Батерии за телекомуникационно оборудване

• Системата за резервно захранване на комуникационната базова станция има важна роля за сигурността на електрозахранването и подобряването на ефективността на работа на мрежата
  
  

• Двата най-разпространени вида батерии с дълбок цикъл са мокрите батерии и необслужваемите капсуловани батерии
  
  

• Литиево-йонните батерии днес са широко използвани в много приложения, включително в телекомуникациите, електрическите мрежи и други мрежови системи

Тенденциите са оборудването за базови станции, изисквано от телекомуникационните оператори, да бъде интегрирано, миниатюризирано и олекотено, което означава, че все по-често то трябва да бъде инсталирано в ограничено пространство и това поставя по-високи изисквания към диапазона на работните температури, енергийния баланс, дълговечността на оборудването и т.н.

През последните години телеком операторите и доставчиците на мрежово оборудване постепенно започнаха да търсят и изследват нови решения за резервно захранване. Литиево-йонните батерии привлякоха голямо внимание поради своите уникални технически характеристики, като голям капацитет, възможност за работа с високо напрежение и екологичност. Голямата инерция на развитието им бележи тенденцията литиево-йонните батерии да се превърнат в технологията за резервно захранване, предпочитана за телеком станции дори в неблагоприятни условия на работа. Литиево-йонните батерии постепенно добиват приоритетна позиция, когато става въпрос за избор на решение за резервно захранване от висок клас.

Типове батерийни технологии

Батериите с дълбок цикъл са оловно-киселинни батерии, проектирани да осигуряват продължителна мощност за дълъг период от време и да работят надеждно, докато не се разредят на 80% или повече, след което трябва да бъдат заредени отново. Важно е да се отбележи, че въпреки че батериите с дълбок цикъл могат да се разреждат до 80%, повечето производители препоръчват да не се разрежда под 45%, за да се удължи животът на батерията.
Нивото на разреждане е това, което отличава този тип батерии от други видове, които осигуряват само кратък стартов заряд, преди да се наложи да бъдат презаредени. По-конкретно, една стартерна батерия може да се разреди в малък процент – обикновено 2 до 5% – всеки път, когато се използва.

Двата най-разпространени вида батерии с дълбок цикъл са мокрите батерии и необслужваемите капсуловани батерии. Мокрите батерии с дълбок цикъл изискват редовна проверка. Когато нивото на електролит е ниско при тях, потребителят трябва да допълни батерията, за да поддържа функцията й. Необслужваемите батерии или т. нар. оловно-киселинни батерии с клапанно регулиране, са запечатани и не изискват доливане, въпреки че и при тях се препоръчва редовна проверка.
Клапанно-регулираните оловно-киселинни батерии VRLA с имобилизиран в сепаратора електролит (AGM) се произвеждат по съвременна технология в съответствие с технологични стандарти. Съгласно EUROBAT те се специфицират като Very Long Life. Корпусните елементи се изработват от висок клас негорим материал. Освен в телеком приложения са подходящи за прилагане в резервирани захранвания; интензивни цикли за фотоволтаични и соларни инсталации; високомощностни батерии за непрекъсваеми захранвания (UPS).

Освен AGM друг тип клапанно-регулирани оловно-киселинни батерии, които намират приложение в базови станции са геловите акумулаторни батерии. Това са батерии с имобилзиран електролит под формата на гел. Те са предвидени за около 15 години живот и са много подходящи за приложения в режим на готовност или често циклично разреждане при екстремни условия. Гелът в батерията на практика представлява колоидна система, в която в пореста мрежа взаимносвързани наночастици са разпределени в течна среда. Молекулите на водорода и кислорода се съединяват в порите, образуващи гелообразния електролит, в резултат на което се образува вода. Това прави геловите акумулаторни батерии необслужваеми. Гелообразният електролит се получава, като в течния разтвор на акумулаторна сярна киселина се добави сгъстител, например силициев диоксид (SiO2) или друг реагент. Геловите клапанно-регулирани оловно-киселинни батерии са много по-различни от конвенционалните оловно-киселинни батерии, тъй като използват по-малко количество електролит (сярна киселина). За разлика от мокрите оловно-киселинни акумулатори, не се налага да се държат в изправено положение. Също така не е необходимо доливане и проверка на нивото на киселината, тъй като при тях не се срещат проблемите, които присъстват в оловно-киселинните акумулатори като изпарение на електролит, изливане или корозия.

Този тип акумулатори се използват широко в UPS системи за телекомуникационно и друго оборудване. Технологията, по която са създадени, позволява получаването на много висок коефициент на мощност. Тъй като гелообразният електролит не се изпарява, те се използват много често в непрекъсваеми токозахранващи системи.
Батериите, изработени по уникалната технология с тънки плочи от чисто олово (Thin Plate Pure Lead – TPPL), позволяват достигане на много висока мощност в рамките на 5 минути в продължение на целия експлоатационен живот на батериите, дори и при високи температури. Също така се характеризират с висока енергия и дълъг живот и се използват в UPS и телекомуникационни приложения.

Литиево-йонните батерии днес са широко използвани в много приложения, включително в телекомуникациите, електрическите мрежи и други мрежови системи. Тези приложения за мрежово захранване изискват по-високи стандарти за батериите – по-висока енергийна плътност, по-компактни размери, по-дълъг интервал между обслужванията, по-лесна поддръжка, подобрена стабилност при висока температура, по-леко тегло и по-висока надеждност. За да отговорят на решенията за захранване на телекомуникационни базови станции, производителите на батерии в последните години се насочиха към батерии от по-нова технология – LiFePO4. Литиево-йонната желязо-фосфатна батерия (LiFePO4 батерия) или LFP батерия е вид литиево-йонна батерия, използваща литиево-железен фосфат (LiFePO4) като катоден материал и графитен електрод с метална основа като анод.

Телекомуникационните системи изискват изключително стабилна и надеждна система за захранване. Всяка лека неизправност има вероятност да доведе до прекъсване или дори до повреда на комуникационната система, причинявайки огромни икономически загуби.
LFP не съдържат нито никел, нито кобалт, като и двата метала имат ограничено предлагане и висока цена. Както е добре известно, добивът и употребата на кобалт е тема, повдигаща много притеснения във връзка с правата на човека и опазването на околната среда.

В телекомуникационните станции батериите LiFePO4 се прилагат широко в постояннотокови захранвания; променливотокови UPS системи; 240V/336V DC захранващи системи; и по-малки UPS системи за наблюдение и обработка на данни. Цялостната захранваща система за станцията обикновено се състои от батерии, източник на променлив ток, разпределително устройство високо към ниско напрежение, DC преобразувател, UPS и т.н. Такава цялостна система предлага правилно управление и разпределение на захранването, за да се осигури стабилен източник на захранване за телеком станцията.

Надеждното захранване – ключов елемент за непрекъснатостта на услугите

С реализирането на глобалното комерсиално предлагане на 3G/4G/5G услуги от големите оператори, броят на комуникационните базови станции се е увеличил значително, а обхватът на разпространение се разширява с много по-бързи темпове в сравнение с преди няколко години. В същото време видовете и количеството оборудване в базовите станции също се увеличават значително.

Системата за резервно захранване на комуникационната базова станция е добила много важна роля за сигурността на електрозахранването на станцията, за намаляването на честотата на отказ на системата за комуникация и подобряването на ефективността на работа на мрежата. Базовите станции днес обезпечават огромното потребление на базирани на наземна инфраструктура мобилни мрежови услуги, включително както клетъчни мрежи, така и точки за WiFi достъп. Резервните групи батерии поддържат висока наличност на услугите в базовите станции и често са единственият източник на захранване по време на прекъсвания на мрежовото такова, което може да бъде чест проблем в селските райони или при тежки метеорологични условия като урагани или снежни бури.

В базови станции със стабилна електрическа мрежа е най-подходящо да се инсталират батерии в режим на готовност с дълъг експлоатационен живот при екстремни температури. Станции с нестабилна електрическа мрежа се оборудват с батерии с добър цикличен живот и бързо възстановяване.
За хибридните базови станции без захранване от електрическата мрежа се използват батерии, устойчиви на постоянна циклична експлоатация и максимално бързо възстановяване. Така се намалява работата на генераторите и се оползотворява максимално произведената възобновяема енергия.

Пространството в една станция е разпределено в няколко секции, малки захранващи терминали и мястото е с малък капацитет. Системата за резервно захранване може да бъде инсталирана на стена, носеща конструкция и т.н. в зависимост от различните сценарии. Поради своя размер и тегло традиционната оловно-киселинна батерия не е идеалното решение за такива резервни енергийни системи. Освен това високата температура, честите дълбоки цикли на разреждане, презареждане и повторно разреждане и т.н. ще намалят продължителността на експлоатационния живот на оловно-киселинната батерия и ще доведат до допълнителни разходи за закупуване, транспортиране и поддръжка на нови батерии.

Системите за резервно захранване с литиево-йонни батерии за разлика от оловно-киселинните могат да реагират за част от секундата след прекъсване на захранването, да гарантират работата на товара, да намалят процента на отказ и загуби и да подобрят цялостната удовлетвореност на клиентите.
Една покрита макро базова станция обикновено разполага с 2 групи резервни захранващи системи, тъй като отговаря за голямо покритие. Оловно-киселинната батерия има големи размери и тегло, докато системите за захранване с литиево-йонни желязо-фосфатни (LiFePO4) батерии заемат по-малко място и капацитетът им може да бъде надграден лесно и бързо.

Базови станции с ВЕИ обикновено се намират в отдалечени райони с неблагоприятна среда, където има необходимите ресурси за генериране на енергия от вятъра или слънчевите лъчи. Поради честото зареждане и разреждане в такава среда, животът на обикновената оловно-киселинна батерия бързо се съкращава. Резервната захранваща система от литиево-йонна желязо-фосфатна батерия, захранвана от вятърна и слънчева енергия, може да подобри качеството на комуникацията и да намали разходите за поддръжка.

Литиево-йонните модули, използвани в комуникационни базови станции, се характеризират с висока степен на интеграция, миниатюризация, олекотена конструкция и интелигентен централизиран мониторинг.