通信基站电池的在线维护与修复

宋清山 ，牛 鑫，王 宾，刘冰洋，段万普

（1.驻新乡地区军事代表室，河南 新乡 453600；2.郑州现代电动车研究设计院，河南 郑州 450000）

1 概述

由于通信行业的特殊要求，必须时刻保持畅通。为了保障基站的安全运行，一般都安装大容量电池作为后备电源，通常采用阀控式铅酸电池。虽然随着化工技术的发展，铅酸电池的研发制造技术在突飞猛进，基站电池的各项性能指标也有较大的提升，特别是维护的工作量和维护频率大大降低，但相同类型的电池，在不同的设备、不同的使用和维护条件下使用寿命相差很大。适宜的工作环境，严格的维护程序，良好的维护工作，不仅能够大大延长电池的寿命，而且能够保证供电系统的正常工作，提高基站的运行质量，确保通信时时畅通，树立通信企业的良好信誉。

2 基站电池的现状和维护

根据某省通信公司基站专项维修保养计划和有关要求，我们对该公司电池系统故障较多的某市分公司进行了电池普查和检测。该分公司共有 44 个基站，由于条件和环境的制约，本次只进行了 31个基站的检测，占该公司基站的 70.45%。下面就根据该通信公司的基站电池普查、检测和维护情况来讨论通信基站电池的现状、维护方法。以供通信公司决策者、基站管理者、电池工作者参考。

2.1 基站电池普查测量方法

根据基站供电要求，在市电断电的情况下，电池组需要保障供电 4 h，这就要求单只电池的负荷端电压在 1.65 V 以上，因此，模拟实际工作条件，在电池的两极加载 200 A 负载，通过仪器在 3 s 末自动记录电池的端电压，1.65 V 以上为合格。

2.2 基站电池的普查情况

根据测量的数据，归纳整理后基站电池的情况如下，在检测 31 个基站之中，供电系统正常的17 个，占检测普查基站的 54.84%。电池保有容量低、电池失效、电池缺失的 9 个，占检测普查基站的 29.03%。控制设备不正常的 5 个，占检测普查基站的 16.13%。电源系统不能正常工作的基站接近半数，这对正常的通信构成了很大的潜在威胁，当市电检修、出现故障停电时，极有可能造成大面积通信中断。各个基站供电系统的具体情况见表1。

表1 基站电池故障情况统计表

3 基站电池的故障模式、原因分析

根据目前基站大量使用阀控式铅酸电池的现状，以及基站电池的工作环境分析，基站电池失效主要有以下几种模式。

3.1 电池的正极板软化和板栅氧化腐蚀

像××倍特基站有 14 只电池容量低下的情况，除非是正常的使用时间长，电池寿命终止外，电池的故障原因是因为充电控制设备没有根据电池的实际容量变化和天气温度的变化情况进行相应的调整，造成电池的正极板软化和板栅氧化腐蚀。

基站后备电源的工作模式是浅充放，这正是阀控式电池的工作特点，因此，新电池能够很好地完成任务。但是随着使用时间的延长，电池的实际容量将会降低，同样的放电时间，意味着放电深度的增加，这样就会有较多的活性物质参与化学反应，使活性物质硬度下降，这样电池极板就失去了支撑，活性物质就会脱落，脱落的活性物质还会堵塞极板的微孔，导致参与反应的活性物质量和极板真实表面积同时下降，造成电池有效容量的下降，形成恶性循环的趋势，最终造成极板软化。

由于通信基站的浮充电压随环境温度的变化调整不及时，就会形成过充电状态。电池正极板栅中的部分铅在充电过程中会被氧化为氧化铅，而过充电会严重加速这一过程，且是不可逆的，最终就会形成正极板板栅氧化腐蚀，体积增大变形，使活性物质与板栅脱离，导致正极板失效。一般，温度较高的地区正极板栅腐蚀相对严重，而在温度较低的环境中使用的电池，正极板栅腐蚀相对较轻。

3.2 电池的负极板硫酸盐化

像××装饰城基站，两组电池的保险装置均处于断裂状态，形成严重的硫酸盐化。电池使用后，如果不及时进行充电或充电电流过小，活性物质就会聚积形成粗大的硫酸铅结晶，采用普通的充电方法无法将其转化为正常的活性物质，称为硫酸盐化。电池硫酸盐化的形成原因很多，主要是充电电流过小，充电时间较长；温度的季节和昼夜变化；电池失水，电解液浓度增大；不同电池材料等因素。很多基站电池的硫酸盐化是无法避免的，特别是在电池组内发生单体电池容量差别较大的情况下，落后的电池处于欠充电状态，该电池的硫酸盐化程度会更大。像××工业总公司基站、××仓库基站、××科教仪厂基站的充电控制器损坏，但电池状态较好的情况很少见，可能是损坏时间较短，还没有对电池造成大损伤，硫酸盐化较轻，经过充放电循环完全能够恢复。像××小区基站，浮充电压低 1 V，电池容量少 30%这种情况如果不能及时调整，就会造成电池的硫酸盐化。像××农村站 1基站，虽然浮充电压略低，但如果不能及时进行调整，随着时间的延长，也会造成电池的硫酸盐化。

3.3 电池的失水

像××工业总公司基站、××仓库基站、××科教仪厂基站的充电控制器损坏，无法正常充电的情况，如果是充电电流和电压无法很好地控制，导致充电电流和电压增大和升高，当单体电池充电达到 2.35 V（25 ℃）以后，就进入大量析氧状态，如果充电电流比较大，气体会顶开排气阀释放气体而形成失水。电池温升后，析气电压会下降，会导致电池更容易析气失水。

3.4 电池的不均衡

像××中心基站、××化工厂基站有一个电池保有容量低下的情况，就是随着使用时间的延长，电池的不均衡造成的。新电池的容量、开路电压和内阻都进行了严格的配组，新电池离散性比较小。随着电池在各种环境条件下使用，电池在制造工艺中存在的微小差距会被扩大，产生各种不均衡，导致各个电池之间容量相对差别增大，最终导致个别电池容量消耗殆尽，无法工作。

4 基站电池的维护和保养

在对 31 个基站的电池进行了检测，对数据进行整理归纳，并对形成的原因进行了分析。由于条件制约，未能对所有的基站进行维护和保养，对其中的 3 个基站电池系统进行了系统的维护、保养操作，具体程序和步骤如下。

4.1 备份电池的筛选、检测和处理

首先选择、制作备份电池。在库存的 500 多只废品电池中，抽取 385 只电池进行检测，初步检测选出 210 只电池具备维护后继续使用的条件，从上述 210 只电池中抽取了 48 只电池，进行放电、充电、除硫化后制作备份电池，在 200 A 负载条件下，3 s 末电池的端电压的锁定值在 1.82～1.96 V 之间，能够满足直接供电的能力；备品电池的自放电决定着备品电池的可靠性，检测考核这项指标需要较长的时间，可在 3 个月一次的巡检中检测并处理。

4.2 基站电池的维护和保养程序

在选出备份电池后，对基站电池维护和保养。

a）对运行中的基站电池进行规格、型号登记，运用仪器设备对电池进行在线检测，找出不能正常供电和完全失效的电池单体。此项工作实际上是对电池的在线容量检测维护的一项内容，本次已经提前进行了检测。

b）按照规格、型号匹配的原则，将维护后的备品电池安装上线，替换检测中发现的工作不正常的电池，使供电能力达到控制标准。

c）给基站其他电池按工艺要求补加水分，改善电池的化学反应条件。

d）根据环境条件，调整校准电池的浮充电压达到符合规定值。

4.3 试验过程及结果

对 31 个基站的电池，进行保有容量、容量均衡性等指标的检测，需要补充、更换的电池有 63只，由于电池和备品在规格、型号上存在差异，不能全部互换通用。将制作的备品电池在能够适用的基站安装试用，分别更换了失效单节。使基站电池的供电能力得到有效提高，具体结果见表2。

5 专项维修的经验和教训

要正确认识“免维护”电池，很多基站的管理者认为 “免维护”电池，就是不维护。事实上，“免维护”是早期的通俗叫法，主要是指不需要测量电解液的密度，无需添加水分。现在科学规范的名称是“阀控式铅酸蓄电池”。基站的环境条件是复杂多变的，浮充电压调整、温度的调节等因素不能完全满足电池的科学使用状态，在使用中，不同的时间段、不同的环境都会有不同程度的欠充、过充的现象，因此，都会存在不同程度的硫酸盐化、失水、不均衡等现象，电池在实际使用状态下，应定期进行检查维护。

环境温度较高的使用环境，会造成电池失水，干涸失效成为电池报废的主要原因之一[1]。现在大部分阀控式铅酸电池的控制阀是密封固定的，用正常方法无法打开，无法补加水分，只能由生产厂家的专业人员进行维护补水，以延长电池的使用寿命。现在有部分特殊行业定制电池，控制阀采用螺纹结构，使用者能够在专业人员指导下定期定量补加水分，在环境温度高、湿度低的使用环境可以采购此类电池。

表2 基站电池维护后的数据表

部分基站电池持续放电能力测试检查不规范，不能及时发现电池及控制设备的故障，导致关键时候无法供电。应定期模拟市电停电，用备用电源供电，检查和试验备用电源的供电能力，同时能够起到活化维护电池的作用。

6 几点工作建议

（1）建立电池档案，对在线电池和报废电池进行普查统计，对在线蓄电池的规格、型号和使用年限进行登记，准确掌握电池状况，科学、合理配备电池。

（2）对电池管理要贯穿于电池采购、安装、维护直到报废各个环节，每个环节都制定具体要求，实行全面管理。电池在线维护越早效果就越好，如果电池一直处于“免维护”状态，使用 3 a以上的电池，内部失水损坏就比较严重，维护的效果可能会不稳定[2]。对使用 2 a 左右的电池，由于失水损坏相对比较轻，效果会较好。如果从新电池时就开始进行不间断的维护运行，就会避免这样的情况发生。

（3）不同基站的电池互相配组使用能够节省成本保护环境，采用其他基站报废的电池制作的备品电池很多能够达到在线电池的安全使用标准，可以大大降低新电池的采购数量、节省大量成本，同时能够大大降低报废电池的数量、减少环境污染、降低处置成本[2]。

（4）完善自动化检测设施，采用自动化技术，加强远程监控。

（5）加强电池使用环境的建设，环境对电池的寿命至关重要，除了配备相应的空调设备以外，应该增加和完善机房温度的控制措施，检测浮充电压与环境温度的关系，具备根据环境温度调整电池浮充电压的功能。同时，加强基站外围的环境建设，基站周围的环境对电源系统的运行也有很大的影响，比如，在基站建筑附近种植藤蔓植物就能够大大降低机房的温度，湿度也会明显提高[1]。

[1] 宋清山.阀控式铅酸蓄电池在微波通信站的应用及故障原因分析[J].蓄电池, 2000 (4): 7-9.

[2] 段万普, 等.蓄电池使用技术[M].2 版.昆明: 云南科技出版社, 2008.