日常排查需要依靠代維人員親自上站巡檢，這種操作方式極大的浪費了公司人力物力，并且人工統計蓄電池存在的故障報警信息和工作日志會導致整體工作效率低下；當基站蓄電池組出現備電故障無法有效提供備電保障時，工作人員不能高效及時確定出現的問題[1]。換言之，按照目前蓄電池的維護與管理操作，無法對蓄電池設備進行隨時隨地監管和測試。

2 建設解決方案

2.1 建立完善監控信息

目前，隨著梯次電池在通信基站中的大規模應用，同一基站中會存在鉛酸蓄電池與梯次電池、不同廠家不同容量梯次電池混用等場景，鐵塔公司目前采用電池共用管理器（BMS）對不同類型電池進行統一管理。因此，為方便后期蓄電池維護和管理，提高蓄電池巡檢排查精準度，快速高效查找基站蓄電池組出現的一些問題，建立基站蓄電池組“整體通信電源系統監控、通信電源系統配置和通信電源系統維護操作管理”為一體的運行維護平臺對于鐵塔公司蓄電池備電具有重要意義。

通信電源系統中的蓄電池維護與監控管理的系統平臺由BMS、基站開關電源、動環監控以及后臺運行維護平臺構成。該運行平臺能夠將基站備電的蓄電池組納入維護與監控管理系統，對蓄電池組工作的狀態和出現問題進行實施監控。蓄電池維護與監控管理系統平臺可以為相關技術人員和管理人員提供精確的故障信息和整體的運行狀態信息，能夠快速高效查找基站蓄電池組出現的一些問題，同時根據蓄電池組出現的問題和蓄電池組的設備信息自動生成產生故障的可能原因和一些解決故障的方案措施，極大地減少了蓄電池維護與管理過程中的人力物力，提高了基站蓄電池組的維護效率。

蓄電池維護與監控管理系統平臺工作原理與BMS安裝示例如圖1 所示。

2.2 區域化備電方案

圖1 蓄電池維護與監控管理系統平臺工作原理與BMS 安裝示例圖

目前，新建基站蓄電池一般均按照特定的配置原則進行備電時長配置，如鐵塔公司一般按照一次下電3 h 備電時長、二次下電5（10） h 備電時長配置，但全國各地基站外市電可靠性存在差異，且部分區域基站滿足維護到站時長較短、相對停電頻次較少或者基站停電時長較短等情況，這為鐵塔公司降低蓄電池備電時長需求提供了可行條件。

例如，根據章節1.1 蓄電池容量計算公式可知，單站5G 系統，在滿足運營商一次下電1 h 備電時長需求情況下，梯次電池容量需求110 Ah。對比1.2 章節，3 h 備電時長情況下梯次電池容量需求為330 Ah，可節約蓄電池200 Ah（按照基站蓄電池每組100 Ah 配置計算）。因此，如何對基站區域進行區域劃分，實現區域化蓄電池備電方案，對于進一步降低基站蓄電池備電時長需求，提高后期5G 大規模建設基站備電能力有重要幫助。

實施區域化備電方案可從如下幾方面分析：

（1）通過與維護、監控中心等部門溝通對接，收集存量站址月均停電頻次、停電時長、維護到站時長、油機配置、蓄電池備電能力、基站等級等信息，建立存量基站基礎信息數據庫；

（2）根據收集到的基站數據庫信息進行分析判斷，制定基站備電要求等級，針對外市電接入質量較高、蓄電池備電能力強、維護到站時間短等一類基站可初步納入降低蓄電池備電時長的范圍，對基站備電時長進行初步區域劃分；

（3）針對承接的運營商需求信息，與存量基站數據庫信息匹配，然后進一步勘察核實，針對具體場景具體分析，出具優化后的蓄電池備電時長方案；

（4）與運營商聯合會審，針對優化后的備電時長方案與運營商溝通確認，對于備電時長方案無異議的需求站址，雙方確認后進行改造建設，滿足工程建設需求。

2.3 創新技術應用

根據目前5G 基站建設遇到的蓄電池容量不足、備電時長不能滿足建設需求等問題，鐵塔公司還應積極聯合廠家，進行現場勘察設計，針對難點問題重點攻克，研發測試滿足建設需求的產品和相關技術[2]。例如，目前推出的智能開關電源柜、削峰填谷技術、集中供電技術等創新技術應用，促進建設配套產品更新、建設方式轉變，滿足后期蓄電池備電能力需求。

新型智能開關電源柜如圖2 所示。

圖2 新型智能開關電源柜

3 結 論

隨著5G 基站大規模增加，鐵塔基站對于蓄電池備電能力提出了更高要求，而蓄電池容量的增加對機房、機柜空間和樓面站機房的承重都將提出新的要求。因此，如何科學選擇蓄電池備電方案，做好基站蓄電池組配置工作，對于后期基站備電能力建設具有重要意義。本文從完善蓄電池監控信息、區域化備電方案和創新技術應用三個方面分析介紹了蓄電池備電解決方案，后期還應結合基站實際建設，針對不同場景設計備電方案，進行最優化備電方案選擇。