一種智能測量無人值守基站中電池可用時長的方法
2019-12-6 來源：中國移動通信集團黑龍江有限公司 作者：王麟 劉佳雪 魏來
1 方案背景
直流不間斷電源系統（比較常見的是開關電源與蓄電池組成）主要供直流負載設備所用。在電網出現異常時，直流不間斷電源將存儲于電池中的電能釋放，供負載使用。隨著電池使用年久，電池損耗不可避免，這樣直接影響到直流不間斷電源系統的續航能力（儲能設備放電時長）。到了后期電池損耗比例甚至會高達 40 ～ 50%以上，以前可以續航 3 小時，現在就只能支撐 1 ～ 1.5 小時，如果直流不間斷電源系統設置了電池保護值，電池放電時長很可能在 1 小時以內，甚至更短。
日常維護基站動力設備時，一旦停電，維護人員經常被以下問題困擾 ：隨著使用年久，基站中電池到底有多少容量可用？如何能自動獲取電池可用容量？基站停電后，基站中的蓄電池的續航時間有多久？如何能精確獲取該站電池的放電時長？
本方案目的在于提供一種可以遠程操控基站電池可用容量檢測功能，或根據預設程序，在無人值守情況下，全自動完成基站電池可用容量檢測功能。電池可用容量數據記錄在動環系統中，一旦停電，動環系統將根據電池可用容量與當前放電電流進行自動計算，得出該基站在停電狀態下通訊保障時長。
一旦停電，該時長進入倒計時并在動環監控系統顯示，并提示維護人員。特別是大面積停電時，維護人員可以根據此項內容，科學安排眾多停電基站發電順序，把工作效率最大化，將掉站風險降到最低。
蓄電池可用容量，是制約電源系統續航能力的關鍵，根據我公司基站蓄電池維護規定，每年至少要測試一次蓄電池可用容量，即進行一次在線放電測試。測試一組電池需要 1500 到 2000元，根據每個地市的基站數量及基站里的組電池數量測算，每年花費的測試費用負擔很大。
2 現有技術的技術方案
目前常見的電池容量檢測方法如圖1 所示。
技術現狀一 ：電導檢測法，電導是電阻的倒數，對電導值的測量，實際上是通過電阻值的測量后換算得出結果，電導值越大電池越健康。與內阻測試原理相同。
技術現狀二 ：內阻檢測法，電池的內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力，一般來說電池內阻越小電池越健康。
技術現狀三 ：在線放電檢測即核容檢測法，對蓄電池放電測量，當電池電壓下降到設定值時，視為蓄電池完全放電。將蓄電池的放電電流與放電的總時長相乘，即可算出蓄電池的可用容量，該方法為我公司目前檢測電池可用容量的主要方法。
圖 1 目前常見的電池容量檢測方法
3 現有技術的缺點及本方案要解決的問題
3.1 對比技術現狀一
電導檢測法，需要借助第三方設備，人工測量。在電池極柱不同位置測試時，顯示的測試結果都有一定差異，且測試數值反映的電池容量與實際電池可用容量具有一定差距 ；每次測試都需要耗費大量的人力和時間。
本方案采用在電池上永久固定測試線，避免了該問題產生。
3.2 對比技術現狀二
內阻檢測法，需要借助第三方設備，人工測量。測量時，為保證測量精準，需要將電池開路后測試，如果測試過程中遇到停電，設備會直接斷電，會對設備使用帶來極大的影響，進而影響正常的生產、生活 ；該電阻所測量的值是毫歐級，在電池正負極柱上測試，哪怕測試用探針移動很小的位置，測試數值也具有較大差異，一旦極柱氧化，測試數值將會與實際電池可用容量產生更大差異。
本方案采用在線式放電技術，電池測試時不用開路即可測試 ；本方案采用永久性固定測試線路，永久性固定測試線在所有需要測試的電池極柱上，避免了該問題產生。直流不間斷電源系統（開關電源），可以根據需要自動實現內阻測量功能。
3.3 對比技術現狀三
在線放電檢測即核容檢測法，需要借助第三方設備，人工測量。為了掌握電池可用容量，我單位一般要求一年至少測試一次，工作勞動強度大、耗費時間長，該工作中數據線接線繁瑣、安全
性差（接線數量較多，易發生正負極直接連接，產生火險），但是最后測試結果精準，可以最大限度反映出電池目前可用容量 ；該測試是第三方來完成，測試一組電池需要 1500 到 2000 元的費用，每年花費的測試費十分龐大。
本方案采用永久性在儲能（電池）設備上固定數據線，數據線永久性固定在所有需要測試的電池極柱上，一次性將所有測試線路布置完成，杜絕了每次測試都需要重新安裝線路的問題，最大限度降低發生火險的可能 ；同時永久性布置線路還可以檢測每節電池的電壓 ；直流不間斷電源系統（開關電源），可以根據需要自動實現在線放電檢測即核容檢功能。
4 本技術方案的詳細闡述
4.1 方法一 ：遠程人工測試電池可用容量
辦公室人員利用辦公終端向動環系統，遠程發布檢測指令，測試基站開關電源配套蓄電池可用容量，動環系統收到指令后 ：
（1）遙控開關電源自動斷開交流輸入或停止整流模塊運行（模擬停電環境），電池開始放電。
（2）電池放電過程中，開關電源或動環系統自動監控電池放電電流、電池電壓，動環系統每隔 10 分鐘采集一次電池放電電流、電池電壓數據（采集間隔時長可根據需要設定，間隔越短數值越精確）。
（3）當電池電壓降到保護電壓或設定電壓時，電池放電自動終止。開關電源自動開啟交流輸入或自動運行整流模塊（解除模擬停電環境），電池開始充電。
（4）動環系統后臺將電池放電時間內記錄的電流及間隔時長的乘積，分別相加，即為基站電池可用容量。
圖 2 遠程人工測試電池可用容量流程圖
4.2 方法二 ：全自動測試電池可用容量
（1）動環系統根據預設定指令，請求在安全時間段進行放電檢測工作。
（2）維護人員收到請求后，判定放電時間段是否符合規定，如符合相關要求，進行第三步。
（3）動環系統控制開關電源自動斷開交流輸入或停止整流模塊運行（模擬停電環境），電池開始放電。
（4）電池放電過程中，開關電源或動環系統自動監控電池放電電流、電池電壓，動環系統每隔 10 分鐘采集一次電池放電電流、電池電壓數據（采集間隔時長可根據需要設定，間隔越短數值越精確）。
（5）當電池電壓降到保護電壓或設定電壓時，電池放電自動終止。開關電源自動開啟交流輸入或自動運行整流模塊（解除模擬停電環境），電池開始充電。
（6）動環系統后臺將電池放電時間內記錄的電流及間隔時長的乘積，分別相加，即為基站電池可用容量。
圖 3 全自動測試電池可用容量流程圖
4.3 方法三 ：自動測試電池電導值、內阻值
辦公人員利用辦公終端向動環系統，遠程發布檢測指令，或者根據預設測試指令遙控動環系統開展基站電池電導、電阻值測試測試。動環系統收到指令后 ：
（1）開始對基站電池組進行電導值和內阻值檢測。
（2）完成檢測后將結果與標準值進行比對。
（3）將結果保存到數據庫。
圖 4 自動測試電池電導值、內阻值流程圖
4.4 注意事項
放電安全時段基本條件 ：不在公司封網條件下 ；與電業局電網檢修時間錯開 ；23 ：00 之后開始，凌晨 5 點前必須終止 ；基站如使用農村電網，應錯開農忙時間，避免由于農忙用電負荷大，導致基站電壓過低，基站電池放電檢測結束后。
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長計算公式
放電時長 = 蓄電池可用容量 *（1-0.01*T）/ 當前放電電流，其中 T 為距離上次電池可用容量測試過去多少個月，不足整月按整月算。
5 本方案技術優點
1. 現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，自動實現所有技術，省時省力省錢。
2. 現有手段接線繁瑣、安全性差（接線數量較多，易發生正負極直接連接，產生火險）。本方案采用永久性固定測試線路，永久性固定在所有需要測試的電池極柱上，一次性將所有測試線路布置完成，杜絕了每次測試都需要重新安裝線路的問題，最大限度降低發生火險的可能。
3. 本方案利用動環系統遠程遙控開關電源，自動安排合理的時間段完成電池可用容量檢測功能。
4. 本方案可以顯示真實有效的基站電池續航時長，可以為科學安排停發電工作提供依據 ；
5. 本方案的電池可用容量、電池電導值及電池的電阻值測量結果，可以體現出電池的健康度，可以為電池是否需要更換提供依據。
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