差异化备电设备和电池共用管理器在5G基站备电方案中的应用研究

刘宇刚

（北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100070）

0 引 言

2020年我国的5G网络建设已经进入了SA（独立组网）模式，建设的5G基站数量已经超过了58万站，今年还将有超过60万站的5G基站完成建设并投入使用，年底将有超过120万个5G基站投入使用。

5G网络高速率、大容量、低延时的技术特点使得5G设备的功耗大幅度提升，根据设备厂商资料，5G（64T64R）单系统（1个BBU+3个AAU）典型功耗约3 500 W，最大功耗超4 500 W，为4G单系统功耗的2.5～3.2倍。按目前常用电池类型和备电时长计算，5G（64T64R）单系统（1个BBU+3个AAU）需新增蓄电池见表1。

表1 5G（64T64R）单系统需新增蓄电池

现网基站目前存在的主要问题有。第一，5G功耗大，备电成本高，运营商倾向短时备电，目前大部分省份均按照1 h备电，与基站原2G、3G、4G设备3 h备电时长不同，现网存量基站电池种类繁多，厂家、型号、容量、使用年限以及健康状况等各不相同，存量基站如何合理利用蓄电池成为5G备电的关键问题。第二，由于5G电费优惠政策落地，需要满足各运营商电费的精准计量分摊，要求5G备电必须满足分运营商、分系统差异化下电，而目前的存量电源采用传统基站配套电源建设方式仅能实现统一备电、统一下电，无法支撑差异化备电和5G用电单独计量，满足5G建设要求。第三，中国铁塔存量基站数量巨大，5G建设初期仍以存量改造为主，且初期5G业务量少，网络投资压力剧增，如何低成本满足5G备电显得尤为重要。

结合上述5G建设面临的问题和存量基站开关电源大多不具备再单独为5G用户提供差异化下电的功能，为充分利用存量基站开关电源和蓄电池资源，以低成本满足5G建设需求，工程中引入差异化备电设备为5G用户提供单独下电功能，引入电池共用管理器将5G新增蓄电池与基站原有电池混用。通过差异化备电设备和电池共用管理器的搭配使用，充分利用存量资源满足用户的5G备电需求，减少新增或替换电源、电池方案。

1 备电技术简介

差异化备电设备是一种具备控制各分户电路通断与电量计量功能，可实现通信基站负载按备电时长、电池电压以及电池电量实现差异化管理的配电设备。设备额定工作电流为直流-48 V，输入、输出的电压范围满足直流-60～-40 V，宜从开关电源的输出侧母排引接电源，可根据现场情况按需配置。监控功能支持级联扩容（预留监控级联接口），扩容后由主控单元实现对全部设备统一管理。5G建设中通过在存量基站现有开关电源上改造增加差异化备电设备，实现不同运营商、不同备电等级的分路计量和分时下电功能。差异化备电设备连接如图1所示。

图1 差异化备电设备连接示意图

电池共用管理器主要解决基站不同种类、厂家、型号、容量、使用年限以及健康状态等的电池混合使用的问题。目前，各厂商生产的电池共用管理器可对每个电池分路的电压、电流进行控制，实现对每组电池充电和放电过程的独立管理，达到多组电池并联工作的目的。电池公用管理器由机框、双向电源模块以及监控模块等组成，分为有外置电池和无外置电池两种应用方案。其中，有外置电池方案主要用于有大容量铅酸电池的存量机房站点，通过电池共用管理器增加电池容量，避免存量基站原有铅酸电池的替换。电池共用管理器连接如图2所示。

图2 电池共用管理器连接示意图

2 几种备电方案对比

目前，5G基站备电解决方案主要有5G单独供电和5G与原设备共用备电两类。5G单独供电方案主要有新增交转直供电、新建壁挂式电源等小型一体化设备供电以及新增开关电源+蓄电池供电；5G与原设备共用电方案主要有直接利旧、新增差异化备电设备和电池共用管理器以及替换开关电源或蓄电池等。以新增5G 3 500W功耗1小时备电为例，各解决方案分析见表2和表3。

表2 5G单独供电方案

表3 5G与原设备共用电方案

3 经济效益分析

以某省2020-2021年5G需求存量改造基站中部分有机房站点为例分析。开关电源直接完全满足5G需求和加模块后满足5G需求站点占比约98%（见表4，不考虑老化），大部分有机房站点可以通过使用差异化备电设备利用存量开关电源。

表4 某省2020-2021年5G需求存量改造基站开关电源情况分析

蓄电池不满整站3 h，满足原设备3 h 5G 1 h备电站点采用替换新开关电源满足5G差异化下电方案造价624万元，采用新增差异化备电设备、加模块方案造价仅207万元，节约投资67%，见表5。

表5 某省2020-2021年5G需求存量改造基站蓄电池情况分析（一）

蓄电池不满足新增5G1 h备电站点采用替换蓄电池、新增差异化备电方案造价3 016万元，采用新增电池共用管理器、蓄电池、新增差异化备电设备方案造价仅1 266万元，节约投资58%，见表6。

表6 某省2020-2021年5G需求存量改造基站蓄电池情况分析（二）

4 行业应用

随着企业标准《QZTT2233-2019_基站用电池共用管理器技术要求》、《QZTT2234-2019_基站用电池共用管理器检测规范》、《Q/ZTT2239-2020_基站差异化备电设备技术要求及检测规范》等文件的发布，差异化备电设备和电池共用管理器在5G基站备电中得到了大量的应用。

经调研，据不完全统计全国已有约20个省、市使用了差异化备电设备和电池共用管理器，如表7所示。截至目前并未发生较大的质量和安全事故，产品的稳定性、安全性得到了检验。

表7 差异化备电设备、电池共用管理器使用调研

5 结 论

综合5G方案备电的特点、方案经济性以及差异化备电设备、电池共用管理器的应用情况，使用差异化备电设备和电池共用管理器充分利旧基站存量资源是现阶段解决5G基站备电的最优方案。