基站蓄電池遠程自動化維護系統

胡國強

（中國移動石家莊分公司，河北 石家莊050021）

1 概 述

按照電源設備的維護規程要求，每年要對基站蓄電池組進行一次核對性放電試驗。目前采取的方式為維護人員到現場進行放電試驗，工作量大，同時也占用了較多的人力、物力，給維護工作帶來一定的困難。如果同時進行兩組蓄電池的測試工作則還存在影響網絡安全的隱患。

本文介紹的基站蓄電池遠程自動化維護系統在現有動環監控系統平臺上增加相關設備實現，在保證網絡供電安全的前提下，通過系統對電池組進行自動化遠程控制，實現放電試驗，實時測量蓄電池單體電壓、放電電流等數據，自動核算蓄電池實際單只容量、整體放電時長等數據。減輕了維護人員的工作量，提高工作效率。

2 系統實現

2．1 系統簡介

本系統由基站端的蓄電池放電控制器、蓄電池監測器及監控中心分析軟件構成（如圖1）。當需要進行放電核容操作時，監控中心手動發送控制命令至蓄電池放電控制器。監控中心在下發命令時，可以指定放電時間，蓄電池放電控制器在接收到命令后，首先對命令中規定的放電時間的合法性進行判斷，超出最大規定時間（15 h），則不執行測試命令并給出提示，符合規定則開始放電，同時在動作后開始計時，時間到或超出了規定的最大放電時間則自動終止放電。在此過程中，蓄電池監測器實時檢測各單體電壓、單體溫度（或標示溫度）、總電壓和充放電電流，并上傳至監控中心。監控中心記錄放電的開始時間和各時間段的電壓、電流值，計算電池實際容量。在非核容期間，根據其他因素適當調整容量值。蓄電池放電控制器通過RS485通訊接口實現與監控單元的通信，并且通過監聽通訊總線上的數據，進行放電條件的邏輯判斷。控制器實時監測放電控制器內的溫度狀況和轉換開關狀態以保證基站及網絡安全。該系統會分享基站動力環境監控系統的一些數據來實現邏輯控制，比如通過獲取市電檢測數據來判斷是否開始或終止放電試驗的動作。

圖1 蓄電池遠程放電核容系統結構圖

2．2 系統安全設計

由于該系統在工作時，現場處于無人監視狀態，因此必須考慮足夠的安全性，主要體現在現場的安全以及對網絡正常供電。

假負載在放電過程中產生了較大熱量，溫度較高，放電控制器應具備良好的散熱性能，不得因為過熱引起安全隱患，保證機房安全，避免火災發生。針對機房安全，重點監測環境溫度、假負載溫度、蓄電池溫度，關注溫度探頭、接觸器工作狀況。在電池環境溫度高于30°情況下、前臺設備直流接觸器處于故障狀態或者溫度探頭處于故障狀態，系統不執行放電操作，并向后臺給出提示。控制器實時監測假負載的溫度，發現溫度過高（閥值可設）停止放電，并向監控中心發送告警信息。監控中心和放電控制器實時檢測蓄電池單體溫度，如果發現電池溫度達到了設定值（可設置），自動下發放電測試終止命令，停止放電，核容結束。放電控制器實時檢測另一組電池的狀態，當單體溫度過高時，處于放電狀態的電池組則立即停止放電。

為了保證蓄電池對網絡正常供電，系統著重考慮了市電狀況、蓄電池放電狀況、兩組蓄電池互備狀況、接觸器狀況、系統通信狀況等。系統在市電、兩組蓄電池均處于正常狀態時才會開始工作。系統在放電過程中實時監測兩組蓄電池組狀態，包括單體電壓、總電壓等，同時，監測市電狀態，如果市電停電，立即停止放電，恢復蓄電池與開關電源連接。放電控制器實時檢測另一組電池的狀況，如果發現另一組電池處于放電狀態則立即停止放電。控制器實時對轉換開關的狀態進行檢測，不能因為系統故障導致開關電源和電池組永久斷開，發現狀況不正常，立即停止放電，并向監控中心發送告警信息。

2．3 容量算法

2．3．1 名詞解釋

系統對標稱容量、實測容量、估算容量、剩余容量等數據含義做如下規定：

（1）標稱容量：電池組在標準放電條件（25°C，10小時率）下所能放出的電量，是電池上標示的容量。

（2）實測容量：電池組在完全放電（放電結束時電壓降至終止電壓）時，在實際放電條件下放出的電量轉換成標準放電條件（25°C，10小時率）下的電量。

（3）估算容量：電池組在完全放電時的估算容量與實測容量一樣。電池組在非完全放電時，依據完全放電曲線數據按照某種算法計算出的電池組在標準放電條件（25°C，10小時率）下的電量。

（4）剩余容量：電池組在標準放電條件（25°C，10小時率）下預計還能放出的電量。

（5）剩余放電時長：放電時，電池組在當前放電條件下預計還能放電的時長。非放電時，電池組在當前溫度條件下假定以上次放電時電流大小放電預計能放電的時長。

（6）電池組主單體為電池組內性能最差電池單體，在經歷完全放電之前，默認是1號單體。

（7）電池組實測容量值為電池組主單體的實測容量。

（8）電池組估算容量值為電池組主單體的估算容量。

（9）電池組預計剩余容量值為電池組主單體的剩余容量。

2．3．2 容量估算方法

（1）單體實測容量計算

電池單體在完全放電（放電結束時單體電壓降至終止電壓）條件下，放電過程中實時采集單體電壓和電流，保存本次完全放電曲線，按式（1），用放電電流對時間積分計算基準容量QC。并存儲單位壓降時的電池單體放電容量Qvt，用作今后電池單體容量估算的基礎數據。

式中，T為完全放電的總時長；t為單位采集時間；△IA為放電電流（充電時為充電電流）；Ce為與環境溫度、放電電流相關的容量修正系數，按式（2）計算

式中：t為放電時的環境溫度；K為溫度系數，10 h率放電時K＝0．006／℃，3 h率放電時K＝0．008／℃，1 h率放電時K＝0．01／℃。

（2）單體估算容量計算

當電池單體沒有完全放電時，可以利用本次放電數據結合最近一個完全放電曲線，對電池單體的容量進行估算，如果沒有完全放電曲線，不能進行容量估算。容量估算算法如下：

根據電池單體的放電數據利用式（3）計算出電池單體本次放電的容量

將電池單體的放電電壓，與完全放電記錄的參考數據進行核對，利用式（4）估算出電池單體的容量Qe，即電池單體估算容量：

式中，Qt為當前電池單體的放電容量；Qv為標準數據中與此次放電同等電壓的放電容量；QC為完全放電時計算出來的電池單體實測容量；Qe為估算容量。

（3）放電時剩余容量計算

放電時，按式（1）實時計算當前的放電總量Qt，根據式（5）、（6）實時計算剩余容量和剩余放電時長Ts。

式中，Qe為電池單體估算容量；Qt為當前放電總量；Qs為當前剩余容量；It為當前放電電流；Ts為剩余放電時長。

（4）充電時剩余容量計算

放電結束后，充電過程中，按式（1）實時計算當前充電總量，根據式（7）實時計算電池單體當前剩余容量：

式中，Qs為當前剩余容量；Qe為電池單體估算容量；Q為本次放電終止時的放電總量；Qt為當前充電總量；Cr為充電效率。

3 結束語

通過與傳統的蓄電池放電核容方法進行試驗對比，蓄電池核容結果滿足誤差要求，并且在放電過程中可以發現落后的單體電池，保證了蓄電池組為通信網絡提供良好供電。

蓄電池自動化遠程放電控制系統能夠在無人值守的情況下實現對基站蓄電池進行放電，對未放出的電量進行合理估算，并且對放電過程中的監測數據輸入數據庫，減輕了工作量，提高了工作效率。該系統的安全性、核容結果的準確性、操作的簡捷性等特性有效地提高了該系統的推廣應用價值。