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一種智能測(cè)量無(wú)人值守基站中電池可用時(shí)長(zhǎng)的方法

2019-12-6 來(lái)源：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)黑龍江有限公司作者：王麟劉佳雪魏來(lái)

1 方案背景

直流不間斷電源系統(tǒng)（比較常見(jiàn)的是開(kāi)關(guān)電源與蓄電池組成）主要供直流負(fù)載設(shè)備所用。在電網(wǎng)出現(xiàn)異常時(shí)，直流不間斷電源將存儲(chǔ)于電池中的電能釋放，供負(fù)載使用。隨著電池使用年久，電池?fù)p耗不可避免，這樣直接影響到直流不間斷電源系統(tǒng)的續(xù)航能力（儲(chǔ)能設(shè)備放電時(shí)長(zhǎng)）。到了后期電池?fù)p耗比例甚至?xí)哌_(dá) 40 ～ 50%以上，以前可以續(xù)航 3 小時(shí)，現(xiàn)在就只能支撐 1 ～ 1.5 小時(shí)，如果直流不間斷電源系統(tǒng)設(shè)置了電池保護(hù)值，電池放電時(shí)長(zhǎng)很可能在 1 小時(shí)以?xún)?nèi)，甚至更短。

日常維護(hù)基站動(dòng)力設(shè)備時(shí)，一旦停電，維護(hù)人員經(jīng)常被以下問(wèn)題困擾：隨著使用年久，基站中電池到底有多少容量可用？如何能自動(dòng)獲取電池可用容量？基站停電后，基站中的蓄電池的續(xù)航時(shí)間有多久？如何能精確獲取該站電池的放電時(shí)長(zhǎng)？

本方案目的在于提供一種可以遠(yuǎn)程操控基站電池可用容量檢測(cè)功能，或根據(jù)預(yù)設(shè)程序，在無(wú)人值守情況下，全自動(dòng)完成基站電池可用容量檢測(cè)功能。電池可用容量數(shù)據(jù)記錄在動(dòng)環(huán)系統(tǒng)中，一旦停電，動(dòng)環(huán)系統(tǒng)將根據(jù)電池可用容量與當(dāng)前放電電流進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，得出該基站在停電狀態(tài)下通訊保障時(shí)長(zhǎng)。

一旦停電，該時(shí)長(zhǎng)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)并在動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)顯示，并提示維護(hù)人員。特別是大面積停電時(shí)，維護(hù)人員可以根據(jù)此項(xiàng)內(nèi)容，科學(xué)安排眾多停電基站發(fā)電順序，把工作效率最大化，將掉站風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

蓄電池可用容量，是制約電源系統(tǒng)續(xù)航能力的關(guān)鍵，根據(jù)我公司基站蓄電池維護(hù)規(guī)定，每年至少要測(cè)試一次蓄電池可用容量，即進(jìn)行一次在線放電測(cè)試。測(cè)試一組電池需要 1500 到 2000元，根據(jù)每個(gè)地市的基站數(shù)量及基站里的組電池?cái)?shù)量測(cè)算，每年花費(fèi)的測(cè)試費(fèi)用負(fù)擔(dān)很大。

2 現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案

目前常見(jiàn)的電池容量檢測(cè)方法如圖1 所示。

技術(shù)現(xiàn)狀一：電導(dǎo)檢測(cè)法，電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，對(duì)電導(dǎo)值的測(cè)量，實(shí)際上是通過(guò)電阻值的測(cè)量后換算得出結(jié)果，電導(dǎo)值越大電池越健康。與內(nèi)阻測(cè)試原理相同。

技術(shù)現(xiàn)狀二：內(nèi)阻檢測(cè)法，電池的內(nèi)阻是指電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力，一般來(lái)說(shuō)電池內(nèi)阻越小電池越健康。

技術(shù)現(xiàn)狀三：在線放電檢測(cè)即核容檢測(cè)法，對(duì)蓄電池放電測(cè)量，當(dāng)電池電壓下降到設(shè)定值時(shí)，視為蓄電池完全放電。將蓄電池的放電電流與放電的總時(shí)長(zhǎng)相乘，即可算出蓄電池的可用容量，該方法為我公司目前檢測(cè)電池可用容量的主要方法。

圖 1 目前常見(jiàn)的電池容量檢測(cè)方法

3 現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)及本方案要解決的問(wèn)題

3.1 對(duì)比技術(shù)現(xiàn)狀一

電導(dǎo)檢測(cè)法，需要借助第三方設(shè)備，人工測(cè)量。在電池極柱不同位置測(cè)試時(shí)，顯示的測(cè)試結(jié)果都有一定差異，且測(cè)試數(shù)值反映的電池容量與實(shí)際電池可用容量具有一定差距；每次測(cè)試都需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間。

本方案采用在電池上永久固定測(cè)試線，避免了該問(wèn)題產(chǎn)生。

3.2 對(duì)比技術(shù)現(xiàn)狀二

內(nèi)阻檢測(cè)法，需要借助第三方設(shè)備，人工測(cè)量。測(cè)量時(shí)，為保證測(cè)量精準(zhǔn)，需要將電池開(kāi)路后測(cè)試，如果測(cè)試過(guò)程中遇到停電，設(shè)備會(huì)直接斷電，會(huì)對(duì)設(shè)備使用帶來(lái)極大的影響，進(jìn)而影響正常的生產(chǎn)、生活；該電阻所測(cè)量的值是毫歐級(jí)，在電池正負(fù)極柱上測(cè)試，哪怕測(cè)試用探針移動(dòng)很小的位置，測(cè)試數(shù)值也具有較大差異，一旦極柱氧化，測(cè)試數(shù)值將會(huì)與實(shí)際電池可用容量產(chǎn)生更大差異。

本方案采用在線式放電技術(shù)，電池測(cè)試時(shí)不用開(kāi)路即可測(cè)試；本方案采用永久性固定測(cè)試線路，永久性固定測(cè)試線在所有需要測(cè)試的電池極柱上，避免了該問(wèn)題產(chǎn)生。直流不間斷電源系統(tǒng)（開(kāi)關(guān)電源），可以根據(jù)需要自動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)阻測(cè)量功能。

3.3 對(duì)比技術(shù)現(xiàn)狀三

在線放電檢測(cè)即核容檢測(cè)法，需要借助第三方設(shè)備，人工測(cè)量。為了掌握電池可用容量，我單位一般要求一年至少測(cè)試一次，工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，該工作中數(shù)據(jù)線接線繁瑣、安全

性差（接線數(shù)量較多，易發(fā)生正負(fù)極直接連接，產(chǎn)生火險(xiǎn)），但是最后測(cè)試結(jié)果精準(zhǔn)，可以最大限度反映出電池目前可用容量；該測(cè)試是第三方來(lái)完成，測(cè)試一組電池需要 1500 到 2000 元的費(fèi)用，每年花費(fèi)的測(cè)試費(fèi)十分龐大。

本方案采用永久性在儲(chǔ)能（電池）設(shè)備上固定數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線永久性固定在所有需要測(cè)試的電池極柱上，一次性將所有測(cè)試線路布置完成，杜絕了每次測(cè)試都需要重新安裝線路的問(wèn)題，最大限度降低發(fā)生火險(xiǎn)的可能；同時(shí)永久性布置線路還可以檢測(cè)每節(jié)電池的電壓；直流不間斷電源系統(tǒng)（開(kāi)關(guān)電源），可以根據(jù)需要自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在線放電檢測(cè)即核容檢功能。

4 本技術(shù)方案的詳細(xì)闡述

4.1 方法一：遠(yuǎn)程人工測(cè)試電池可用容量

辦公室人員利用辦公終端向動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程發(fā)布檢測(cè)指令，測(cè)試基站開(kāi)關(guān)電源配套蓄電池可用容量，動(dòng)環(huán)系統(tǒng)收到指令后：

（1）遙控開(kāi)關(guān)電源自動(dòng)斷開(kāi)交流輸入或停止整流模塊運(yùn)行（模擬停電環(huán)境），電池開(kāi)始放電。

（2）電池放電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)電源或動(dòng)環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控電池放電電流、電池電壓，動(dòng)環(huán)系統(tǒng)每隔 10 分鐘采集一次電池放電電流、電池電壓數(shù)據(jù)（采集間隔時(shí)長(zhǎng)可根據(jù)需要設(shè)定，間隔越短數(shù)值越精確）。

（3）當(dāng)電池電壓降到保護(hù)電壓或設(shè)定電壓時(shí)，電池放電自動(dòng)終止。開(kāi)關(guān)電源自動(dòng)開(kāi)啟交流輸入或自動(dòng)運(yùn)行整流模塊（解除模擬停電環(huán)境），電池開(kāi)始充電。

（4）動(dòng)環(huán)系統(tǒng)后臺(tái)將電池放電時(shí)間內(nèi)記錄的電流及間隔時(shí)長(zhǎng)的乘積，分別相加，即為基站電池可用容量。

圖 2 遠(yuǎn)程人工測(cè)試電池可用容量流程圖

4.2 方法二：全自動(dòng)測(cè)試電池可用容量

（1）動(dòng)環(huán)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)定指令，請(qǐng)求在安全時(shí)間段進(jìn)行放電檢測(cè)工作。

（2）維護(hù)人員收到請(qǐng)求后，判定放電時(shí)間段是否符合規(guī)定，如符合相關(guān)要求，進(jìn)行第三步。

（3）動(dòng)環(huán)系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)電源自動(dòng)斷開(kāi)交流輸入或停止整流模塊運(yùn)行（模擬停電環(huán)境），電池開(kāi)始放電。

（4）電池放電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)電源或動(dòng)環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控電池放電電流、電池電壓，動(dòng)環(huán)系統(tǒng)每隔 10 分鐘采集一次電池放電電流、電池電壓數(shù)據(jù)（采集間隔時(shí)長(zhǎng)可根據(jù)需要設(shè)定，間隔越短數(shù)值越精確）。

（5）當(dāng)電池電壓降到保護(hù)電壓或設(shè)定電壓時(shí)，電池放電自動(dòng)終止。開(kāi)關(guān)電源自動(dòng)開(kāi)啟交流輸入或自動(dòng)運(yùn)行整流模塊（解除模擬停電環(huán)境），電池開(kāi)始充電。

（6）動(dòng)環(huán)系統(tǒng)后臺(tái)將電池放電時(shí)間內(nèi)記錄的電流及間隔時(shí)長(zhǎng)的乘積，分別相加，即為基站電池可用容量。

圖 3 全自動(dòng)測(cè)試電池可用容量流程圖

4.3 方法三：自動(dòng)測(cè)試電池電導(dǎo)值、內(nèi)阻值

辦公人員利用辦公終端向動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程發(fā)布檢測(cè)指令，或者根據(jù)預(yù)設(shè)測(cè)試指令遙控動(dòng)環(huán)系統(tǒng)開(kāi)展基站電池電導(dǎo)、電阻值測(cè)試測(cè)試。動(dòng)環(huán)系統(tǒng)收到指令后：

（1）開(kāi)始對(duì)基站電池組進(jìn)行電導(dǎo)值和內(nèi)阻值檢測(cè)。

（2）完成檢測(cè)后將結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)。

（3）將結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖 4 自動(dòng)測(cè)試電池電導(dǎo)值、內(nèi)阻值流程圖

4.4 注意事項(xiàng)

放電安全時(shí)段基本條件：不在公司封網(wǎng)條件下；與電業(yè)局電網(wǎng)檢修時(shí)間錯(cuò)開(kāi) ；23 ：00 之后開(kāi)始，凌晨 5 點(diǎn)前必須終止；基站如使用農(nóng)村電網(wǎng)，應(yīng)錯(cuò)開(kāi)農(nóng)忙時(shí)間，避免由于農(nóng)忙用電負(fù)荷大，導(dǎo)致基站電壓過(guò)低，基站電池放電檢測(cè)結(jié)束后。

充電困難，影響基站正常工作。如圖 5 所示。

圖 5

4.5 基站停電后該站電池放電時(shí)長(zhǎng)計(jì)算公式

放電時(shí)長(zhǎng) = 蓄電池可用容量 *（1-0.01*T）/ 當(dāng)前放電電流，其中 T 為距離上次電池可用容量測(cè)試過(guò)去多少個(gè)月，不足整月按整月算。

5 本方案技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1. 現(xiàn)有手段都需要人工操作。而本方案是改造直流不間斷電源系統(tǒng)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)所有技術(shù)，省時(shí)省力省錢(qián)。

2. 現(xiàn)有手段接線繁瑣、安全性差（接線數(shù)量較多，易發(fā)生正負(fù)極直接連接，產(chǎn)生火險(xiǎn)）。本方案采用永久性固定測(cè)試線路，永久性固定在所有需要測(cè)試的電池極柱上，一次性將所有測(cè)試線路布置完成，杜絕了每次測(cè)試都需要重新安裝線路的問(wèn)題，最大限度降低發(fā)生火險(xiǎn)的可能。

3. 本方案利用動(dòng)環(huán)系統(tǒng)遠(yuǎn)程遙控開(kāi)關(guān)電源，自動(dòng)安排合理的時(shí)間段完成電池可用容量檢測(cè)功能。

4. 本方案可以顯示真實(shí)有效的基站電池續(xù)航時(shí)長(zhǎng)，可以為科學(xué)安排停發(fā)電工作提供依據(jù) ；

5. 本方案的電池可用容量、電池電導(dǎo)值及電池的電阻值測(cè)量結(jié)果，可以體現(xiàn)出電池的健康度，可以為電池是否需要更換提供依據(jù)。

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