浅谈通信用铅酸蓄电池未来发展趋势

王轶哲

摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。铅酸蓄电池是有线通信室电源系统的重要组成部分，它在市电正常时存储化学能量，当市电中断时它可将化学能转换为电能，为用电设备提供直流电源。本文就通信用铅酸蓄电池未来发展趋势展开探讨。

关键词：铅酸蓄电池；5G；高倍率；环境适应性

引言

铅酸蓄电池由于其安全稳定、性价比高等优点，在电池领域占据较高的市场份额，并被广泛应用于汽车起动、通信、储能等领域。尤其在通信领域，铅酸电池市场占有率在90%以上，但随着新兴5G通信技术发展，市电保障提升，运营商对铅酸蓄电池的应用提出了多样化的需求，如短时大电流放电、集成化等要求。

1铅酸蓄电池放电原理

（1）阀控式铅酸蓄电池的基本原理。阀控式铅酸蓄电池的特点在于它的密封性原理，即利用负极吸收原理，通过氧气复合循环来保证其密封性。氧气复合循环的原理是，在充电后期，正极开始析出氧气，当氧气扩散到了负极被负极吸收，此时的反应过程如下：在上述充电过程中，氧气在正极生成，扩散后在负极被吸收的过程，就是“氧气复合循环”。另外，负极由于活性物质过量而在“氧气复合循环”的作用下始终处于未充足电量状态，使氢气不能析出，即充电过程中负极只发生如下反应：（2）阀控式铅酸蓄电池的失效机理。阀控式铅酸蓄电池失效的主要原因有以下几方面：板栅腐蚀、水损耗、板栅延伸、热失控、负极板硫酸盐化和电池电压不均等，其中最常见的失效原因是正极板腐蚀。

2蓄电池维护工作的创新与改进

通过长时间的探索和实践，采用蓄电池单体间能量主动式均衡技术实施蓄电池精准维护，取得了良好的效果。蓄电池主动式能量均衡方案是通过对蓄电池管理模式的提升与改进，将蓄电池原有的整组管理模式提升为对单体的精准管理，实现对电池单体的实时运行数据和性能状态信息的连续监测，进而完成对电池单体容量的精确核定、性能的精准测量；电池单体间可实现能量智能调度和均衡，从而实现对电池性能的精准维护与管理；基于对单体电池性能的准确诊断，在电池单体间通过能量的智能均衡，按需进行个性充电、能量转移放电，避免蓄电池的过充、欠充及过放，从而达到蓄电池的修复、优化、延寿的目的，实现对蓄电池潜能的充分挖掘、剩余价值充分利用、全力保障续航时长的精准维护目标。

3铅酸蓄电池放电曲线线性段的建模

在电池储能系统中，建立电池外特性的精确模型对于有效管理电池非常关键，然而建模过程并不简单。一方面，电池的外特性受到许多因素影响；另一方面，电池的可测信息非常有限。这就使得电池建模只能使用有限的信息来描述诸多相互耦合因素影响的电池特性。

4通信用铅酸蓄电池未来发展趋势

（1）环境适应性强，宽温范围内使用。通常情况下，铅酸蓄电池的适用温度范围为20～30℃，因此超出此范围会对铅酸蓄电池的性能造成较大影响。由于我国幅员辽阔，北方大部分地区气候变化特征明显，如在内蒙古、黑龙江，冬季寒冷而漫长（冬季平均气温-10～-30℃，极端低温可达到-40℃以下），而在华北地区夏季炎热（夏季平均气温18～35℃，极端高温可达到40℃以上）。通常为满足蓄电池适用的温度，采取机房控温措施。为了节能，采用蓄电池恒温柜、地埋、辅助加热等技术手段来使蓄电池的使用环境温度维持在20～30℃，以保证电池性能。随着通信运营商成本压力的增大，对蓄电池提出了自身满足宽温使用的技术要求。蓄电池逐渐由外在的温度保证，演变为通过改变自身配方、材料特性来应对苛刻的环境要求。国内各大厂家开发出的高温电池可满足35℃左右正常工作，便是在壳体材料、内部配方上调节以应对外部高温环境的结果。目前，国内几大通信后备电池厂家正在积极研发低温电池技术，其主要特点为在北方地区季节交替时，蓄电池可适应温度变化正常工作。最新的5G户外基站，要求蓄电池-40～50℃之间应用，且低温条件下不可断电，否则会出现主设备不能启动等问题。这对蓄电池的低温及防护技术提出了更高的要求。总的发展趋势为，蓄电池由“买方”向“供方”市场转变，不断满足客户新的需求。（2）兼顾备电与储能，应用形式多样化。（a）后备电池用以削峰填谷——数据中心和大型IDC机房建设本身就需要大量电池和UPS主机投入，具备削峰填谷的必要条件，一定程度上可缓解数据中心电费耗量大的问题。在数据中心储能应用中，电池除了要进行削峰填谷之外，还要保证备电时间，因此电池的放电深度一般控制在50%左右，剩余约50%电量用来保证备电时间。（b）后备电池参与清洁能源的综合利用——在风能、太阳能等清洁资源丰富地区，蓄电池参与新能源基站的储能、削峰填谷、备电三重功用。如河北铁塔公司将光伏发电、电池合路器、市电削峰填谷、直流分路计量等一系列技术，进行试点综合应用，对自主发电、节电等方面进行了尝试，分时段综合选择成本最优的光能、市电、电池储能供电方式供电，实现了用电成本最优化。在以上两种应用场景，蓄电池不再是供常见的后备浮充使用，而是需不定期地循环放电，兼顾备电功能。这对蓄电池的设计提出了更高的要求。（3）高功率放电，缩短备电时间。在通信领域，通常电池的备电时间设计为10h，以便留有足够的应急时间来进行油机启动、故障排查等工作。这和传统的市电保障差和维护效率较低有很大的关系。随着市电保障可靠性的提高、维护效率的提升，目前在新的中心机房等市电保障可靠性高的地区，已将蓄电池的备电时间由10h缩短为1h、30min，甚至15min。同时，为了降低成本，降低了蓄电池的容量配置，因此需要蓄电池由小电流（0.1C10）长时率放电转变为大电流（1C10或更高）短时间放电。这对传统0.1C电流放电的蓄电池提出了更高的要求。中国电信早在2016年就进行了高倍率电池的集采。集采的主要要求为：电池恒功率1250W放电；终止电压1.7V；放电时间不小于15min。与此同时，随着大容量电池需求减少，运营商的采购需求将大大降低，必将对国内传统的通信备用电池制造商造成较大冲击。随着运营商新建中心机房及数据中心的增多，高倍率铅酸蓄电池的需求呈现增长趋势。用锂电代替铅酸也成为运营商及IT数据中心的一个选择。这对通信后备铅酸蓄电池来讲，在设计上需进行重大更改，以满足通信行业不断发展的新需求。

5铅酸蓄电池精准维护

（1）利用人工智能实现智能运维。放眼未来，依托人工智能实现智能运维、精准维护，已触手可及，实时监测、精准核容、模型预判、自动干预、自动修复等更为丰富的产品，会应运而生。（2）单体容量的核定与续航预判。蓄电池主动式能量均衡方案的另一特点是，改变了以往以整组为单位核定容量的方式，变为单体容量独立核定机制。整组核容的优点在于简便，根据总负载电流和总放电时长，即可得到整组容量的数值，其缺点是不够精确，当组内某只单体落后时，会干扰整组电池的实际性能和容量的判定。

结语

尽管传统的铅酸蓄电池在通信领域仍占据主导地位，但随着锂电池技术及其它新型电池技术的冲击，其市场占有率在逐年萎缩。铅酸电池厂家只有不断研发新技术、新应用才能不断满足通信市场的发展需求，使这一传统的产品不断充分发挥其自身优势。

参考文献:

[1]付培良.浅谈高倍(功)率铅酸蓄电池的设计要点及检测[J].通信电源技术,2017.

[2]易金印.偏远通信基站新能源供电方案及经济价值的提升路径[J].通信电源技术,2019.