德耐隆淺談環境溫度對5G基站建設的影響

  次瀏覽  本站  2021/03/15

目前隨著通信技術、信息技術、計算機技術的迅猛發展和GPS技術的不斷成熟，在我國不少區域和城市已經開始建設5G基站，但由于受經濟條件和自然條件的限制，一些地區仍然無法完成基站的建設，難以享受移動通信技術升級帶來的快捷服務。

山區是通信行業最難覆蓋的，不僅因為山區的面積大，而因為山區基站的建設難度大。為了覆蓋山區的基站，很多基站需要在山頂建，很多山頂沒有道路，很多設備甚至鐵塔都是人工抗的，而且環境溫度對基站的電子元器件性能影響也很大，特別是高海拔山區的晝夜溫差，對基站電池和元件都帶來極大的挑戰。除此之外電力問題外還有濕度及雷擊等自然問題的影響下讓山區基站建設增加了更多的難度和維護成本。

基站施工隊在川西高原的施工過程中就遇到上述問題。由于川西高原為青藏高原東南緣和橫斷山脈的一部分，空氣密度較低，其平均海拔3500m，空氣密度0.808kg／f，比標準空氣密度約低34％。

川西高原海拔高差大，氣候立體變化明顯，是典型的高原氣候。大部分地區長冬無夏，春秋相連；降水量少而集中，晝夜溫差大，日照強，陽光充足。年平均氣溫-1.6℃，1月平均溫-12.5℃，極端最低氣溫-35.0℃，被稱為四川的“寒極”。

海拔高度對電池的影響主要體現在引起低密度、低濃度、多孔性材料的物理和化學性質的變化。同時由于內外壓力差的增大，氣體或液體易從密封容器中泄漏或泄漏率增大，蓄電池為具有密封要求的電氣產品，氣壓的改變將間接影響到電氣性能。

電池管理系統和和一般低壓電氣產品一樣，隨著空氣壓力或空氣密度的降低，將引起外絕緣強度的降低。在海拔至5000m范圍內，每升高1000m，即平均氣壓每降低7.7~10.5kPa，外絕緣強度降低8%~13%。

基站房環境要求

基站機房對設備運行環境的溫度、濕度、潔凈度有一定要求。為保障通信設備的正常運行和使用壽命，當外界環境無法滿足基站房內的運行需求時，需要對基站房的內環境進行改造，符合內部通信設備運行條件，一般采取必要的溫控措施來平抑因用電設備散熱、室外熱傳導以及維護人員熱輻射而引起的機房溫度升高。

另外，除了安裝溫控設備來控制基站機房內部溫度環境外，還需要安裝工業空調、照明及消防設備使基站房環境常年保持在溫度10℃~35℃，濕度10%~90%，潔凈度達B級。

影響因素

⑴低溫性能制約因素

將-20℃充電測試的放電性能與在25℃下充電在-20℃下放電的性能進行比較。見表1。

表1 -20℃充放與25℃充-20℃放的放電性能比較

⑵間歇浮充電對磷酸鐵鋰蓄電池的影響

由于磷酸鐵鋰電池的電解液是有機液體，再加上鋰金屬非?；顫?，所以該電池必須密封。電池在正常充放電條件下幾乎不產生氣體，即使電池長期處于間歇浮充狀態，電池內部也不會產生較高壓力。另外，通信基站的備用電源長期處于浮充狀態，對于電池的間歇浮充而言，其電壓長期處于3.65V左右。這個電壓對電池極板和電解液都是比較穩定的狀態，因此磷酸鐵鋰蓄電池非常適合用于通信基站。

表1 不同溫度下的對比

從表1中我們可以看出，相比低溫充電低溫放電，常溫充電低溫放電容量提升約1000mAh，相對容量增加10%，整體來看，性能提升不大?？梢?，制約此實驗中樣品低溫性能的主要因素在于放電過程，而非充電過程，所謂即使是充得進卻也放不出。因此，通過將此類電池放在常溫下充電的方式來提升低溫放電性能效果是不理想的。

⑵不同溫度下電池放電能量

由于在實際使用過程中，負載是額定功率輸出，電池放電能量決定了負載工作時間，因此有必要關注不同溫度下放電能量的變化情況。

由于放電能量值是每一時刻點放電電壓與放電電流相乘對時間積分所得到的，因此放電溫度對放電能量（0.5C）的影響能量隨溫度的變化情況與放電容量與放電中值電壓的變化比較接近，但其受溫度影響更大。10℃能量約保持在90%，0℃只有不到75%，而-15℃接近50%，-20℃約為常溫下的1/3。而在高溫階段，能量變化不明顯。最大值（50℃）也僅為103.4%，而在60℃時與常溫下持平。

新型材料應用

從上述實驗得知，環境溫度對移動基站內部的影響是不能忽視的！為了減少重量及成本, 電子元器件對材料減薄及實際保溫隔熱有持續的需求，然而這對于材料的可靠性甚至換熱性能都會帶來新的挑戰，未來也將通過保溫材料優化解決。

德耐隆Telite®產品系列I-HWR-Q采用獨創新材料工藝幫助移動基站（鋰電池）有效抵御戶外高低溫的影響，為電池提供安全合理的工作環境，從而保持電池的溫度一致性，保持電池組的性能使用壽命。

移動基站的保溫隔熱防水防火專用材料德耐隆Telite®的關鍵技術包括導熱、隔熱、保溫，低應力緩釋技術,新型阻燃技術三大技術，在協助電池進行熱管理、降低溫差、實現熱平衡;撞擊、跌落、爆炸瞬間完成沖擊力緩釋;實現在高溫、過充、刺穿防爆中的阻燃隔熱效果等方面將取得決定性的作用。

下面這些特性使德耐隆Telite®保溫隔熱材料在各種電子設備和汽車應用中脫穎而出，并有助于您應對未來大容量鋰電池系統和其他部件的設計和生產的相關挑戰：

?熱阻極低GB/T 10295-2008 0.069[m2.K]/W

?優異的熱穩定性（-200℃至220℃）

?嚴酷條件下的可靠性能——耐熱沖擊、抗氧化、抗潮濕和耐化學品性

?隔熱保溫（導熱系數僅為0.018W/m.k）

高原基站環境主要有高海拔、冬季室外溫度低的特點。鐵鋰電池耐高溫，放電容量穩定，受放電率的影響不如鉛酸電池明顯，運輸成本降低，適用于無機房、無空調、環境溫度在零度以上的高原基站。

高原基站具有海拔高、空氣密度低的特點，高原用磷酸鐵鋰電池電池及BMS組件需要考慮適應問題，在超出2000米后需要降容使用，同時在產品設計階段就需要考慮電氣元件的海拔匹配和適應性。

如果磷酸鐵鋰電池使用在室外站場景，由于高原山區基站的環境溫度通常在零度以下，此時采用電池地埋方式能夠保證電池箱內獲得相對恒溫的工作條件，并且可以起到防盜的作用；同時利用磷酸鐵鋰電池優良的高溫性能，不必擔心大電流充放電產生的高溫對蓄電池壽命的影響，是較為適宜的設計方案。

隨著中國鐵塔公司的成立，各通信運營商合用基站是一種趨勢，負載電流將成倍增加。在基站蓄電池配置中可合理利用鐵鋰電池短時大電流放電的特性，相同的放電時長和放電電流下配置較小容量的鐵鋰電池，可大大減少電池室面積，增加通信設備裝機位置。在磷酸鐵鋰電池綜合造價越來越低的情況下，相信磷酸鐵鋰電池會在通信基站得到更為普遍的應用。