通信基站蓄电池备电方案分析与探讨

梁亚飞（中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，河南 郑州 450000）

0 引 言

通信基站的电源系统作为基站设备的动力系统，为基站设备正常运行提供了重要保障，是整个通信网络的重要组成部分。基站正常工作时，其通信设备的用电需求由基站外市电提供；当外市电供电中断时，需要由备用发电机组或基站备用油机发电，为基站通信设备正常运行提供备电需求；当备用发电机组或者基站备用油机无法满足基站供电需求时，需要由基站蓄电池组放电提供基站通信设备用电需求。因此，蓄电池组对于基站通信设备正常运行至关重要，是通信电源系统的重要组成部分。

铁塔公司基站采用铅酸蓄电池和梯次电池为设备提供备电，由于现有通信基站采用的蓄电池厂家种类繁多、基站运行环境各不相同、蓄电池组生产质量各有差异，导致现有蓄电池整体性能下降较快，同时，随着5G 基站大规模增加，对基站蓄电池备电、维护和管理等工作提出了更高要求。因此，如何科学选择蓄电池备电方案，做好基站蓄电池组配置工作，对现有基站网络运行安全、经济效益、客户体验等方面影响较大，尤其是对于满足后期5G 基站备电要求至关重要。

1 建设现状

1.1 蓄电池容量计算

（1）铅酸电池容量需求计算：

其中：K为安全系数1.25；I为放电电流（A）；T为放电小时数；η为放电容量系数，如表1 所示；t为实际电池所在的环境温度数值；α为电池温度系数（1/℃），当放电小时率＜l 时，取α=0.01，当10 ＞放电小时率≥1 时，取α=0.008，当放电小时率≥10 时，取α=0.006。

表1 铅酸蓄电池放电容量系数表（η）

（2）梯次电池容量需求计算：

其中：Q为电池容量（Ah）；K为安全系数，取1.25；P1为一次下电侧通信设备工作实际功率（W）；P2为二次下电侧通信设备工作实际功率（W）；T1为一次下电侧设备备电总时长（h），T1不应小于等于1 h；T2为二次下电侧设备备电总时长（h）；T3为充分发挥设计人员技术创新能力时长（h），谷时（0:00-8:00）、峰时（8:00-12:00，18:00-22:00）；a为温度调整系数，寒冷、寒温Ⅰ、寒温Ⅱ地区取1.25，其余地区取1.0；由式（2）可知，基站蓄电池容量与放电小时数（即后备保障时长）有着紧密的联系。

1.2 蓄电池备电能力

现有情况下，铁塔存量基站蓄电池组容量基本能够满足现有基站设备一次下电3 h 备电、二次下电5（10）h 备电需求，但是随着各运营商5G 建设需求集中爆发，5G 设备功耗是原来4G 设备功耗的2.5～3.5倍，在S111 配置下，5G 基站设备满载功耗约4 500 W。目前，铁塔公司新增蓄电池统一采用梯次电池备电，因此，根据章节1.1 梯次电池容量计算公式可知，在满足运营商一次下电3 h 备电时长需求情况下，梯次电池容量需求至少为330 Ah。

同时，由于蓄电池的容量、放电时长与浮充电压、充电电流、放电终止电压、放电率、电池所处环境温度、基站停电频次等诸多因素有关，在日常蓄电池维护中，每个基站蓄电池所处的环境、充放电次数和负载功耗不尽相同。因此，现有基站蓄电池备电能力已经捉襟见肘，根据分析可知，随着5G 基站大规模建设，现有基站蓄电池备电能力受到极大的挑战。

1.3 蓄电池维护与管理

在当前铁塔基站蓄电池维护管理过程中，大部分基站需要依靠代维人员上站巡检和手动排查故障，但是一线代维人员很难主动准确判定蓄电池故障。因此，这种基于人工排查消除隐患的方式，无法及时有效获知蓄电池运行状态和蓄电池故障信息，影响实际网络运行，从而进一步导致通信基站网络运行质量下降，运营商客户日常网络使用体验感变差，铁塔公司的经济效益、社会效益受到了很大的影响。

同时，按照目前蓄电池维护与管理工作操作，蓄电池日常排查需要依靠代维人员亲自上站巡检，这种操作方式极大的浪费了公司人力物力，并且人工统计蓄电池存在的故障报警信息和工作日志会导致整体工作效率低下；当基站蓄电池组出现备电故障无法有效提供备电保障时，工作人员不能高效及时确定出现的问题[1]。换言之，按照目前蓄电池的维护与管理操作，无法对蓄电池设备进行随时随地监管和测试。

2 建设解决方案

2.1 建立完善监控信息

目前，随着梯次电池在通信基站中的大规模应用，同一基站中会存在铅酸蓄电池与梯次电池、不同厂家不同容量梯次电池混用等场景，铁塔公司目前采用电池共用管理器（BMS）对不同类型电池进行统一管理。因此，为方便后期蓄电池维护和管理，提高蓄电池巡检排查精准度，快速高效查找基站蓄电池组出现的一些问题，建立基站蓄电池组“整体通信电源系统监控、通信电源系统配置和通信电源系统维护操作管理”为一体的运行维护平台对于铁塔公司蓄电池备电具有重要意义。

通信电源系统中的蓄电池维护与监控管理的系统平台由BMS、基站开关电源、动环监控以及后台运行维护平台构成。该运行平台能够将基站备电的蓄电池组纳入维护与监控管理系统，对蓄电池组工作的状态和出现问题进行实施监控。蓄电池维护与监控管理系统平台可以为相关技术人员和管理人员提供精确的故障信息和整体的运行状态信息，能够快速高效查找基站蓄电池组出现的一些问题，同时根据蓄电池组出现的问题和蓄电池组的设备信息自动生成产生故障的可能原因和一些解决故障的方案措施，极大地减少了蓄电池维护与管理过程中的人力物力，提高了基站蓄电池组的维护效率。

蓄电池维护与监控管理系统平台工作原理与BMS安装示例如图1 所示。

2.2 区域化备电方案

图1 蓄电池维护与监控管理系统平台工作原理与BMS 安装示例图

目前，新建基站蓄电池一般均按照特定的配置原则进行备电时长配置，如铁塔公司一般按照一次下电3 h 备电时长、二次下电5（10） h 备电时长配置，但全国各地基站外市电可靠性存在差异，且部分区域基站满足维护到站时长较短、相对停电频次较少或者基站停电时长较短等情况，这为铁塔公司降低蓄电池备电时长需求提供了可行条件。

例如，根据章节1.1 蓄电池容量计算公式可知，单站5G 系统，在满足运营商一次下电1 h 备电时长需求情况下，梯次电池容量需求110 Ah。对比1.2 章节，3 h 备电时长情况下梯次电池容量需求为330 Ah，可节约蓄电池200 Ah（按照基站蓄电池每组100 Ah 配置计算）。因此，如何对基站区域进行区域划分，实现区域化蓄电池备电方案，对于进一步降低基站蓄电池备电时长需求，提高后期5G 大规模建设基站备电能力有重要帮助。

实施区域化备电方案可从如下几方面分析：

（1）通过与维护、监控中心等部门沟通对接，收集存量站址月均停电频次、停电时长、维护到站时长、油机配置、蓄电池备电能力、基站等级等信息，建立存量基站基础信息数据库；

（2）根据收集到的基站数据库信息进行分析判断，制定基站备电要求等级，针对外市电接入质量较高、蓄电池备电能力强、维护到站时间短等一类基站可初步纳入降低蓄电池备电时长的范围，对基站备电时长进行初步区域划分；

（3）针对承接的运营商需求信息，与存量基站数据库信息匹配，然后进一步勘察核实，针对具体场景具体分析，出具优化后的蓄电池备电时长方案；

（4）与运营商联合会审，针对优化后的备电时长方案与运营商沟通确认，对于备电时长方案无异议的需求站址，双方确认后进行改造建设，满足工程建设需求。

2.3 创新技术应用

根据目前5G 基站建设遇到的蓄电池容量不足、备电时长不能满足建设需求等问题，铁塔公司还应积极联合厂家，进行现场勘察设计，针对难点问题重点攻克，研发测试满足建设需求的产品和相关技术[2]。例如，目前推出的智能开关电源柜、削峰填谷技术、集中供电技术等创新技术应用，促进建设配套产品更新、建设方式转变，满足后期蓄电池备电能力需求。

新型智能开关电源柜如图2 所示。

图2 新型智能开关电源柜

3 结 论

随着5G 基站大规模增加，铁塔基站对于蓄电池备电能力提出了更高要求，而蓄电池容量的增加对机房、机柜空间和楼面站机房的承重都将提出新的要求。因此，如何科学选择蓄电池备电方案，做好基站蓄电池组配置工作，对于后期基站备电能力建设具有重要意义。本文从完善蓄电池监控信息、区域化备电方案和创新技术应用三个方面分析介绍了蓄电池备电解决方案，后期还应结合基站实际建设，针对不同场景设计备电方案，进行最优化备电方案选择。