一种智能测量无人值守基站中电池可用时长的方法
2019-12-6 来源：中国移动通信集团黑龙江有限公司 作者：王麟 刘佳雪 魏来
1 方案背景
直流不间断电源系统（比较常见的是开关电源与蓄电池组成）主要供直流负载设备所用。在电网出现异常时，直流不间断电源将存储于电池中的电能释放，供负载使用。随着电池使用年久，电池损耗不可避免，这样直接影响到直流不间断电源系统的续航能力（储能设备放电时长）。到了后期电池损耗比例甚至会高达 40 ～ 50%以上，以前可以续航 3 小时，现在就只能支撑 1 ～ 1.5 小时，如果直流不间断电源系统设置了电池保护值，电池放电时长很可能在 1 小时以内，甚至更短。
日常维护基站动力设备时，一旦停电，维护人员经常被以下问题困扰 ：随着使用年久，基站中电池到底有多少容量可用？如何能自动获取电池可用容量？基站停电后，基站中的蓄电池的续航时间有多久？如何能精确获取该站电池的放电时长？
本方案目的在于提供一种可以远程操控基站电池可用容量检测功能，或根据预设程序，在无人值守情况下，全自动完成基站电池可用容量检测功能。电池可用容量数据记录在动环系统中，一旦停电，动环系统将根据电池可用容量与当前放电电流进行自动计算，得出该基站在停电状态下通讯保障时长。
一旦停电，该时长进入倒计时并在动环监控系统显示，并提示维护人员。特别是大面积停电时，维护人员可以根据此项内容，科学安排众多停电基站发电顺序，把工作效率最大化，将掉站风险降到最低。
蓄电池可用容量，是制约电源系统续航能力的关键，根据我公司基站蓄电池维护规定，每年至少要测试一次蓄电池可用容量，即进行一次在线放电测试。测试一组电池需要 1500 到 2000元，根据每个地市的基站数量及基站里的组电池数量测算，每年花费的测试费用负担很大。
2 现有技术的技术方案
目前常见的电池容量检测方法如图1 所示。
技术现状一 ：电导检测法，电导是电阻的倒数，对电导值的测量，实际上是通过电阻值的测量后换算得出结果，电导值越大电池越健康。与内阻测试原理相同。
技术现状二 ：内阻检测法，电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，一般来说电池内阻越小电池越健康。
技术现状三 ：在线放电检测即核容检测法，对蓄电池放电测量，当电池电压下降到设定值时，视为蓄电池完全放电。将蓄电池的放电电流与放电的总时长相乘，即可算出蓄电池的可用容量，该方法为我公司目前检测电池可用容量的主要方法。
图 1 目前常见的电池容量检测方法
3 现有技术的缺点及本方案要解决的问题
3.1 对比技术现状一
电导检测法，需要借助第三方设备，人工测量。在电池极柱不同位置测试时，显示的测试结果都有一定差异，且测试数值反映的电池容量与实际电池可用容量具有一定差距 ；每次测试都需要耗费大量的人力和时间。
本方案采用在电池上永久固定测试线，避免了该问题产生。
3.2 对比技术现状二
内阻检测法，需要借助第三方设备，人工测量。测量时，为保证测量精准，需要将电池开路后测试，如果测试过程中遇到停电，设备会直接断电，会对设备使用带来极大的影响，进而影响正常的生产、生活 ；该电阻所测量的值是毫欧级，在电池正负极柱上测试，哪怕测试用探针移动很小的位置，测试数值也具有较大差异，一旦极柱氧化，测试数值将会与实际电池可用容量产生更大差异。
本方案采用在线式放电技术，电池测试时不用开路即可测试 ；本方案采用永久性固定测试线路，永久性固定测试线在所有需要测试的电池极柱上，避免了该问题产生。直流不间断电源系统（开关电源），可以根据需要自动实现内阻测量功能。
3.3 对比技术现状三
在线放电检测即核容检测法，需要借助第三方设备，人工测量。为了掌握电池可用容量，我单位一般要求一年至少测试一次，工作劳动强度大、耗费时间长，该工作中数据线接线繁琐、安全
性差（接线数量较多，易发生正负极直接连接，产生火险），但是最后测试结果精准，可以最大限度反映出电池目前可用容量 ；该测试是第三方来完成，测试一组电池需要 1500 到 2000 元的费用，每年花费的测试费十分庞大。
本方案采用永久性在储能（电池）设备上固定数据线，数据线永久性固定在所有需要测试的电池极柱上，一次性将所有测试线路布置完成，杜绝了每次测试都需要重新安装线路的问题，最大限度降低发生火险的可能 ；同时永久性布置线路还可以检测每节电池的电压 ；直流不间断电源系统（开关电源），可以根据需要自动实现在线放电检测即核容检功能。
4 本技术方案的详细阐述
4.1 方法一 ：远程人工测试电池可用容量
办公室人员利用办公终端向动环系统，远程发布检测指令，测试基站开关电源配套蓄电池可用容量，动环系统收到指令后 ：
（1）遥控开关电源自动断开交流输入或停止整流模块运行（模拟停电环境），电池开始放电。
（2）电池放电过程中，开关电源或动环系统自动监控电池放电电流、电池电压，动环系统每隔 10 分钟采集一次电池放电电流、电池电压数据（采集间隔时长可根据需要设定，间隔越短数值越精确）。
（3）当电池电压降到保护电压或设定电压时，电池放电自动终止。开关电源自动开启交流输入或自动运行整流模块（解除模拟停电环境），电池开始充电。
（4）动环系统后台将电池放电时间内记录的电流及间隔时长的乘积，分别相加，即为基站电池可用容量。
图 2 远程人工测试电池可用容量流程图
4.2 方法二 ：全自动测试电池可用容量
（1）动环系统根据预设定指令，请求在安全时间段进行放电检测工作。
（2）维护人员收到请求后，判定放电时间段是否符合规定，如符合相关要求，进行第三步。
（3）动环系统控制开关电源自动断开交流输入或停止整流模块运行（模拟停电环境），电池开始放电。
（4）电池放电过程中，开关电源或动环系统自动监控电池放电电流、电池电压，动环系统每隔 10 分钟采集一次电池放电电流、电池电压数据（采集间隔时长可根据需要设定，间隔越短数值越精确）。
（5）当电池电压降到保护电压或设定电压时，电池放电自动终止。开关电源自动开启交流输入或自动运行整流模块（解除模拟停电环境），电池开始充电。
（6）动环系统后台将电池放电时间内记录的电流及间隔时长的乘积，分别相加，即为基站电池可用容量。
图 3 全自动测试电池可用容量流程图
4.3 方法三 ：自动测试电池电导值、内阻值
办公人员利用办公终端向动环系统，远程发布检测指令，或者根据预设测试指令遥控动环系统开展基站电池电导、电阻值测试测试。动环系统收到指令后 ：
（1）开始对基站电池组进行电导值和内阻值检测。
（2）完成检测后将结果与标准值进行比对。
（3）将结果保存到数据库。
图 4 自动测试电池电导值、内阻值流程图
4.4 注意事项
放电安全时段基本条件 ：不在公司封网条件下 ；与电业局电网检修时间错开 ；23 ：00 之后开始，凌晨 5 点前必须终止 ；基站如使用农村电网，应错开农忙时间，避免由于农忙用电负荷大，导致基站电压过低，基站电池放电检测结束后。
充电困难，影响基站正常工作。如图 5 所示。
图 5
4.5 基站停电后该站电池放电时长计算公式
放电时长 = 蓄电池可用容量 *（1-0.01*T）/ 当前放电电流，其中 T 为距离上次电池可用容量测试过去多少个月，不足整月按整月算。
5 本方案技术优点
1. 现有手段都需要人工操作。而本方案是改造直流不间断电源系统，自动实现所有技术，省时省力省钱。
2. 现有手段接线繁琐、安全性差（接线数量较多，易发生正负极直接连接，产生火险）。本方案采用永久性固定测试线路，永久性固定在所有需要测试的电池极柱上，一次性将所有测试线路布置完成，杜绝了每次测试都需要重新安装线路的问题，最大限度降低发生火险的可能。
3. 本方案利用动环系统远程遥控开关电源，自动安排合理的时间段完成电池可用容量检测功能。
4. 本方案可以显示真实有效的基站电池续航时长，可以为科学安排停发电工作提供依据 ；
5. 本方案的电池可用容量、电池电导值及电池的电阻值测量结果，可以体现出电池的健康度，可以为电池是否需要更换提供依据。
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