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德耐隆浅谈环境温度对5G基站建设的影响

  次浏览  本站  2021/03/15

目前随着通信技术、信息技术、计算机技术的迅猛发展和GPS技术的不断成熟,在我国不少区域和城市已经开始建设5G基站,但由于受经济条件和自然条件的限制,一些地区仍然无法完成基站的建设,难以享受移动通信技术升级带来的快捷服务。

山区是通信行业最难覆盖的,不仅因为山区的面积大,而因为山区基站的建设难度大。为了覆盖山区的基站,很多基站需要在山顶建,很多山顶没有道路,很多设备甚至铁塔都是人工抗的,而且环境温度对基站的电子元器件性能影响也很大,特别是高海拔山区的昼夜温差,对基站电池和元件都带来极大的挑战。除此之外电力问题外还有湿度及雷击等自然问题的影响下让山区基站建设增加了更多的难度和维护成本。

德耐隆浅谈环境温度对5G基站建设的影响

基站施工队在川西高原的施工过程中就遇到上述问题。由于川西高原为青藏高原东南缘和横断山脉的一部分,空气密度较低,其平均海拔3500m,空气密度0.808kg/f,比标准空气密度约低34%。

川西高原海拔高差大,气候立体变化明显,是典型的高原气候。大部分地区长冬无夏,春秋相连;降水量少而集中,昼夜温差大,日照强,阳光充足。年平均气温-1.6℃,1月平均温-12.5℃,极端最低气温-35.0℃,被称为四川的“寒极”。

海拔高度对电池的影响主要体现在引起低密度、低浓度、多孔性材料的物理和化学性质的变化。同时由于内外压力差的增大,气体或液体易从密封容器中泄漏或泄漏率增大,蓄电池为具有密封要求的电气产品,气压的改变将间接影响到电气性能。

电池管理系统和和一般低压电气产品一样,随着空气压力或空气密度的降低,将引起外绝缘强度的降低。在海拔至5000m范围内,每升高1000m,即平均气压每降低7.7~10.5kPa,外绝缘强度降低8%~13%。

基站房环境要求

基站机房对设备运行环境的温度、湿度、洁净度有一定要求。为保障通信设备的正常运行和使用寿命,当外界环境无法满足基站房内的运行需求时,需要对基站房的内环境进行改造,符合内部通信设备运行条件,一般采取必要的温控措施来平抑因用电设备散热、室外热传导以及维护人员热辐射而引起的机房温度升高。

另外,除了安装温控设备来控制基站机房内部温度环境外,还需要安装工业空调、照明及消防设备使基站房环境常年保持在温度10℃~35℃,湿度10%~90%,洁净度达B级。

影响因素

⑴低温性能制约因素

将-20℃充电测试的放电性能与在25℃下充电在-20℃下放电的性能进行比较。见表1。

表1 -20℃充放与25℃充-20℃放的放电性能比较

⑵间歇浮充电对磷酸铁锂蓄电池的影响

由于磷酸铁锂电池的电解液是有机液体,再加上锂金属非常活泼,所以该电池必须密封。电池在正常充放电条件下几乎不产生气体,即使电池长期处于间歇浮充状态,电池内部也不会产生较高压力。另外,通信基站的备用电源长期处于浮充状态,对于电池的间歇浮充而言,其电压长期处于3.65V左右。这个电压对电池极板和电解液都是比较稳定的状态,因此磷酸铁锂蓄电池非常适合用于通信基站。

德耐隆浅谈环境温度对5G基站建设的影响

表1 不同温度下的对比

从表1中我们可以看出,相比低温充电低温放电,常温充电低温放电容量提升约1000mAh,相对容量增加10%,整体来看,性能提升不大。可见,制约此实验中样品低温性能的主要因素在于放电过程,而非充电过程,所谓即使是充得进却也放不出。因此,通过将此类电池放在常温下充电的方式来提升低温放电性能效果是不理想的。

⑵不同温度下电池放电能量

由于在实际使用过程中,负载是额定功率输出,电池放电能量决定了负载工作时间,因此有必要关注不同温度下放电能量的变化情况。

由于放电能量值是每一时刻点放电电压与放电电流相乘对时间积分所得到的,因此放电温度对放电能量(0.5C)的影响能量随温度的变化情况与放电容量与放电中值电压的变化比较接近,但其受温度影响更大。10℃能量约保持在90%,0℃只有不到75%,而-15℃接近50%,-20℃约为常温下的1/3。而在高温阶段,能量变化不明显。最大值(50℃)也仅为103.4%,而在60℃时与常温下持平。

新型材料应用

从上述实验得知,环境温度对移动基站内部的影响是不能忽视的!为了减少重量及成本, 电子元器件对材料减薄及实际保温隔热有持续的需求,然而这对于材料的可靠性甚至换热性能都会带来新的挑战,未来也将通过保温材料优化解决。

德耐隆Telite®产品系列I-HWR-Q采用独创新材料工艺帮助移动基站(锂电池)有效抵御户外高低温的影响,为电池提供安全合理的工作环境,从而保持电池的温度一致性,保持电池组的性能使用寿命。

德耐隆浅谈环境温度对5G基站建设的影响

移动基站的保温隔热防水防火专用材料德耐隆Telite®的关键技术包括导热、隔热、保温,低应力缓释技术,新型阻燃技术三大技术,在协助电池进行热管理、降低温差、实现热平衡;撞击、跌落、爆炸瞬间完成冲击力缓释;实现在高温、过充、刺穿防爆中的阻燃隔热效果等方面将取得决定性的作用。

下面这些特性使德耐隆Telite®保温隔热材料在各种电子设备和汽车应用中脱颖而出,并有助于您应对未来大容量锂电池系统和其他部件的设计和生产的相关挑战:

•热阻极低GB/T 10295-2008 0.069[m².K]/W

•优异的热稳定性(-200℃至220℃)

•严酷条件下的可靠性能——耐热冲击、抗氧化、抗潮湿和耐化学品性

•隔热保温(导热系数仅为0.018W/m.k)

高原基站环境主要有高海拔、冬季室外温度低的特点。铁锂电池耐高温,放电容量稳定,受放电率的影响不如铅酸电池明显,运输成本降低,适用于无机房、无空调、环境温度在零度以上的高原基站。

高原基站具有海拔高、空气密度低的特点,高原用磷酸铁锂电池电池及BMS组件需要考虑适应问题,在超出2000米后需要降容使用,同时在产品设计阶段就需要考虑电气元件的海拔匹配和适应性。

如果磷酸铁锂电池使用在室外站场景,由于高原山区基站的环境温度通常在零度以下,此时采用电池地埋方式能够保证电池箱内获得相对恒温的工作条件,并且可以起到防盗的作用;同时利用磷酸铁锂电池优良的高温性能,不必担心大电流充放电产生的高温对蓄电池寿命的影响,是较为适宜的设计方案。

随着中国铁塔公司的成立,各通信运营商合用基站是一种趋势,负载电流将成倍增加。在基站蓄电池配置中可合理利用铁锂电池短时大电流放电的特性,相同的放电时长和放电电流下配置较小容量的铁锂电池,可大大减少电池室面积,增加通信设备装机位置。在磷酸铁锂电池综合造价越来越低的情况下,相信磷酸铁锂电池会在通信基站得到更为普遍的应用。

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