移动通信基站蓄电池能耗智能管理及修复技术

随着节能减排成为整个社会的共识，移动通信产业也开始了大规模的“绿色运动”。 据统计，目前中国电信、中国移动、中国联通三大运营商的移动基站共有135万个左右，基站蓄电池总价为945亿元。每年大约有10%的站点需要更换蓄电池，采购成本至少需要94亿元。而移动基站的数量还在以每年20%~30%的速度增加。蓄电池原材料价格的不断提升造成蓄电池价格坚挺，随着通信主设备的价格下降，蓄电池在整个投资中的比例不断提升。通信网络规模的快速扩大，加之中国电网的复杂及电力紧缺，运营商对油机设备的使用数量和频率大大增加，不仅提高了维护成本，每年在处理废旧蓄电池的过程中还产生大量含铅的烟、尘和废水，对环境造成很大的污染。运营商迫切需要对蓄电池进行科学管理，以降低投资成本，节能减排。

    合肥中兴电子科技有限责任公司针对上述情况开发出了蓄电池能耗智能管理及修复系统。

系统的创新优势

    ● 远程网络化测试蓄电池的放电特性，提高测试效率，节省人力、物力

    蓄电池组在线放电检测子系统采用网络化测试方法，可同时对多个待测站点的蓄电池进行充放电特性测试。监控中心通过下发指令的方式进行放电操作，网络测试仪将测试数据实时上传至监控中心，测试现场无需人员值守，批量测试、效率高、节省人力物力。

    ● 对劣化电池无损高效修复，提高电池的使用效能，节约电池的采购成本

    基站电池因不合理的充放电或环境温度的影响出现失水或硫化，电池因劣化无法正常放电，项目组针对这一问题自主研发的电池智能活化修复仪可对2V 24节小于1000AH的电池组整组修复，且能提高各单体电池的均匀性，修复过程只需8～10小时，无需给电池加任何修复剂，只需补充少量的蒸馏水，修复后的电池性能可保持3年以上，这种对劣化电池无损高效修复的方法可有效解决电池劣化后更换电池的麻烦，提高电池的供电能力，延长电池的使用寿命。

    ● 创建通信电源能量数字化监测分析系统，准确预测蓄电池供电时长，有效减少发电频次节约油耗费用

    采用通信电源能量数字化监测分析系统，能够对蓄电池的可供电时长进行排序和告警，自动形成发电调度预案，对油机调度和发电工作起着科学的指导作用，充分利用现有资源，为油机调度提供准确数据，节约大量的油、车费用，有效减少基站退服率。

    ● 创建通信电源主动维护系统，提早发现电池劣化诱因，主动维护、远程网络指导消除电源隐患

    远程主动维护改变了出现故障再去处理的被动工作模式，专家系统对监测的数据进行分析，列报基站电源的故障信息或隐患故障信息，并给出具体处理的工单指令，为运维人员实现对蓄电池精细化维护管理提供科学规范的指导，提早发现电池劣化诱因，远程维护消除电源隐患于萌芽状态。这对于应对目前基站分布广、专业电源维护人员少、有了故障再去被动处理的维护现状极具现实意义。

    ● 创建通信基站蓄电池动态信息平台，集中管理为维护管理者提供准确的决策信息

    通过现有网络实现对各基站蓄电池数据的采集和控制，通过侦测发现隐患故障、排除故障、修复恢复电池性能，专家系统全自动分析汇总数据建立电池信息动态数据库，实时提供蓄电池的运行状态，提供蓄电池维修、更换预警报表，按照实际情况科学地更换蓄电池，从而改变以往简单地按电池使用年限为更换依据的简单做法，让蓄电池的能量用到极限，提升蓄电池使用效能。

系统构成

    该系统主要由蓄电池组容量在线放电检测子系统、蓄电池容量活化维修子系统、蓄电池组能量数字化主动维护子系统和检测维护监控中心四部分组成。

蓄电池组在线放电检测子系统

    子系统硬件主要由主控模块、单体电压采集模块、电流采集和控制模块、温度采集模块、协议转换模块及电源等部分组成（如图1）。电流采集和控制模块通过实时采集电池组放电电流，通过控制模块对放电电流实现闭环控制，从而使电池组处于恒流放电状态；单体电压采集模块、温度采集模块实时采集蓄电池电压和温度信息，主控模块通过采集到的各类信息，根据容量计算公式，对放出容量进行累加，从而精确计算出蓄电池的实际容量。

图1 蓄电池组在线放电检测子系统示意图

    蓄电池组在线放电检测子系统，通过智能自动控制，可以让并联的两组电池中的一组实现放电和在线充电恢复，而另一组电池在此过程中始终保持“在线浮充”状态以备份。相比传统的离线放电方式，它可以最大限度地延长放电过程中市电中断后电池组的供电时间。

蓄电池容量活化维修子系统

    子系统硬件即蓄电池智能活化修复仪和在线除疏器，主要由电压和电流采集模块、温度采集模块、输出控制模块、充电/修复输出模块、液晶显示和控制模块及电源等部分组成（如图2）。电压和电流采集模块、温度采集模块实时采集修复仪输出电压、电流及电池温度，输出控制模块根据采集到的输出电压和电流，对输出修复脉冲进行闭环控制；充电/修复输出模块向电池提供暂态恒流脉冲，通过“击碎”“溶解”硫酸铅结晶，达到修复电池的目的；液晶显示模块可实时显示修复过程中的电压、电流、温度等变化。


 

图2 蓄电池容量活化维修子系统示意图

    蓄电池智能活化修复仪和在线除硫器将电化学及计算机测控技术有机结合起来，采用独特的“暂态恒流”活化修复和在线除硫两种技术，修复过程中动态监测极板硫化程度（电特性表现为电池内阻微小的变化），以电特性为依据，实时调控脉冲波幅度，可有效修复硫化和失水电池，使劣化蓄电池容量恢复如新。

    蓄电池智能活化修复仪还具有活化修复、充电、提高电池均匀性的3大功能，不仅能对失水硫化电池进行活化修复，恢复电池容量，还可提高各单体电池的均匀性；此外，作为智能充电器，还可对放电后的电池进行充电，可谓一机三用。

蓄电池能量数字化主动维护子系统

    子系统硬件即蓄电池能量数字化主动维护监测仪，主要由主控模块、电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、协议转换模块及电源等部分组成（如图3）。电压、电流、温度采集模块实时采集蓄电池的电压、电流和温度，通过主控模块处理后，经由协议转换模块，上传至检测维护监控中心服务器，用户在终端即可通过网页访问的方式对各站点数据进行查询和监测。

 图3 蓄电池组能量数字化主动维护子系统示意图

    主动维护监测仪的数据传输方式灵活，各通信机房可根据实际环境条件进行选择。该监测仪通过服务器IP将采集到的各项参数上传，且每台监测仪上都有各自固定的设备编码，用户通过对不同设备的查询，实现多台站同时在线监测任务。

    监控仪内置有协议转换模块，可以把监测到的数据通过以太网或GPRS方式实时传到监测中心服务器上，实现对蓄电池的在线监测。子系统的网络结构图如图4所示。

 图4 蓄电池组能量数字化主动维护子系统网络结构图

检测维护监控中心

    检测维护监控中心作为通信电源综合检测与维护系统的“大脑”，主要完成以下功能：

    ● 蓄电池在线放电检测子系统的远程控制；

    ● 蓄电池在线放电检测子系统和蓄电池能量数字化主动维护子系统的实时数据监测；

    ● 在线放电数据、活化修复数据和在线监测数据的收集和归档；

    ● 历史数据查询和分析、数据曲线和报告打印的原始数据来源；

    ● 蓄电池保养维护、维修更换的主要数据依据。

社会效益和经济效益分析
社会效益

    ● 实现了基站蓄电池的主动维护，维护人员可及时发现劣化蓄电池，根据监控数据制定出相应改善措施，消除了基站的安全隐患，保证基站通信万无一失；

    ● 出现交流断电故障后，可根据基站蓄电池监控数据，提供科学合理的油机调度，合理分配人力、物力，不仅有效降低发电成本，还充分利用了基站蓄电池做为后备电源的功能；

    ● 网络化的维护方式，一个专业维护人员便可对多个基站进行统一管理，不仅大量节约了维护成本和维护人员，还避免了因维护人员水平的不同造成维护质量不能保障的难题；

    ● 采用独特的自适应充电方式和先进的蓄电池修复技术，有效延长了蓄电池的使用寿命，可将蓄电池报废量减少80%，即污染源减少80%，既为国家节约了能源，又减少了废电池对环境的污染，达到了节能减排的目的；

    ● 提升蓄电池使用效能，满足了国家可持续发展战略和节能减排的要求，树绿色形象。

经济效益

    ● 节约采购成本。仅以中国电信、中国移动、中国联通的135万个基站为例进行计算，基站蓄电池总价为945亿元。按每年更换10%计算，每年更换蓄电池的费用为94亿元。使用该系统进行科学有效地更换蓄电池，可有效减少蓄电池的更换数量。按每年减少40%更换率计算，则每年节约成本约37亿元。

    ● 降低蓄电池淘汰率，节约费用。蓄电池使用周期为6年，该系统通过实际保有容量的检测，通过改变参数，预先排除个别劣性蓄电池的方法，有效延长蓄电池的使用寿命。按延长蓄电池使用寿命1年计算，每年可节约94亿元。

    ● 节约蓄电池在发生交流故障时的维护成本。按每个基站一年发生2次停电故障计算，每次排除故障的平均维护费用为0.12万元，每年因此发生的费用约32亿元。由于本监控系统精确地给出各站点停电后蓄电池的可供电时长和切离时间，科学合理地调度维护力量，有效降低维护成本。按节约40%的维护费计算，每年可减少12.8亿元。

    ● 修复通信基站蓄电池节约的费用。通信基站的蓄电池按相关规定应5年换一次，按135万个基站计算，则每年更换54万组，使用本修复技术可修复其中80%的蓄电池，则可修复43.2万组，节约费用约86.4亿元。