如何保证蓄电池在恶劣环境下正常工作

 蓄电池组是通信直流电源系统中的重要组成部分，相当于备用电源，是通信直流电源系统的最后一道防线。在电信业务的初期发展过程中，运营商对蓄电池关注较少，随着电信运营领域的竞争加剧，运营商对蓄电池的使用寿命、维护工作量、TCO非常关注，要求越来越高。

    近年来，全球主流运营商的新建基站中，室外基站的比例逐年提高。室外基站一般处于偏远地区，电力保障较差。通信直流电源系统在室外基站的应用渐成主流，蓄电池经常处于高温、电网频繁停电的恶劣应用环境。

    随着室外基站应用的增多，恶劣应用环境下蓄电池故障问题逐渐突显，特别是在巴基斯坦、印度等南亚地区，给运营商造成了经济损失，又损害了运营商的客户满意度。针对在恶劣应用环境下蓄电池大量损坏，中兴通讯进行了广泛调研。问题的关键不在蓄电池本身，而在于室外蓄电池柜没有考虑对蓄电池进行高温防护。要想根本解决问题，必须提供蓄电池在室外恶劣环境下应用的综合解决方案。

蓄电池使用寿命分析

    室外柜的散热方式有多种，哪种散热方式适合室外蓄电池柜呢？这要从蓄电池的产品特性说起。对于通信直流电源系统中的蓄电池，用户最关注的是使用寿命。影响蓄电池使用寿命的主要因素是环境温度和电网条件。

    环境温度越高，蓄电池的使用寿命越短。当环境温度高于蓄电池设计寿命要求温度（25℃）时，温度每上升10℃，使用寿命缩短一半。

    电网频繁停电也会降低蓄电池的使用寿命。蓄电池的放电次数、放电深度直接影响蓄电池使用寿命，放电次数越多、放电深度越深，蓄电池的使用寿命越短。

    运营商无力改善电网条件或者改善电网条件的成本太高、无法承受，所以我们从降低蓄电池的工作环境温度入手，来提高蓄电池的使用寿命。

制冷部件选择

    室外柜的传统散热方式是风扇直通风或热交换器，但这两种方式都不能使柜内温度低于柜外环境温度。对于高温地区（一般在40℃以上）的应用场景，需要通过主动散热，使室外蓄电池柜的柜内温度低于环境温度。中兴通讯突破常规，组合创新，把制冷部件引入了室外蓄电池柜。

    由于蓄电池放电和正常充电时（不过充电）基本不发热，因此，室外蓄电池柜需要的制冷量小，据测算，通常情况下室外蓄电池柜只要200—400W的制冷量就够了。热电制冷的效率与容量大小无关，在冷量负荷小的应用领域具有优势。对于室外蓄电池柜应用场景（冷量负荷小），采用热电制冷（Thermoelectric Cooler，即TEC）空调是一个理想选择。TEC空调采用新兴的半导体制冷技术，和传统压缩机空调相比有以下优势：

    ● 结构简单、可靠性高。整个制冷器由热电制冷模块和导线连接而成，不需要压缩机，没有机械转动部件，可靠性高，寿命长（在32℃环境下寿命大于100,000小时）。

    ● 制冷不受交流停电影响。采用直流48V供电，在交流停电时由蓄电池给TEC空调供电。

    ● 体积小，特别适合室外柜安装。

    ● 维护方便。TEC空调不需要制冷剂循环、没有压缩机转动，维护工作主要是防止防虫网被堵住，维护工作量很小。

    ● 绿色环保。TEC空调不用氟利昂制冷剂，对大气臭氧层无损害，绿色环保。

    基于以上考虑，中兴通讯选用TEC空调作为室外蓄电池柜的制冷部件。

TEC室外蓄电池柜提升蓄电池使用寿命、降低TCO

    TEC室外蓄电池柜由TEC空调、柜体、隔热保温层等组成。为了满足安装不同容量和不同种类蓄电池需要，中兴通讯设计了系列TEC蓄电池柜。可以根据系统配置的蓄电池种类、容量及组数，选择不同的蓄电池柜，以满足不同的应用场景。TEC蓄电池柜在产品设计时充分考虑制冷效果和产品可靠性，选用先进的制冷芯片、高可靠性的风扇、保温性良好的隔热棉。为了达到理想的降温效果，要求机柜具备良好的隔热效果，我们对隔热棉进行了专业设计，尽量使用整张原材料而减少开孔和裁剪，隔热棉厚度40mm。蓄电池柜与TEC模块一样采用IP55防护等级设计，具备良好的高温防护能力。

    采用TEC空调的室外蓄电池柜实验测试结果表明，在柜外环境温度40℃以上时，柜内温度比柜外温度低15℃，蓄电池工作在最佳使用温度范围内。和运营商现网的普通室外蓄电池柜相比，蓄电池的使用寿命提高了1.5倍。

    虽然采用TEC室外蓄电池柜增加了蓄电池柜的采购成本，但是其高温防护能力使蓄电池工作在最佳使用温度范围，避免了因使用寿命过低造成的蓄电池成批更换，从而节省了成批更换蓄电池的采购成本、相关运输费用和人工费用，降低了运营商的运行维护成本。蓄电池使用寿命的大幅度提高有效保障了通信网络的安全可靠运行，显著改善运营商的客户满意度。
该方案已经在巴基斯坦实际应用。2010年5月中旬， TEC蓄电池柜运抵巴基斯坦某运营商室外基站，采用综合解决方案对该站的直流电源系统进行了现场改造。TEC蓄电池柜投入使用后，对其制冷能力进行了测试，根据现场测试数据生成的温度走势曲线如图1所示。T2为TEC蓄电池柜内部温度，Tc为室外环境温度（在遮阳篷下的阴凉处测得），ΔT为环境温度与柜内温度的温差。

 图1 TEC蓄电池柜温度走势曲线

    从测试结果看，在中午12:00至下午5:00之间的时间段，室外环境温度较高，最高达到45℃时，TEC蓄电池柜可以达到内外温差15℃的制冷效果。蓄电池柜内部温度控制在25℃—30℃之间，满足蓄电池最佳使用温度范围要求。

    实际应用表明，采用综合解决方案可以大幅度提高蓄电池在恶劣应用环境下的生存能力，显著减少蓄电池的维护工作量，有效降低室外站直流电源系统的综合TCO。

[关键词] 电源