基站蓄電池遠(yuǎn)程自動(dòng)化維護(hù)系統(tǒng)

胡國強(qiáng)

（中國移動(dòng)石家莊分公司，河北 石家莊050021）

1 概 述

按照電源設(shè)備的維護(hù)規(guī)程要求，每年要對(duì)基站蓄電池組進(jìn)行一次核對(duì)性放電試驗(yàn)。目前采取的方式為維護(hù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行放電試驗(yàn)，工作量大，同時(shí)也占用了較多的人力、物力，給維護(hù)工作帶來一定的困難。如果同時(shí)進(jìn)行兩組蓄電池的測(cè)試工作則還存在影響網(wǎng)絡(luò)安全的隱患。

本文介紹的基站蓄電池遠(yuǎn)程自動(dòng)化維護(hù)系統(tǒng)在現(xiàn)有動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)上增加相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，在保證網(wǎng)絡(luò)供電安全的前提下，通過系統(tǒng)對(duì)電池組進(jìn)行自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)放電試驗(yàn)，實(shí)時(shí)測(cè)量蓄電池單體電壓、放電電流等數(shù)據(jù)，自動(dòng)核算蓄電池實(shí)際單只容量、整體放電時(shí)長等數(shù)據(jù)。減輕了維護(hù)人員的工作量，提高工作效率。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2．1 系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)由基站端的蓄電池放電控制器、蓄電池監(jiān)測(cè)器及監(jiān)控中心分析軟件構(gòu)成（如圖1）。當(dāng)需要進(jìn)行放電核容操作時(shí)，監(jiān)控中心手動(dòng)發(fā)送控制命令至蓄電池放電控制器。監(jiān)控中心在下發(fā)命令時(shí)，可以指定放電時(shí)間，蓄電池放電控制器在接收到命令后，首先對(duì)命令中規(guī)定的放電時(shí)間的合法性進(jìn)行判斷，超出最大規(guī)定時(shí)間（15 h），則不執(zhí)行測(cè)試命令并給出提示，符合規(guī)定則開始放電，同時(shí)在動(dòng)作后開始計(jì)時(shí)，時(shí)間到或超出了規(guī)定的最大放電時(shí)間則自動(dòng)終止放電。在此過程中，蓄電池監(jiān)測(cè)器實(shí)時(shí)檢測(cè)各單體電壓、單體溫度（或標(biāo)示溫度）、總電壓和充放電電流，并上傳至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心記錄放電的開始時(shí)間和各時(shí)間段的電壓、電流值，計(jì)算電池實(shí)際容量。在非核容期間，根據(jù)其他因素適當(dāng)調(diào)整容量值。蓄電池放電控制器通過RS485通訊接口實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控單元的通信，并且通過監(jiān)聽通訊總線上的數(shù)據(jù)，進(jìn)行放電條件的邏輯判斷?？刂破鲗?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)放電控制器內(nèi)的溫度狀況和轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)以保證基站及網(wǎng)絡(luò)安全。該系統(tǒng)會(huì)分享基站動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)邏輯控制，比如通過獲取市電檢測(cè)數(shù)據(jù)來判斷是否開始或終止放電試驗(yàn)的動(dòng)作。

圖1 蓄電池遠(yuǎn)程放電核容系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2．2 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

由于該系統(tǒng)在工作時(shí)，現(xiàn)場處于無人監(jiān)視狀態(tài)，因此必須考慮足夠的安全性，主要體現(xiàn)在現(xiàn)場的安全以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)正常供電。

假負(fù)載在放電過程中產(chǎn)生了較大熱量，溫度較高，放電控制器應(yīng)具備良好的散熱性能，不得因?yàn)檫^熱引起安全隱患，保證機(jī)房安全，避免火災(zāi)發(fā)生。針對(duì)機(jī)房安全，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度、假負(fù)載溫度、蓄電池溫度，關(guān)注溫度探頭、接觸器工作狀況。在電池環(huán)境溫度高于30°情況下、前臺(tái)設(shè)備直流接觸器處于故障狀態(tài)或者溫度探頭處于故障狀態(tài)，系統(tǒng)不執(zhí)行放電操作，并向后臺(tái)給出提示。控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)假負(fù)載的溫度，發(fā)現(xiàn)溫度過高（閥值可設(shè)）停止放電，并向監(jiān)控中心發(fā)送告警信息。監(jiān)控中心和放電控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池單體溫度，如果發(fā)現(xiàn)電池溫度達(dá)到了設(shè)定值（可設(shè)置），自動(dòng)下發(fā)放電測(cè)試終止命令，停止放電，核容結(jié)束。放電控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)另一組電池的狀態(tài)，當(dāng)單體溫度過高時(shí)，處于放電狀態(tài)的電池組則立即停止放電。

為了保證蓄電池對(duì)網(wǎng)絡(luò)正常供電，系統(tǒng)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(tǒng)通信狀況等。系統(tǒng)在市電、兩組蓄電池均處于正常狀態(tài)時(shí)才會(huì)開始工作。系統(tǒng)在放電過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩組蓄電池組狀態(tài)，包括單體電壓、總電壓等，同時(shí)，監(jiān)測(cè)市電狀態(tài)，如果市電停電，立即停止放電，恢復(fù)蓄電池與開關(guān)電源連接。放電控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)另一組電池的狀況，如果發(fā)現(xiàn)另一組電池處于放電狀態(tài)則立即停止放電?？刂破鲗?shí)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)換開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，不能因?yàn)橄到y(tǒng)故障導(dǎo)致開關(guān)電源和電池組永久斷開，發(fā)現(xiàn)狀況不正常，立即停止放電，并向監(jiān)控中心發(fā)送告警信息。

2．3 容量算法

2．3．1 名詞解釋

系統(tǒng)對(duì)標(biāo)稱容量、實(shí)測(cè)容量、估算容量、剩余容量等數(shù)據(jù)含義做如下規(guī)定：

（1）標(biāo)稱容量：電池組在標(biāo)準(zhǔn)放電條件（25°C，10小時(shí)率）下所能放出的電量，是電池上標(biāo)示的容量。

（2）實(shí)測(cè)容量：電池組在完全放電（放電結(jié)束時(shí)電壓降至終止電壓）時(shí)，在實(shí)際放電條件下放出的電量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)放電條件（25°C，10小時(shí)率）下的電量。

（3）估算容量：電池組在完全放電時(shí)的估算容量與實(shí)測(cè)容量一樣。電池組在非完全放電時(shí)，依據(jù)完全放電曲線數(shù)據(jù)按照某種算法計(jì)算出的電池組在標(biāo)準(zhǔn)放電條件（25°C，10小時(shí)率）下的電量。

（4）剩余容量：電池組在標(biāo)準(zhǔn)放電條件（25°C，10小時(shí)率）下預(yù)計(jì)還能放出的電量。

（5）剩余放電時(shí)長：放電時(shí)，電池組在當(dāng)前放電條件下預(yù)計(jì)還能放電的時(shí)長。非放電時(shí)，電池組在當(dāng)前溫度條件下假定以上次放電時(shí)電流大小放電預(yù)計(jì)能放電的時(shí)長。

（6）電池組主單體為電池組內(nèi)性能最差電池單體，在經(jīng)歷完全放電之前，默認(rèn)是1號(hào)單體。

（7）電池組實(shí)測(cè)容量值為電池組主單體的實(shí)測(cè)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(yù)計(jì)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(shí)測(cè)容量計(jì)算

電池單體在完全放電（放電結(jié)束時(shí)單體電壓降至終止電壓）條件下，放電過程中實(shí)時(shí)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(duì)時(shí)間積分計(jì)算基準(zhǔn)容量QC。并存儲(chǔ)單位壓降時(shí)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(chǔ)數(shù)據(jù)。

式中，T為完全放電的總時(shí)長；t為單位采集時(shí)間；△IA為放電電流（充電時(shí)為充電電流）；Ce為與環(huán)境溫度、放電電流相關(guān)的容量修正系數(shù)，按式（2）計(jì)算

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

（2）單體估算容量計(jì)算

當(dāng)電池單體沒有完全放電時(shí)，可以利用本次放電數(shù)據(jù)結(jié)合最近一個(gè)完全放電曲線，對(duì)電池單體的容量進(jìn)行估算，如果沒有完全放電曲線，不能進(jìn)行容量估算。容量估算算法如下：

根據(jù)電池單體的放電數(shù)據(jù)利用式（3）計(jì)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(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，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(dāng)前電池單體的放電容量；Qv為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中與此次放電同等電壓的放電容量；QC為完全放電時(shí)計(jì)算出來的電池單體實(shí)測(cè)容量；Qe為估算容量。

（3）放電時(shí)剩余容量計(jì)算

放電時(shí)，按式（1）實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前的放電總量Qt，根據(jù)式（5）、（6）實(shí)時(shí)計(jì)算剩余容量和剩余放電時(shí)長Ts。

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

（4）充電時(shí)剩余容量計(jì)算

放電結(jié)束后，充電過程中，按式（1）實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前充電總量，根據(jù)式（7）實(shí)時(shí)計(jì)算電池單體當(dāng)前剩余容量：

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

3 結(jié)束語

通過與傳統(tǒng)的蓄電池放電核容方法進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，蓄電池核容結(jié)果滿足誤差要求，并且在放電過程中可以發(fā)現(xiàn)落后的單體電池，保證了蓄電池組為通信網(wǎng)絡(luò)提供良好供電。

蓄電池自動(dòng)化遠(yuǎn)程放電控制系統(tǒng)能夠在無人值守的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)基站蓄電池進(jìn)行放電，對(duì)未放出的電量進(jìn)行合理估算，并且對(duì)放電過程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫，減輕了工作量，提高了工作效率。該系統(tǒng)的安全性、核容結(jié)果的準(zhǔn)確性、操作的簡捷性等特性有效地提高了該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。