引言

通信直流電源是基礎電信設備，為通信主設備提供供電保障。蓄電池組是通信直流電源系統中的重要組成部分，相當于備用電源，是通信直流電源系統的最后一道防線。
 在電信業務的初期發展過程中，運營商對蓄電池關注較少，在交流停電時蓄電池能供電就可以了。近年來，電信運營領域的競爭加劇、愈演愈烈，運營商對蓄電池的使用壽命、維護工作量、TCO非常關注，要求越來越高。

隨著通信網絡的發展與技術進步，為了節省建設成本、加快建設周期，在城鄉結合部、小城鎮和農村地區，運營商往往不建設機房或者移動方艙，而是采用室外柜方案安置通信主設備及直流電源系統。近年來，全球主流運營商的新建基站中，室外基站的比例逐年提高。對于低緯度及沙漠化的國家或地區（如南亞、非洲等），高溫對室外基站的影響很大。室外基站一般處于偏遠地區，電力保障較差，尤其在發展中國家。室外基站經常面對高溫、電網頻繁停電的惡劣工作環境。通信直流電源系統的室外應用漸趨主流，蓄電池經常處于高溫、電網頻繁停電的惡劣應用環境。
蓄電池在惡劣應用環境下面臨的問題

隨著室外基站應用增多，惡劣應用環境下蓄電池故障逐漸凸顯出來，如巴基斯坦、印度等南亞地區，既給運營商造成了經濟損失又損害了運營商的客戶滿意度。針對在惡劣應用環境下蓄電池大量損壞，中興通訊進行了廣泛調研，深入了解蓄電池的應用場景，調查分析蓄電池故障原因。問題的關鍵不在蓄電池本身，問題出在室外蓄電池柜沒有考慮對蓄電池進行高溫防護。要想根本解決問題，必須提供蓄電池在室外惡劣環境下應用的綜合解決方案。

室外蓄電池柜主動散熱技術的對比分析

室外柜的散熱方式有多種選擇，哪種散熱方式適合室外蓄電池柜呢？這要從蓄電池的產品特性說起。對于通信直流電源系統中的鉛酸蓄電池，用戶最關注的是使用壽命。影響鉛酸蓄電池使用壽命的主要因素是環境溫度和電網條件。

鉛酸蓄電池的使用壽命與環境溫度密切相關。環境溫度越高，蓄電池的使用壽命越短。當環境溫度高于蓄電池設計壽命要求溫度(25 ºC)時，溫度每上升10ºC，使用壽命縮短一半。

蓄電池的放電次數、放電深度直接影響蓄電池使用壽命。放電次數越多、放電深度越深，蓄電池的使用壽命越短。也就是說電網頻繁停電會降低蓄電池的使用壽命。

對于室外基站，通常情況下運營商無力改善電網條件或者改善電網條件的成本太高、無法承受，所以我們從降低蓄電池的工作環境溫度入手，來提高蓄電池的使用壽命。

室外柜的傳統散熱方式是風扇直通風或熱交換器，但這兩種方式都不能使柜內溫度低于柜外的環境溫度。對于高溫地區（一般在40℃以上）的應用場景，需要通過主動散熱，使室外蓄電池柜的柜內溫度低于柜外的環境溫度。中興通訊突破常規，組合創新，把制冷部件引入了室外蓄電池柜。

通信主設備(如GSM、傳輸等)和直流電源的功率變化部分（整流器）在設備運行過程中都會發熱，而蓄電池卻不同。根據蓄電池充放電的電化學機理，蓄電池放電時不發熱。正常充電時(不過充電)基本不發熱。即蓄電池在正常使用過程中的發熱量可以忽略，因此，室外蓄電池柜內沒有熱源，需要的制冷量小，據測算，通常情況下室外蓄電池柜只要200—400W的制冷量就夠了。熱電制冷(Thermoelectric Cooler，即TEC)空調采用新興的半導體制冷技術，對于室外蓄電池柜的應用場景，TEC空調和傳統壓縮機空調相比有很多優勢：

1) 結構簡單、可靠性高。整個制冷器由熱電制冷模塊和導線連接而成，不需要壓縮機，沒有機械轉動部件，因而無振動、無摩擦、無噪聲。可靠性高、壽命長(在32℃環境下壽命大于100,000小時)。

 2）制冷不受交流停電影響。采用直流48V供電，在交流停電時由蓄電池給TEC空調供電，室外蓄電池柜內仍然可以實現制冷。

3) 制冷效率與制冷量。在大容量情況下，熱電制冷的效率不及蒸氣壓縮式制冷。但是蒸氣壓縮式制冷機的效率隨容量的減小而下降，且壓縮機也不可能做得過小，而熱電制冷的效率與容量大小無關，在冷量負荷小的應用領域具有優勢。對于室外蓄電池柜應用場景(冷量負荷小)，采用TEC空調是一個理想選擇。

4）體積小。特別適合室外柜安裝。

5）性價比。綜合以上分析，室外蓄電池柜采用TEC空調，性價比高。

6) 維護方便。TEC空調不需要制冷劑循環、沒有壓縮機轉動，定期關注一下防蟲網不要被堵住即可，維護工作量很小。

7) 綠色環保。不用氟利昂制冷劑，對大氣臭氧層無損害，綠色環保。

基于以上分析，我們選用綜合性能優于傳統壓縮機空調的TEC空調作為室外蓄電池柜的制冷部件。

高溫防護能力良好的系列化TEC室外蓄電池柜

TEC室外蓄電池柜由TEC空調、柜體、隔熱保溫層等組成。為了滿足安裝不同容量和不同種類蓄電池需要，中興通訊設計了系列TEC蓄電池柜，兩種典型的機柜如圖1所示。圖左機柜最大可以安裝2組狹長形12V 150Ah AGM或者膠體蓄電池。圖右機柜最大可以安裝6組狹長形12V 150Ah AGM或者膠體蓄電池（也可以安裝3組寬體12V 150Ah或者200Ah膠體蓄電池）。為了達到理想的降溫效果，要求機柜具備良好的隔熱效果，我們對隔熱棉進行了專業設計，盡量使用整張原材料而減少開孔和裁剪，隔熱棉采用40mm厚度。與TEC模塊一樣采用IP55防護等級設計。

TEC蓄電池柜在產品設計時充分考慮制冷效果和產品可靠性，選用先進的制冷芯片，高可靠性的風扇，保溫性良好的隔熱棉。TEC蓄電池柜具備良好的高溫防護能力。

圖1 兩種典型TEC蓄電池柜外形圖

綜合解決方案提升蓄電池使用壽命并降低TCO

對于通信直流電源系統在惡劣應用環境下的室外應用，綜合解決方案的要點是通過采用TEC空調大幅度提高室外蓄電池柜的高溫防護能力，顯著改善蓄電池的工作環境。采用TEC空調的室外蓄電池柜實驗測試結果表明，在柜外環境溫度40℃以上時，柜內溫度比柜外溫度低15℃，蓄電池工作在最佳使用溫度范圍內。采用TEC室外蓄電池柜和運營商現網的普通室外蓄電池柜相比，蓄電池的使用壽命提高了1.5倍，提高幅度非常大。

綜合解決方案采用TEC室外蓄電池柜，在蓄電池柜上增加一些成本投入，獲得了寶貴的高溫防護能力，使蓄電池工作在最佳使用溫度范圍內，避免了因使用壽命過低造成的蓄電池成批更換，避免了現場成批更換蓄電池所需的蓄電池采購成本、相關運輸費用和更換的人工費用，因此降低了運營商的運行維護成本。蓄電池使用壽命的大幅度提高有效保障通信網絡的安全可靠運行，顯著改善運營商的客戶滿意度。因此采用綜合解決方案在蓄電池使用壽命提升的同時，為運營商降低了TCO（Total Cost of Ownership）。

應用實例與用戶價值

綜合解決方案已經在巴基斯坦實際應用。2010年5月中旬， TEC蓄電池柜運抵巴基斯坦某運營商室外基站，采用綜合解決方案對該站的直流電源系統進行了現場改造。TEC蓄電池柜投入使用后，對其制冷能力進行了測試，根據現場測試數據生成的溫度走勢曲線見圖2。T2為TEC蓄電池柜內部溫度，Tc為室外環境溫度（在遮陽篷下的陰涼處測得），ΔT為環境溫度與柜內溫度的溫差。

圖2  TEC蓄電池柜溫度走勢曲線

從測試結果看，在中午12:00至下午5:00之間的時間段，室外環境溫度較高，最高達到45℃時，TEC蓄電池柜可以達到內外溫差15℃的制冷效果。蓄電池柜內部溫度可以控制在25℃—30℃之間，滿足蓄電池最佳使用溫度范圍要求。

通過巴基斯坦某運營商室外站的直流電源系統現場改造，用戶非常認可中興通訊的綜合解決方案，認為采用綜合解決方案可以大幅度提高蓄電池在惡劣應用環境下的生存能力，顯著減少蓄電池的維護工作量，可以有效降低室外站直流電源系統的綜合TCO。