專利名稱：通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)及其精細維護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信基站后備電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)及其精細維護方法。
背景技術(shù)：
通信基站蓄電池組作為通信基站內(nèi)最重要的后備電源系統(tǒng)，承擔著保障通訊暢通的重要作用。由于各地自然條件、維護規(guī)程的不同，一般蓄電池組使用壽命在3 6年之間。從節(jié)能減排角度來說，蓄電池的報廢對自然環(huán)境造成極大污染，從投資管理角度來說，采購、更換蓄電池都需要一定的費用，因蓄電池放電能力影響而引發(fā)的發(fā)電成本也相當巨大。因此，如何更好的延長蓄電池的使用壽命，如何更好的維護好蓄電池，使其充分發(fā)揮自身性能，是目前擺在運營商面前的一個重要課題。
目前移動基站停電頻繁導致蓄電池容量失效性能下降比較嚴重，且2005年開始的大規(guī)模建站配套的蓄電池組也即將到了壽命年限。按照現(xiàn)行維護模式，未來幾年內(nèi)將出現(xiàn)大面積到達其使用極限需要更換的壓力。同時，隨著基站在線使用蓄電池年限不斷延長，性能下降比較嚴重，基站維護中的發(fā)電費用越來越大，大大提高了基站的日常運維成本。如何有針對性的對蓄電池進行精細化維護，有效提升蓄電池性能，最大限度的延長其使用壽命已迫在眉睫。本發(fā)明從蓄電池組性能優(yōu)化和日常開關(guān)電源參數(shù)的精細化調(diào)整和管理等多方面入手，解決上述通信基站在網(wǎng)蓄電池組使用過程中遇到的問題。目前所采用蓄電池充電技術(shù)出現(xiàn)的一些問題，主要是沒有真正實現(xiàn)監(jiān)控和充電方式與蓄電池實際使用狀況和要求的完全統(tǒng)一。電池長期運行時的差錯得不到及時糾正，因而影響了蓄電池的實際使用壽命。本發(fā)明從開關(guān)電源對閥控電池容量及壽命的影響角度，經(jīng)過實踐驗證通過開關(guān)電源在線充放電的精細控制，來調(diào)整閥控電池充電狀態(tài)的技術(shù)，達到對電池在線維護、改善性能、延長壽命的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)及其精細維護方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中通信基站蓄電池組的維護問題。為了實現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開了一種通信基站蓄電池組精細維護方法，該方法包括下述步驟監(jiān)測蓄電池的實際容量；將蓄電池的實際容量與閾值容量進行比較；當蓄電池的實際容量大于該閾值容量時，進行蓄電池在線容量配組；以及當蓄電池的實際容量小于或等于該閾值容量時，進行蓄電池更換。優(yōu)選地，通過使用放電儀或者真負載進行在線放電測試，確定需要更換的蓄電池。優(yōu)選地，蓄電池更換的方式為蓄電池單體更換。優(yōu)選地，蓄電池更換的方式為蓄電池組整組更換。優(yōu)選地，在蓄電池在線容量配組之后，或者在蓄電池更換之后，對蓄電池進行開關(guān)電源參數(shù)調(diào)整。優(yōu)選地，開關(guān)電源參數(shù)調(diào)整包括調(diào)整蓄電池的定時均充周期、定時均充時間、轉(zhuǎn)浮沖參考電流、恒壓均充時間、轉(zhuǎn)均充判斷電池容量、轉(zhuǎn)均充判斷電池電壓、轉(zhuǎn)均充判斷放電時間、蓄電池充電效率、蓄電池充電過流點、或者蓄電池充電限流點。優(yōu)選地，對被更換的蓄電池進行蓄電池容量配組。優(yōu)選地，將端電壓為OV的物理損壞的蓄電池報廢。優(yōu)選地，對蓄電池進行循環(huán)充放電測試，當容量無法恢復到可接受容量時，對蓄電池加水、除硫，再對蓄電池進行循環(huán)充放電測試，將容量仍無法恢復到可接受容量的蓄電池報廢。優(yōu)選地，對蓄電池進行循環(huán)充放電測試，當容量可以恢復到可接受容量時，通過循環(huán)充放電將蓄電池修復到可接受容量。 優(yōu)選地，對于在加水、除硫后，再進行循環(huán)充放電測試，容量可以恢復到可接受容量的蓄電池，通過再次循環(huán)充放電將蓄電池修復到可接受容量。優(yōu)選地，該閾值容量為標稱容量的60-80%。更優(yōu)選地，該閾值容量為標稱容量的70%。優(yōu)選地,該可接受容量為標稱容量的80-90%。更優(yōu)選地,該可接受容量為標稱容量的85%。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，公開了一種通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)，該通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)包括蓄電池組數(shù)據(jù)采集和分析模塊，其用于采集和分析蓄電池組的歷史運行數(shù)據(jù)；蓄電池組；電源，其用于對蓄電池組進行充電；充放電控制模塊，其用于控制對蓄電池組的充放電，其特征在于，該通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)利用本發(fā)明的通信基站蓄電池組精細維護方法對蓄電池進行精細維護。本發(fā)明公開的通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)及其精細維護方法，從蓄電池組性能優(yōu)化和日常開關(guān)電源參數(shù)的精細化調(diào)整和管理等多方面入手，解決基站在網(wǎng)蓄電池組使用過程中遇到的問題。目前所采用蓄電池充電技術(shù)出現(xiàn)的一些問題，主要是沒有真正實現(xiàn)監(jiān)控和充電方式與蓄電池實際使用狀況和要求的完全統(tǒng)一。電池長期運行時的差錯得不到及時糾正，因而影響了蓄電池的實際使用壽命。本發(fā)明從開關(guān)電源對閥控電池容量及壽命的影響角度，經(jīng)過實踐驗證通過開關(guān)電源在線充放電的精細控制，來調(diào)整閥控電池充電狀態(tài)的技術(shù)，達到對電池在線維護、改善性能、延長壽命的目的。同時，通過對退網(wǎng)蓄電池修復再利用來降低設備更新投資。開展蓄電池精細化維護工作可以有效延長蓄電池使用壽命，降低蓄電池報廢率，每年可節(jié)省至少30%蓄電池更新替換資金。蓄電池的再利用可大量減少廢棄蓄電池，降低通信基站應急發(fā)電時長，實現(xiàn)節(jié)能減排的環(huán)保目標。


圖I是本發(fā)明通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)的示意性框圖；以及圖2是本發(fā)明通信基站蓄電池組精細維護方法的示意性流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明的通信基站蓄電池組精細維護方法的基本思想是以蓄電池組保有容量、電池充電電流為依據(jù)，控制電池由浮充轉(zhuǎn)入均充(均衡充電)。以充電電流，充電時間為依據(jù)，控制電池由均充轉(zhuǎn)入浮充。如果系統(tǒng)配有溫度傳感器，其均/浮充電壓可根據(jù)溫度作適當補償。移動通信基站蓄電池日常充電維護管理主要靠高頻開關(guān)電源設備，因此解決蓄電池容量下降問題的根本出路在于開關(guān)電源充電方式問題。每個基站的運行環(huán)境(包括負載電流、停電頻次、停電時長、環(huán)境溫度、緯度、蓄電池使用年限、開關(guān)電源特性等)是不同的，所以針對每個基站的電池充電策略都是不同的。蓄電池精細維護技術(shù)的精髓就在于在對基站蓄電池組整體性能改善的基礎上，通過對基站開關(guān)電源的精細化調(diào)整，力圖實現(xiàn)對蓄電池組的養(yǎng)護式充電管理方式，從而充分延長蓄電池組的使用壽命。根據(jù)本發(fā)明第一方面，公開了一種通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)的示意性框圖。參考圖1，本發(fā)明的通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)I包含蓄電池組數(shù)據(jù)采集和分析模塊100，其用于采集和分析蓄電池組的歷史運行數(shù)據(jù)；蓄電池組200 ;電源300，例如 為交流市電，其用于對蓄電池組200進行充電；充放電控制模塊400，其用于控制對蓄電池組200的充放電，進行開關(guān)電源參數(shù)調(diào)整。該通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)I可以對負載模塊500進行供電。注意，根據(jù)本發(fā)明的通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)I還可包含本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的其它功能部件，例如電流電壓采樣模塊、溫度檢測模塊等。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的通信基站蓄電池組精細維護方法的示意性流程圖。通過通信基站歷史數(shù)據(jù)及實際放電測試，對通信基站蓄電池組現(xiàn)有容量進行分析，將其與閾值容量比較，以蓄電池組標稱容量的70%為判斷依據(jù)對于電池容量大于蓄電池組標稱容量的70%的基站，一般采取在線調(diào)整維護方式；對于電池容量小于或等于蓄電池組標稱容量的70 %的基站，一般采取整組替換維護方式，此處欲更換的蓄電池組來源于在庫房內(nèi)集中修復后容量恢復正常的蓄電池組。此處以蓄電池組標稱容量的70%為例進行說明，實踐中可以考慮經(jīng)濟成本等因素來設置此閾值容量。上述閾值容量可以是蓄電池組標稱容量的60-80 %,優(yōu)選地為蓄電池組標稱容量的65-75 %,更優(yōu)選地為蓄電池組標稱容量的68-72%。本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思并不受此閾值容量的具體數(shù)值所限制。在線維護優(yōu)化單體更換在基站內(nèi)通過放電測試對蓄電池組進行在線容量配組，將容量下降較嚴重的單體蓄電池進行更換，然后根據(jù)基站停電頻次/時長、開關(guān)電源均/浮充電壓、基站負載電流、空調(diào)溫度、電池溫度、電池放電時長等因素對開關(guān)電源各項參數(shù)進行有針對性的調(diào)整。通常，當通信基站的蓄電池性能狀況普遍比較良好時，采用單體更換的方式來更換容量下降較嚴重的單體蓄電池。蓄電池單體更換的操作步驟如下。(I)攜帶若干修復好的蓄電池上站。(2)根據(jù)基站的停電頻次及重要度，選擇負載柜放電(放電儀)或者是真負載進行3-5小時左右的在線放電測試并做好記錄，根據(jù)電池電壓的下降規(guī)律找出有問題的單體落后電池。(3)針對落后電池進行單體更換，注意，需保持同批次同品牌同型號。
(4)開關(guān)電源參數(shù)調(diào)整目前在網(wǎng)使用的開關(guān)電源品牌較多，但需要調(diào)整的基本參數(shù)項目大致相同，但具體數(shù)值不同。根據(jù)不同的基礎規(guī)則制定不同的參數(shù)調(diào)整策略并記錄。(5)后續(xù)需根據(jù)動環(huán)系統(tǒng)來監(jiān)控已調(diào)基站的放電情況，有可能進行第二次、第三次開關(guān)電源參數(shù)調(diào)整。(6)退下來的落后電池返回庫房進行修復與報廢處理。在線維護優(yōu)化整組更換在集中維護中心內(nèi)對廢舊電池、基站返回的落后電池等廢舊電池，通過放電測試、加水、除硫等操作進行容量配組，集中修復，使其容量恢復至正常標稱容量的80%左右，以組為單位對目標基站進行上站直接整組更換，然后根據(jù)替換上的蓄電池的放電能力、基站負載、停電頻次、站內(nèi)溫度等綜合設定開關(guān)電源參數(shù)。同時對替換下來的蓄電池組運回倉庫 進行容量配組和集中修復，達到可上站使用的要求備用，無法修復的則進行報廢處理。通常，當通信基站的蓄電池組容量失效情況相對嚴重時，采用整組更換的方式來進行修復。蓄電池組整組更換的操作步驟如下。(I)按照電池調(diào)配計劃在基站內(nèi)進行電池整組更換，注意電池連接條的螺絲應全部擰緊，避免充電不均衡及火災事故。(2)根據(jù)電池的更換情況，酌情調(diào)整開關(guān)電源整流模塊數(shù)量。(3)開關(guān)電源參數(shù)調(diào)整。例如，當整組容量下降40-50%時，蓄電池出現(xiàn)早期失水，如此時環(huán)境溫度過高或開關(guān)電源參數(shù)設置不合理，將造成蓄電池進一步大量失水，電解液比重增大，容量下降嚴重。此時應首先對單體蓄電池適當補充水分，再利用活化儀設備進單體硫化處理，活化循環(huán)2-4次后，重新調(diào)整開關(guān)電源充電參數(shù)，原廠家規(guī)定的浮充電壓53. 5-54V調(diào)整為54. 3-54. 7V，原廠家規(guī)定的均充電壓由原來的56. 4V調(diào)整為56V，充電限流值由原來的廠家規(guī)定的0. 15C調(diào)整為0. IOC0并增加相應的均充時間，由過去的12小時調(diào)整為14-16小時。衡壓均充時間由過去的3-5小時調(diào)整為6-8小時。(4)后續(xù)需根據(jù)動環(huán)監(jiān)控已調(diào)基站的放電情況，酌情進行第二次、第三次開關(guān)電源參數(shù)調(diào)整。(5)退下來的電池返回庫房進行修復與報廢處理。蓄電池容量配組與集中修復具體而言，將庫存報廢蓄電池組及基站返回的在網(wǎng)電池經(jīng)過多次容量配組，得到應報廢蓄電池組和可修復蓄電池組，前者直接報廢處理即可，后者經(jīng)過集中容量修復后，將容量提升到可接受容量，例如標稱容量的80%左右，就可以直接上站替換現(xiàn)有運行不良電池組。應指出，此處的標稱容量的80%這一可接受容量僅僅是示例性而非限制性的。實踐中，該可接受容量可以是標稱容量的80-90%，例如標稱容量的85%。配組與集中修復的操作步驟如下(I)電池報廢原則首先挑選物理損壞嚴重的(包括外殼有裂紋漏液的、爬酸嚴重的、極板腐蝕損壞的、極板短路的、極柱破損的、鼓脹變形嚴重的等)，通過端電壓測試，電壓為OV的，即可認為可直接報廢。其余的需要進一步人工修復處理，來判定是否有再利用價值。
(2)電池配組及修復過程I :把電池盡可能按同品牌、同批次、同型號的進行配組，并根據(jù)電池容量選擇合適的電流用10小時率進行3次充放電循環(huán)測試，每次均需記錄電池端電壓的變化與放電時長。根據(jù)端電壓的變化判斷其容量變化。經(jīng)過3次完全的充放電測試,挑出容量無法恢復正常的電池放在一邊,其余的重新配組重復上述充放電流程。每組電池修復周期在60-70小時左右。由于在庫房內(nèi)用放電儀進行放電，每個放電儀發(fā)熱功率為5000W，所以庫房內(nèi)會產(chǎn)生大量熱能。因為蓄電池對環(huán)境溫度非常敏感，其最佳環(huán)境溫度為15-25度，需配置空調(diào)來降低室內(nèi)溫度，以保證蓄電池修復效果。(3)電池配組及修復過程2 :針對經(jīng)過3次充放電測試后仍無法恢復容量的電池，進行有針對性的加水、除硫等工作。注意此處的加水、除硫需根據(jù)電池的損壞程度進行適量、適度的調(diào)整。比如加水的量、除硫脈沖的時長與強度等等，不要損壞電池的物理特性。通過加水、除硫措施后，重復上述步驟，即重新配組、充放電測試，如有確實不能修復的則判斷為可報廢，其余電池需修復到滿足指標為止。(4)最終形成以組或品牌型號為單位的修復好的蓄電池，等待上站替換。 下面簡要說明通信基站開關(guān)電源參數(shù)的調(diào)整方法。在實際維護工作中，由于缺乏有效的研究與指導，基站開關(guān)電源參數(shù)一般采用系統(tǒng)默認值，導致蓄電池的使用壽命可能大大縮短。發(fā)明人通過對大量基站進行總結(jié)，摸索出一套較為可行的參數(shù)調(diào)整方法。例如，典型參數(shù)調(diào)整原則如下，其中由于開關(guān)電源設備品牌不同，可能參數(shù)名稱存在不一致的情況(I)定時均充周期一般為60天；(2)定時均充時間6 14小時；(3)轉(zhuǎn)浮沖參考電流4 IOA ;(4)恒壓均充時間約4小時；(5)轉(zhuǎn)均充判斷電池容量70% 85% ;(6)轉(zhuǎn)均充判斷電池電壓48. 75V 47. 8V ；(7)轉(zhuǎn)均充判斷放電時間0 3小時；(8)蓄電池充電效率運行I年以上的蓄電池組可設定為97 120%，運行2 4年以上的蓄電池組可設定為93 5% ;(9)蓄電池充電過流點限制在0. 3C10A以內(nèi)；(10)蓄電池充電限流點充電最大電流應掌握到0. 10 0. 25C10A。通過開關(guān)電源參數(shù)的調(diào)整，改善了蓄電池的充放電管理模式，在后續(xù)使用過程中可持續(xù)的對蓄電池進行養(yǎng)護式充電，延緩蓄電池容量下降速度，延長蓄電池使用周期。根據(jù)本發(fā)明的方法，約93%的基站蓄電池放電能力得到明顯提升，約7%的基站蓄電池放電能力改善不明顯，與項目實施時人為操作誤差相關(guān)。本發(fā)明在報廢電池利舊工作中覆蓋約8100塊報廢電池，共利舊2736塊報廢電池，容量恢復至標稱容量的80%以上，已全部上站使用。在網(wǎng)三年內(nèi)報廢電池的可利舊率為40%左右，在網(wǎng)三年以上報廢電池的可利舊率約為10% 15%左右(依各地實際應用更換情況及電池品牌不同而不同)。通過實施本發(fā)明的蓄電池精細化維護方法，平均每基站可節(jié)省更新資金30%。由于蓄電池壽命延長，容量得以保證使發(fā)電成本可下降60 %。蓄電池的再利用可大量減少廢棄蓄電池，降低通信基站應急發(fā)電時長，實現(xiàn)節(jié)能減排的環(huán)保目標。
此處所使用的術(shù)語“均充(或均衡充電)”是指為確保蓄電池組中的所有單體蓄電池完全充電的一種延續(xù)充電。此處所使用的術(shù)語“標稱電壓”是指用來鑒別蓄電池類型的適當?shù)碾妷航浦?。此處所使用的術(shù)語“飽和電壓”是指蓄電池允許的最高電壓。此處所使用的術(shù)語“充電速率”是指用來表示電池充電時電流的大小數(shù)值。在本申請中，充電速率是以蓄電池額定容量(C)為單位的。例如，IOC的充電速率表示需要0. I小時將蓄電池充電至其額定容量。此處所使用的術(shù)語“涓流充電”是指為補償自放電，使蓄電池保持在近似完全充電狀態(tài)的連續(xù)小電流充電。此處所使用的術(shù)語“急充電”是指以高充電速率短時間的一種部分充電。 此處公開了本發(fā)明的詳細實施例，但是應當理解，所公開的實施例僅僅是本發(fā)明的示例性實施例，且可以按照多種形式來具體實現(xiàn)本發(fā)明。因此，此處公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應解讀為對本發(fā)明進行限制。因此，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)進行諸多調(diào)整或改進都是可能，且所述調(diào)整或改進落在由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通信基站蓄電池組精細維護方法，其特征在于，該方法包括下述步驟 監(jiān)測蓄電池的實際容量； 將蓄電池的實際容量與閾值容量進行比較； 當蓄電池的實際容量大于該閾值容量時，進行蓄電池在線容量配組；以及 當蓄電池的實際容量小于或等于該閾值容量時，進行蓄電池更換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的通信基站蓄電池組精細維護方法，其特征在于，通過使用放電儀或者真負載進行在線放電測試，確定需要更換的蓄電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的通信基站蓄電池組精細維護方法，其特征在于，蓄電池更換的方式為蓄電池單體更換或者蓄電池組整組更換。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的通信基站蓄電池組精細維護方法，其特征在于，在蓄電池在線容量配組之后，或者在蓄電池更換之后，對蓄電池進行開關(guān)電源參數(shù)調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的通信基站蓄電池組精細維護方法，其特征在于，開關(guān)電源參數(shù)調(diào)整包括調(diào)整蓄電池的定時均充周期、定時均充時間、轉(zhuǎn)浮沖參考電流、恒壓均充時間、轉(zhuǎn)均充判斷電池容量、轉(zhuǎn)均充判斷電池電壓、轉(zhuǎn)均充判斷放電時間、蓄電池充電效率、蓄電池充電過流點、或者蓄電池充電限流點。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的通信基站蓄電池組精細維護方法，其特征在于，對被更換的蓄電池進行蓄電池容量配組。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的通信基站蓄電池組精細維護方法，其特征在于，對蓄電池進行循環(huán)充放電測試，當容量無法恢復到可接受容量時，對蓄電池加水、除硫，再對蓄電池進行循環(huán)充放電測試，將容量仍無法恢復到可接受容量的蓄電池報廢。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的通信基站蓄電池組精細維護方法，其特征在于，對蓄電池進行循環(huán)充放電測試，當容量可以恢復到可接受容量時，通過循環(huán)充放電將蓄電池修復到可接受容量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的通信基站蓄電池組精細維護方法，其特征在于， 對于在加水、除硫后，再進行循環(huán)充放電測試，容量可以恢復到可接受容量的蓄電池，通過再次循環(huán)充放電將蓄電池修復到可接受容量。
10.一種通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)，該通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)包括蓄電池組數(shù)據(jù)采集和分析模塊，其用于采集和分析蓄電池組的歷史運行數(shù)據(jù)；蓄電池組；電源，其用于對蓄電池組進行充電；充放電控制模塊，其用于控制對蓄電池組的充放電，其特征在于，該通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)利用如權(quán)利要求1-9中任意一項的通信基站蓄電池組精細維護方法對蓄電池進行精細維護。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通信基站蓄電池組精細維護方法，該方法包括步驟監(jiān)測蓄電池的實際容量；將蓄電池的實際容量與閾值容量進行比較；當蓄電池的實際容量大于該閾值容量時，進行蓄電池在線容量配組；以及當蓄電池的實際容量小于或等于該閾值容量時，進行蓄電池更換。本發(fā)明還公開了一種通信基站蓄電池組后備電源系統(tǒng)，其利用本發(fā)明的通信基站蓄電池組精細維護方法對蓄電池進行精細維護。
文檔編號H01M10/42GK102709611SQ201210124318
公開日2012年10月3日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者何心剛, 包靜, 蔡晶 申請人:北京寶盒精英科技有限公司