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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（lóng）江有限公司作者（zhě）：王麟劉佳雪魏來

1 方案背景

直流不間斷電（diàn）源係統（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（suǒ）用。在電網出現（xiàn）異常時，直流不間斷電源將存儲於電池中的電能釋放，供負載使用。隨（suí）著（zhe）電池使用年久，電池損耗不可避（bì）免（miǎn），這（zhè）樣直接影響到直（zhí）流不間斷電源係統的續航能力（儲能設備放電時長（zhǎng））。到了後期電池損耗（hào）比例甚至會高達 40 ～ 50%以（yǐ）上，以前可（kě）以續航 3 小時，現在就隻能支撐 1 ～ 1.5 小時，如果直流不間斷電源（yuán）係統設置了電池保護（hù）值（zhí），電池放（fàng）電時長很可能在 1 小時（shí）以內，甚至更短。

日常維護基站動力設備時（shí），一旦停電，維護人員經常被以（yǐ）下問（wèn）題困擾：隨著使（shǐ）用年久，基站（zhàn）中電池到（dào）底有（yǒu）多少容量可用？如何能自動獲取（qǔ）電池可用容量？基站停（tíng）電後，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（zhǎng）？

本方（fāng）案目的在於提供一種可以遠程操控（kòng）基站電池可（kě）用容量檢（jiǎn）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（cè）功能。電池可用容量數據記錄在動環係統中，一旦停電，動環係統將根（gēn）據電池可用容量與當前放（fàng）電電流進行自動計（jì）算，得出該基站在停（tíng）電狀態下通訊保障時長。

一旦（dàn）停電，該時長進（jìn）入倒計時並在動環監控係統（tǒng）顯示，並提示維護人員。特別是（shì）大麵（miàn）積停電時，維護人（rén）員可以根（gēn）據此項內容（róng），科學安排眾多停電基站發電順序，把工作（zuò）效率（lǜ）最大化，將掉站風險降到最低。

蓄電池可用容量，是（shì）製約電源係（xì）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（yī）次蓄電池可用容（róng）量，即進（jìn）行一次在線（xiàn）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（zhàn）數量及基站裏的組電池數量測算，每年花費的測（cè）試費（fèi）用負擔很大。

2 現有技術的技（jì）術方案

目前常見（jiàn）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（zhí）的測（cè）量後換算得出結（jié）果，電導值越大電（diàn）池越健康。與內阻測試原理相同（tóng）。

技術現狀二：內阻檢（jiǎn）測法，電（diàn）池的內阻是指電池（chí）在工作時，電流（liú）流過電池內部所受到的阻力，一（yī）般來說電池內阻越小電池越健康。

技術（shù）現狀三：在線放電檢測即核容（róng）檢測法，對（duì）蓄電（diàn）池放電測量，當電池電壓（yā）下降（jiàng）到設定值時，視為蓄電池完（wán）全（quán）放電。將（jiāng）蓄電池的放電電流與放電的總時長（zhǎng）相乘，即可算出蓄電池的可用容量，該方法為我（wǒ）公司目前檢測電池可（kě）用容量的（de）主要方法。

圖 1 目前常見（jiàn）的電池（chí）容（róng）量檢測方（fāng）法

3 現有技術的缺（quē）點及本方案（àn）要解決的問題

3.1 對比技術現狀一

電導檢測法，需（xū）要借助第三方設備，人工測量。在電池極柱不同位置測（cè）試時，顯示的測（cè）試結果都（dōu）有一定差異（yì），且測試數值反映的電池容量與（yǔ）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（lì）和時間。

本方案采用在電池上永（yǒng）久固定（dìng）測試線，避（bì）免了該問題產生。

3.2 對比技術（shù）現狀二

內阻檢（jiǎn）測法，需要（yào）借助第三方設備（bèi），人工測量。測量時，為保證測量精準，需要將電池開路後測試，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（yǐng）響，進而影響正常的（de）生產、生活；該（gāi）電阻所測（cè）量的值是毫歐級，在電池（chí）正（zhèng）負極柱（zhù）上測試（shì），哪怕測（cè）試用探針移動很小的位置，測試數值也具有較大差（chà）異，一旦極柱（zhù）氧化，測試數值將會與實際電池可用容量產（chǎn）生更大差異。

本方案采用在線式放電技術，電池測試時不用開（kāi）路即可測試；本方案采用永（yǒng）久性固定測試線路，永（yǒng）久性固定測試線在所有需要測試的電池極柱上，避免了（le）該問題產生。直（zhí）流（liú）不間斷電源係統（開關（guān）電源（yuán）），可以根據需要自動實現內阻測（cè）量功能。

3.3 對比（bǐ）技術（shù）現狀三

在線放電（diàn）檢測即核容檢測法，需要借助第三方設備，人工測量（liàng）。為了掌握電池可用容量，我單位一（yī）般要求一年至少測試一（yī）次，工作勞動強度大、耗費（fèi）時間長，該工作中數（shù）據線接線繁瑣、安全

性（xìng）差（接線數量較多（duō），易發生正（zhèng）負極直接（jiē）連接，產生火（huǒ）險），但是最後測試結果（guǒ）精準，可（kě）以最大限度（dù）反（fǎn）映出（chū）電（diàn）池目前可用容量；該（gāi）測試是第三方來完成（chéng），測（cè）試一組電池需要 1500 到 2000 元的（de）費用，每（měi）年花（huā）費（fèi）的測試費（fèi）十分龐大。

本方案采用永久（jiǔ）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（le）每次測試都需要（yào）重新安裝線路（lù）的問題，最大限度降低發生火險的（de）可能；同時永（yǒng）久性布置線路還可以檢測每節電池的電壓；直流不間斷（duàn）電源係統（開關（guān）電源），可以根據需要自動（dòng）實現（xiàn）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（cè）試電池可用容量（liàng）

辦公室人員（yuán）利用辦公終端向動環係統，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，動環係統收到指令（lìng）後：

（1）遙控開關電源自動斷開交流輸入或停止整流模（mó）塊運行（模擬停電環境），電池開始放電。

（2）電池放電過程中，開關電源或動環係統自（zì）動監控電池放電電流、電池電（diàn）壓，動環係統每隔 10 分鍾采集一次（cì）電池放電電流、電池電壓（yā）數據（采集（jí）間（jiān）隔（gé）時長可根據需要（yào）設（shè）定（dìng），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（diàn）壓時，電池放電自動終止。開關電源自（zì）動開啟交流輸入或自動運（yùn）行整流模塊（解（jiě）除（chú）模擬停電環境），電池開始充電。

（4）動環係統後台將電池放電時間（jiān）內記錄的電（diàn）流及（jí）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（diàn）池可用（yòng）容量流程圖

4.2 方法二：全自動測試電池可用容量

（1）動環係統根（gēn）據（jù）預（yù）設定指令，請求在安全時間（jiān）段進行放（fàng）電檢測工作（zuò）。

（2）維護人員收到請求（qiú）後（hòu），判定放電時間段是否符合（hé）規定，如符合相關要求，進（jìn）行第三步。

（3）動環係統控（kòng）製（zhì）開關電源自動斷開交流輸（shū）入或（huò）停止整流模（mó）塊運行（模擬停電環（huán）境），電池開始放電。

（4）電池放（fàng）電過程中，開關電源或動環係統自動監控電（diàn）池（chí）放電電流、電池電壓，動環係（xì）統每隔 10 分（fèn）鍾采集（jí）一次電池放電電流、電池（chí）電壓數據（采集間隔時長可（kě）根據需要設定（dìng），間隔（gé）越短數值越精確）。

（5）當電池電壓降到保（bǎo）護電壓或設定電壓時，電池放（fàng）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（chí）開始充電。

（6）動環係統後台將電池（chí）放電時（shí）間內記錄的電流及間隔時長的（de）乘積，分別相加，即為基站（zhàn）電（diàn）池可用（yòng）容量。

圖 3 全（quán）自動測試電池可用容量流程（chéng）圖

4.3 方法三：自動測（cè）試電池電導值、內（nèi）阻值

辦（bàn）公人員利用辦（bàn）公終（zhōng）端向（xiàng）動環係統，遠程發布檢測指令，或者（zhě）根（gēn）據預設測試指令遙控動環（huán）係統開展基站電池電導、電（diàn）阻值測試測試。動環係統收（shōu）到（dào）指令後：

（1）開始對基站電池組進行電導值和內阻（zǔ）值檢測。

（2）完成檢測後將結果與標準值進行比（bǐ）對。

（3）將結果保存到數據庫。

圖 4 自動測試電（diàn）池電導值、內阻（zǔ）值流程圖（tú）

4.4 注意（yì）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（jú）電網檢修時間錯開；23 ：00 之後開始，淩晨 5 點前必須終止；基站（zhàn）如使用（yòng）農村電網，應（yīng）錯開（kāi）農忙時間，避免由於農忙用電負荷大（dà），導致基（jī）站（zhàn）電壓過低，基站電池放電檢測結束後。

充電困難，影響基（jī）站正常工作。如圖 5 所（suǒ）示。

圖 5

4.5 基站停電後該站電池放電時長計（jì）算公式

放電時長 = 蓄（xù）電池可用容量 *（1-0.01*T）/ 當前放電電流，其中（zhōng） T 為距離上次電池可用容量測試過去多少個（gè）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（rén）工操作。而本方案是改（gǎi）造直流不間斷電（diàn）源係統，自動實現所有技術，省時省力省錢。

2. 現有手段（duàn）接線繁瑣（suǒ）、安全性差（chà）（接線數量較多，易發生正負極直接連（lián）接，產（chǎn）生火險）。本方案采用永久性（xìng）固定（dìng）測試線路（lù），永（yǒng）久性固定在所（suǒ）有需要測試的電池極柱上，一次（cì）性將所有測試線路布置完成，杜絕（jué）了每次測試都需要重（chóng）新安裝線路的問題（tí），最（zuì）大限度降低發（fā）生火險的可能。

3. 本方（fāng）案利用動環（huán）係統遠程遙控開關電源，自動安排合理（lǐ）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（ān）排停發電工作提供依據；

5. 本方案（àn）的電池可用容量、電池電導值及電池的電（diàn）阻值測量結（jié）果，可以體現出電池的健康度（dù），可以為電池是否需要更換提供依（yī）據。

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