sofa燃烧器
研究与产品实现
杨梅影１ 李春园１ 杨竞凯２ 王 伟２ 刘 博２
１．中国铁塔股份有限公司四川省分公司２．四川德利晶源新能源科技股份有限公司
首先分析铅酸蓄电池组监控和修复的现状；然后提出将单元电池的状态监控、主动均衡技术、休眠技术以及在线修复技术整合到一起应用的解决方案，并阐述解决方案的实现方法；最后总结该方案的优缺点，并提出改进方法。 在线脉冲修复 主动均衡 被动均衡 铅酸蓄电池
摘要关键词
在电池组监控方面，现阶段中国铁塔所使用的大部分动环均未做到对铅酸电池组内单只电池进行监测，故而无法通过运维监控平台对单只蓄电池进行监控、管理。
在电池组修复方面，目前大部分中国铁塔分公司采用离线修复方式。而离线修复方式最大的弊端在于修复好的电池相互之间存在较大的电池容量差，故而电池组内会出现严重的电池不均衡现象。导致单只电池出现严重的“过充”“欠充”等不良现象，从而直接导致电池过早退役或进入反复修复的恶性循环，无法满足中国铁塔对电池组备电时长的要求。
综上所述，针对动环无法监控电池组内单元电池状态，离线修复无法保证电池持续在线修复和保养，以及电池组内不均衡等问题，提出以下解决方案。
蓄电池管理修复均衡系统解决方案
２．１ 概述
考虑到传统动环设备、均衡设备、线下修复手段在对蓄电池的管理、监控方面不具备单元电池状态监
控分析、均衡设备无法修复单元电池以及线下修复手段无法处理电池组内部不均衡问题，同时也不具备及时发现问题的能力，提出以下解决方案：
第一步，将单元电池的状态监控、主动均衡技术、休眠技术以及在线修复技术整合到一起，使得系统可以及时了解每一节电池的关键信息，例如，电压、内阻、温度、SOC、SOH以及是否漏液等； 第二步，通过主动均衡技术动态平衡每节电池的电压，
避免由于单节或多节电池电压偏高或偏低导致的过充、过放问题；
第三步，在线修复技术长期持续地利用高能脉冲击碎在电池使用过程产生的硫化晶体，有效降低电池内阻，提高电池放充电能力；
第四步，辅以休眠技术保证电池在高温状态下不持续充电，防止电池由于持续在高温状态下以过高的补偿电压进行充电时导致的寿命缩减；
第五步，同时利用物联网技术将实时采集到的电池数据收集起来，利用大数据手段分析预测电池生命周期内的状态趋势，对可能存在的问题进行预警，让管理维护人员可以在问题发生前做出充分的准备，同时分析系统类数据以及站点用电历史数据并给出合理的电池配置建议，以达到时长定制的目的。
最终，由中国铁塔股份有限公司四川省分公司（以下简称
四川铁塔）联合四川德利晶源新能源科技股份有限公司共同创新DBMS24-2V2.0新型电池管理修复均衡系统，并在阿坝州铁塔多个进行试点安装测试。结果表明：新型电池管理修复均衡系统具备单元电池的监控和在线持续修复以及均衡电池组的功能，实现对电池组的全面管理，做到故障报警精准化，通过在线修复和均衡以及休眠控制大大提高电池生命周期和放电时长。DBMS24-2V2.0新型电池管理修复均衡系统结构示意如图1所示。
２．２ 各模块比对与分析２．２．１ 电压监测
传统动环在串联蓄电池组的电压监测上绝大多数只监测
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１２４７．２０１９．０２．０１６
运营
到整串电池电压，近年来部分厂商意识到只监测整串电池电压并不能准确掌握整串电池的电压状态，继而增加电池组中点电压监测，希望通过监测电池组中点电压进一步了解电池组运行状况。但这些对于串联电池组单元电压的监测通常采用共模测量法或差模测量法，其中差模测量法又有继电器切换提取电压、V/F转换无触点采样、浮动地技术测量、线性电路直接采样和运算放大器与三极管结合等几
种方法。
(1)继电器切换提取电压的方法虽然精度较高但存在一次只能测量一路电压，且电容的充放电时间与晶体管及隔离芯片等器件的动作延迟导致采样时间时间较长，在A/D转化过程中电容上的电压发生变化后使得测量精度趋低等缺点。
(2)V/F转换无触点采样提取电压的测量方法则存在采用V/F转换作为A/D转换器导致响应速度慢、在小信号范围内线性度差、精度低的缺点。
(3)浮动的技术测量电池端电压的方法由于地电位经常受到现场干扰发生变化，而传统方法不能对地电位进行实时精确控制，因而影响到整个系统的测量精度，当蓄电池数量较多时电路会变得更为复杂，而有限的单片机资源将不能满足其需求。
(4)线性电路直接采样法目前应用较多，此方法原理简单但其测量精度容易受到电阻阻值的影响，测量精度不高。当蓄电池数量较多时电路将变得异常复杂，从而造成系统体积大、成本高等问题。
(5)运算放大器与三极管集合的方法成本较低，由于采用了分立元件，因此需要对对应的三极管参数进行匹配，否则会造成比较大的偏差，使得生产过程比较繁琐。
而文中所采用的光耦继电器电压采样法，采样电路简单、成本低且性能优良。通过采用光耦继电器实
现蓄电池端电压的采样，解决了蓄电池信号电位过高的问题。相较于普通机械继电器有着速度快、没有噪音和开关次数限制、导通电阻低等优点。
当电路中的某个光耦继电器被选中时，相应的蓄电池负极连接到测试电路地，而正极经缓冲器进入A/D转换器，这样便完成了单个蓄电池电压的采样。虽然随着蓄电池数量的增加，所需的光耦继电器也不可避免地增加，但由于光耦继电器的体积比一般机械触点式继电器小得多，即使采用大量的光耦继电器也不会对整个系统的体积有太大的影响。同时，光耦继电器解决了强弱电隔离的问题。
２．２．２ 内阻监测／ＳＯＣ估算／ＳＯＨ估算
蓄电池内阻与容量之间的关系有两种含义：电池内阻与额定容量的关系，以及同一型号电池的内阻与荷电状态（SOC）的关系。而检测电池的使用寿命是否终结的主要依据是电池的剩余容量是否满足工作要求。容量的大小不仅与电池的运行参数如工作环境温度、终端电压等相关，还与电池的构造参数相关，如电解液密度、电池内阻等。其中内阻作为电池最重要的参数之一，与容量有着紧密的联系，其不仅反映电池当前的核电状态，还反映电池的劣化程度，其变化反映电池的性能和寿命。
1992年David O Feder发表了用Midtronic Celltron and Midtron 电导测试仪对阀控密封铅酸电池的测试与统计结果。通过对比放电时间与电池电导（内阻的倒数）的分布，发现二者之间存在线性关系，其相关系数R2=0.825，如图2所示。因此采用内阻检测法测量电池的性能实现对蓄电池的维护，是目前
公认的蓄电池维护的有效方案之一。
目前电池内阻的测量方式主要有两种：直流放电法和交流阻抗法。直流放电法以理想直流电路为基础，对蓄电池进行瞬间大电流放电（一般为几十到上百安培），然后测量电池两端的瞬间压降，再通过欧姆定律计算出电池内阻。该方
休眠控制
２００
３４
１．５２．５３．５４．５
电导（ｋＳ）
中心服务器上联各部门
ＤＢＭＳ２４－２Ｖ２．０
用电设备 远程放电
电源柜
市电
充电保护
１８０
大理石测量平台
１６０
１４０
１２０
１００
８０
６０
４０
２０
０
００．５１２
放
电
时
间
（
ｍ
ｉ
ｎ
）
图２ 放电时长与电导率的关系
发光管
图１ ＤＢＭＳ２４－２Ｖ２．０新型电池管理修复均衡系统结构示意
法简单、易于实现，在实践中得到了一定的应用。但该方法必须在静态或脱机的情况下进行，无法实现在线测量，且蓄电池放出的瞬间电流较大，对蓄电池组和负载均会造成较大冲击，影响电池使用。此外，其测量结果稳定性不佳，一般适用于对测量精度和安全性要求不高的场合。
文中采用交流阻抗法，以小幅值的正弦波电流或者电压信号作为激励源注入蓄电池，通过测定器响应信号来推算电池内阻，具体如图3所示。交流阻抗法既不是稳态法，也不是暂态法，而是在一个稳态下施加一个小的扰动，是一种准稳态法。该方法的优点在于在线测量可避免小扰动对系统产生的影响，
扰动与系统的响应之间保持近似线性的关系。在该方法的基础上改进了算法和部分电路，使得测量结果具有极高的可重复性和稳定性。
２．２．３ 温度补偿
随着环境温度的升高，电池的容量在一定范围内增加。温度过低会造成负极硫酸盐化，温度过高会加速电池极板的腐蚀和电池水分的损失。因此环境温度和电池温度过高都会降低电池的使用寿命，所以蓄电池组在浮充状态时需要根据温度及时动态地调整浮充电压。电压过高，则电流随之加大，加快极板的腐蚀速度，降低电池的使用寿命；而电压过低，电池不能维持充电状态，引起硫酸盐化，使得容量减少，降低电池的使用寿命。同样的，均充电压也需要随着温度进行调整。
目前中国铁塔所采用的动环设备或开关电源在监测电池温度方面均不能做到单节电池监测，或者根本就不能监测电池温度。即使某些监测设备可以检测温度，也只能检测到1～3路温度，且未将其检测到的温度与电池的性能和状态关联起来。同时由于采用的是电阻式传感器，此类传感器存在易受环境影响（灰尘、潮湿、绝缘、线路等）、补偿算法复杂等缺点，使得其测量的温度精度大大降低，已不具备参考价值。
文中采用高精度数字温度传感器，使其测量结果不受环境影响，并将其电池性能参数关联在一起参与电池组的性能评估与控制。通过综合评估单节电池温度与环境温度，实时调整温度补偿参数，进而控
制电池组的休眠状态。使得电池组在高温状态下断开其充电回路（不影响电池组放电），使其不过充；低温状态下提高补偿电压使其不欠充，让电池组
始终在一个安全的电压范围内进行充电，从而有效延长电池组的使用寿命。
２．２．４ 主动均衡
目前通信机房采用的铅酸蓄电池主要有12V×4节串联和2V×24节串联两种模式，都是将蓄电池串联成48V的电池组来实现最终应用。由于没有电池生产厂商能保证蓄电池达到完全的一致性，即使是同一批次也不能，所以在蓄电池串联使用的应用下，电池单体之间的差异化就会愈发明显，最终造成电池组内部分单体电池过充导致不可逆的损坏、部分单体电池欠充导致硫化严重容量下降，并且这两种情况肯定是同时发生的，最直接的后果就是用户的备电时长不达标。
双向主动均衡（Bidirectional Active Balancing）：当串联电池组中单体电压的差异性达到一定程度时，通过能量无损转移的方式把电压较高的电池的一部分能量转移到电压较低的电池，且电池组中任意两节电池之间可以直接进行双向的能量传递，以达到电池组各串联电池容量平衡的目的。本方案采用多输入绕组变压器均衡方案，电路设计考虑到模块内布局空间及散热条件有限问题，选用基于升降压变换的主动均衡拓扑，具有体积小、易于模块化及效率高的特点，最大均衡电流可达到4A，最高能量转移效率能达到96%。主动均衡示意如图4所示。
目前串联电池组电压均衡的方法通俗地分为被动均衡和主动均衡。
被动均衡是利用电阻消耗高电压电池的能量的方式来实现电压均衡，优点是电路简单可靠，缺点是只在充电过程中有效，均衡电流较小，有能量损耗发热，并且均衡电流往往小于电池被充电的电流，最终还是会导致部分电池过充电而损坏。
对于中国铁塔通信后备电源的痛点来说，蓄电池组本来就无法保证放电时长，而被动均衡方式的工作原理却是以能量损耗来实现均衡的目的，所以这种方式不适用于中国
透明显示电池
激励源
电压采样电压采样
图３ 内阻检测图４ 主动均衡原理示意管桩
运营
铁塔通信。
文中提出的主动均衡技术是采用双向DC/DC进行能量转移的方式来实现均衡，将串联电池组中高电压的电池能量转移到其他电池使电压降低，对低电压电池，用高电压的电池进行能量补充。优点是均衡电流较大，能量损耗较低，电池在充电、放电或静置的状态下都可以持续均衡地工作。
如图5所示，电池系统初期容量是100%，在使用的过程中容量会因为各种原因（主要是温度）逐渐衰减，而造成系统容量下降的最主要原因是电池容量不均衡导致的系统损失。系统损失并不是指电池容量减少，而是指电池系统因为不均衡造成有容量也无法使用。
一般情况下，电池容量下降为70%～80%的时候会更换电池以保持放电时长，电池容量保持在80%以上的时间越长，的成本也就越低。在没有均衡和一般的被动均衡技术下，电池系统的容量在3～5年后就会下降为80%以下。做得较好的被动均衡可以将电池容量勉强维持在70%。与此形成鲜明对比的是，做得较好的主动均衡可以将系统损失降到最低。这样的主动均衡可以有效地降低因容量不均衡导致的系统损失，进而延长电池系统的使用寿命，延缓电池系统的更换时间，同时增加放电时长。
２．２．５ 在线修复
铅酸蓄电池上线使用一定时间后，会在极板上生成白坚硬的、充电时难以转化为活性物质的硫酸铅，这就是硫酸盐化，简称为“硫化”。生成这种硫酸铅的原因是过放电或放电后长期放置时，硫酸铅微粒在电解液中溶解，呈饱和状态，这些硫酸铅在温度低时重新结晶，而在结晶质硫酸铅时析出。这样在一度析出的粒子上一次又一次地因温度变动而生长、发展，使结晶粒增大。这种硫酸铅的导电性不良、电
阻大，溶解度和溶解速度很小，充电时恢复困难，因而成为容量降低和寿命缩短的原因。
文中采用电子谐振式复合正负脉冲技术，对因极板上产生硫酸铅结晶盐化而休克、疲劳、过早失效的铅酸蓄电池进行快速修复和日常维护保养。其是用物理和电子的方法连续地清除蓄电池极板上的结晶硫化物，并有效地防止新的结晶硫化物产生，使蓄电池极板始终呈全新和高效的工作状态，恢复和保
证蓄电池稳定的容量输出，提高蓄电池的工作效率，从根本上改善铅酸蓄电池的工作性能，大大延长蓄电池寿命，节约资金和能源。这种修复方式需要的能源很少，修复成本极低，产生的快速脉冲充电电流相对较大。对于没有硫化的蓄电池，可以抑制蓄电池的硫化。铅酸蓄电池修复仪的技术关键在于合理地设置谐振式复合正负脉冲技术参数，使得该修复仪产生的脉冲能够有效清除蓄电池极板上的结晶硫化物，并能够有效阻止结晶硫化物在蓄电池极板上生成，从而使蓄电池极板始终保持足够的活性物质参与电化学反应，呈高效工作状态。
结束语
综上所述，电池修复技术只能解决单元电池的故障问题，主动均衡技术只能解决电池组的个体电池不均衡问题。所以要保证电池良好的SOH值，只有将在线脉冲修复和主动均衡技术相结合，同时运用单元电池监控技术以及温度补偿等技术，做到“多手抓多手硬”，才能真正对中国铁塔电池系统做到全面保护。
DBMS24-2V2.0新型电池管理修复均衡系统技术便做到了上述的“多手抓多手硬”，及时了解每一节电池状况，
可使用的容量（一般的被动均衡方式）
电池系统可以使用的容量电池系统初期总容量
可使用的容量（无均衡方式）
可使用的容量（优秀的被动均衡方式）
可使用的容量（优秀的主动均衡方式）
可使用的容量逐渐减少
一般的电池系统更换时期
（５０％～６０％）
（７０％～８０％）
１００％
容量不均衡导致的系统损失温度导致的衰减
在不同温度环境下使用导致的衰减
电池系统将受制于衰减的最多的电池
容量不均衡导致的
系统损失
图５ 容量利用率对比
（下转71页）
筛选频繁掉线用户，（短信或外呼）推送上述路由器设置提醒。外呼流程如图3所示。
３．２ 路由器吊死重启
路由器长期运行导致性能劣化或路由器本身质量较差，可联动市场开展外呼，提醒用户定期重启路由器；在投诉预处理中提醒用户重启路由器，需给出足够路由器重启的等待时间。
３．３ 更换质差路由器
(1)质差外呼更换：根据RADIUS掉线记录，结合用户的其他业务指标，对质差路由器用户进行外呼更换，对高带宽用户，推荐使用高性能路由器。综合考虑时延和速率指标，推荐使用综合评分较高的。如果使用100MHz以上的宽带，建议路由器具备千兆WAN端口和千兆LAN端口，无线具备802.11ac能力，在此基础上，路由器CPU和内存大的为优。根据研究院测试综合评分，优选性价比较高的TP-Link、华为路由器或者价高质优的腾达、小米等。
(2)投诉处理建议：投诉中建议装维上门带一个性能较好的路由器，现场更换，现场测试，对比验证，提升用户感知。对于无线布局不合理且无法调整的用户，推荐使用Wi-Fi中继器或电力猫解决问题。
此外，针对没有回访下工单的质差路由器用户，如有上
质差路由器清单
外呼客户
母线排同意上门
不同意上门
登记受理单
结束
下发自助排障派发ＥＭＯＳ工单
是
图３ 频繁上下线用户外呼流程
门机会，要求进行家庭宽带质差路由器
的诊断，确定为质差路由器时，推荐客户购买智能组网或自己更换品质优的路由器。
总结
通过以上对用户投诉原因的分析与
优化，2018年3月对比1月，某市家庭宽带用户原因导致的投诉降幅达34%，其中用户路由器原因投诉
降幅高达42%，优化效果明显。同时经过引导，有部分用户有意向通过重启、更换或家庭组网等措施解决质差问题，家庭宽带质差路由器数量较整治初期有所下降。通过对家庭宽带用户投诉原因进行层层分析，发现用户侧投诉主要由质差路由器所致，进而分析质差路由器的症状，提出解决办法，为后续用户侧的故障预处理及投诉故障处理提供有效的参考依据。
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作者简介谢玉琴
现就职于中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，工程师，长期从事移动传送网网络规划、项目课题编制及网络演进研究工作。胡志涛
现就职于中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，工程师，长期从事移动传送网网络规划、项目课题编制及网络设计工作。陈帆
现就职于中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，助理工程师，长期从事移动传送网网络规划、设计工作。
包括：电压、温度、内阻、SOC（估算）、SOH（估算）等信息，同时可利用已采集到的历史数据和
当前状况分析预测电池的使用寿命，对电池可能存在的故障进行预警。在遇到突发情况时（如：电流激增、电压急剧下降/升高、温度突升、电池漏液、明火、析气等），可通过多种手段（短信、邮件、消息推送等）将信息推送给管理维护人员；也可根据系统历史数据分析和用户需求动态给出电池配组方案，以达到定制时长的目的。
参考文献
[1] 桂长清，柳瑞华.蓄电池内阻与容量的关系[J].通信电源技术,2011(1)
[2] 李芳培，毛建国，沈峘，等.基于交流阻抗法的蓄电池内阻测量[J].重庆工学院学报(自然科学版),2009(9)
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作者简介宋长宏
本科，高级工程师，现任山西联通运行维护部传输主管，具有30年通信行业工作经验，主要从事网络规划与维护管理工作。
（上接68页）
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