基站通信电源系统知识科普
一 基站供电系统结构
基站供电系统主要由交流供电系统和直流供电系统组成。
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交流供电系统:由一路市电电源、一路移动油机电源、浪涌保护器、交流配电箱(具备市电油机转换功能)组成。
直流供电系统:由高频开关组合电源(含交流配电单元、监控模块、整流模块、直流配电单元)、两组(或一组)蓄电池组组成。
交流供电系统运行方式:
(1)市电正常时,由市电供电;
(2)市电停电后,移动油机未到站时,站内通信设备由蓄电池放电供电;
(3)移动油机到站,待油机启动后,由油机供电;
(4)市电恢复后,由市电供电。
直流供电系统的运行方式:
在线恒压充电的全浮充供电方式。
(1)当交流电源正常时,由整流器和蓄电池并联浮充供电(整流器一方面给通信设备,一方面又给蓄电池充电,以补充蓄电池因自放电而失去的电量);
(2)当交流电源中断后,由蓄电池单独向通信设备供电;
(3)当交流电源恢复供电时,开关电源的监控模块自动启动整流器向通信负荷供电,并对蓄电池进行充电。
蓄电池组既为备用电源,又可以吸收高频纹波电流。
二 基站电源系统实物布局
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基站内电源相关设备主要有：交流配电箱、浪涌保护器、室内地线排、高频开关组合电源、蓄电池组。
三 交流供电部分
3.1 交流供电系统分为两种型式
1. tn型：系统中，电源端有一点与地直接连接，电气装置的外露可导电部分与电源端接地点用保护线直接连接；又可分为：tn-c、tn－s、tn-c-s三种。
2.tt型：在此系统中，电源端有一点与地直接连接，负荷侧电气装置外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。
移动基站中常用tt型式供电
3.2 对市电的要求
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新建基站要求引入一路三类以上（年停电次数≤54，每次停电时长≤8小时）的市电电源。
乡镇及农村基站交流电源引入容量建议为15kw（自建变压器的基站，变压器容量建议按照20kva选定）；
一般市区、城郊及县城基站交流市电引入容量建议为20kw；
特大城市密集市区基站，交流市电引入容量建议为25 kw～30kw；
基站内电源电缆应采用铜芯非延燃聚氯乙稀绝缘及护套软电缆。
3.3 浪涌保护器
1）功能
浪涌保护器(surge protective devices, spd):
通过抑制瞬态过电压及旁路浪涌电流来保护设备的装置。
最大通流容量imax :
spd不发生实质性破坏,每线(或单模块)能通过规定次数、规定波形模拟雷电流的最大电流峰值。
2）配置原则
(1)通信基站的交流电源系统的雷电过电压保护应使用分级保护。
(2)交流电源第一级spd的最大通流容量,应根据局(站)性质、 地理环境和当地雷暴日大小来确定。
当存在以下不利因素时,应提高交流电源第一级spd的最大通流容量:
●局(站)设在高层建筑、山顶、水边、矿区和空旷高地;
●局(站)设有铁塔或塔楼;
●无专用变压器;
●地处少雷区或者中雷区,根据历年统计,时有雷击发生;
●交流供电线路无法按要求埋地引入;
●大地电阻率较高致使站内接地电阻偏大。
说明:
1、城市指市区一般公共建筑物、专用机房;
2、郊区指包括城市中高层孤立建筑物的楼顶机房、城郊、居民房、水塘旁以及 无专用配电变压器供电的基站;
3、山区指包括丘陵、公路旁、农民房、水田旁的易遭受雷击的机房。
(3)在使用分级保护时,各级浪涌保护器之间应保持 必要的退耦距离或增设退耦器件,以确保各级浪涌保 护器协调工作。氧化锌spd与氧化锌spd之间退耦距离 (电缆长度)应不小于5m。
(4)在spd的引接线上,应串接保护空开,防止spd故 障时引起系统供电中断。保护空开的标称电流不应大于前级供电线路空开的1/1.6倍。
3）接线方式
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4）导线选择
说明:
(1)使用模块式spd时,引接线长度应小于1m,spd 接地线的长度应小于1.5m。
(2)使用箱式spd时,引接线和接地线长度均应小于 1.5m。
3.4 交流配电箱
交流配电箱具备两路电源转换(一路市电、一路移动油机),并为开关电源、空调、照明等交流用电设备提供交流供电回路的功能。
一般为380v/100a (63a)交流电源总输入。
当所需市电引入容 量小于5kva时,可以引入单相220v交流电源。
设备容量、功率、电压、电流之间的关系:
三相系统:
s = u×i
p = u×i×cosφ
其中:u=380v
单相系统:
s = u×i ;
p = u×i×cosφ
其中:u=220v
s:容量(kva)
u:电压(v)
cosφ:功率因数,取0.8(开关电源取0.95,空调设备取0.85)
p:功率(kw)
i:电流(a)
断路器容量=计算电流×可靠系数(取1.25 ~ 1.5)
四 高频开关组合电源
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高频开关组合电源由交流配电单元、直流配电单元、整流模块、监控模块组成。
交流配电单元：输入市电或油机电源,将交流电能分配给开关电源整流模块使用;含有浪涌保护器,作为基站电源系统的第二级防雷保护。
直流配电单元：通过直流汇流母排,将开关电源整流模块输出的直流电能提供给通信设备用电,并对电池进行充电。
整流模块：从交流配电取得交流电能,将交流电整流成直流电,输出到直流母排。
监控模块：实时监测和控制电源系统各部分工作,对电池进行自 动管理,具有标准的rs232或 rs485通信口,作为后台监控的接口。
4.1 交流配电单元
交流配电介绍
4.2 整流模块
整流模块电路基本结构
高频开关整流模块的电路技术发展至今，基本形成如下图所示的电路结构
面板读数
4.3 直流配电单元
直流配电回路需有一次下电、二次下电之分,基站设备接在一次下电回路,传输设备、监控设备接在二次下电回路.
电压继电器在板背面,已经标识出负载分路特性
断路器容量=计算电流×可靠系数(取1.25 ~ 1.5)
熔断器容量=计算电流×可靠系数(取1.5 ~ 2)
内部直流铜排
整流模块输出
4.4 监控模块
监控单元电路原理
架内信号线连接
监控模块介绍
蓄电池管理
浮充、均充
●浮充充电应解决的两个问题：
1. 补偿电池因自放电而产生的容量损失
2. 避免过充造成电池寿命的缩短
●浮充电压一般在2.23～2.28v/只范围内选定（温度为25℃时 ）
●均衡充电电压 2.30～2.35v/只
●整流设备应能浮充／均充方式的自动转换。蓄电池放电后，整流设备自动向蓄电池进行均充电，当充电电流小于每安时50ma或充入电量是放出电量的1.2倍时，均充自动转为浮充。
五 蓄电池组
蓄电池是储存电能的一种设备。
它能将充电时得到的电能转变为化学能保存起来,需要电能时又能及时将化学能变为电能释放出来,供用电设备使用;这种转换可以反复循环多次。
内部结构
1）电池槽、盖:超强阻燃塑料;
2）提手:便于搬运;
3）正负极群:板栅采用铅钙合金;
4）微细玻璃纤维隔板;
5）汇流排:耐大电流冲击;
6）端子:内嵌铜芯,电阻最小化,极柱密封技术;
7）安全阀:进口阀帽,具有耐酸和良好的弹性恢复能力。
内含电解液
影响寿命的因素
密封阀控铅酸蓄电池的浮充寿命为10年左右,充放电次数为1000—1200次。
除了电池本身的设计、工艺水平和 充放电循环周期以外,影响蓄电池使用寿命的因素还包括:
(1)放电深度:电池的过放电会严重的缩短电池的 使用寿命,因此要严禁电池的过放电。
(2)充电电流:充电电流过大会使电池内盈余气体 增多,升高电池内压,而且滞留在正极周围的氧会窜入 pbo2内层,引起极板氧化腐蚀。
(3)环境温度:环境温度越高,电池的寿命越短。
(4)电池的不均衡性:多节串联的电池在运行过程 中有时会发生容量、端压不一致的情况,通常采用均充的 方法来解决。
电池单体间连接
安装方式
1）单层立放
2）双层立放
多层安装时需要注意机房地面承重能力。
3）双层卧放
多层安装时需要注意机房地面承重能力。
4）四层卧放
多层安装时需要注意机房地面承重能力。
铭牌标志
六 室内地线排
七 移动油机用快速插头
八 日常维护
1）运行状态
2）交流配电维护
交流缺相
整流模块内部dsp芯片由交/直流两端供电，因此关闭整流模块的输入空开，此时模块内部dsp芯片仍由直流母牌供电，该整流模块测量其输入市电为0，则上报监控单元m500f，系统可能出现“市电缺相”或者“整流模块＃市电故障”
系统输出总电流减少
整流模块在市电85v~170v是输入功率是线性增长，因此在市电输入小于170v的情况下，系统的总输出电流/输出功率是随着市电而变化的
交流接触器不吸合
（1）交流接触器控制板件故障
交流采样板故障：a14c3s1，输入两路市电、输出一路1.5v，一路6.2v；
逻辑控制板：a14c3c2，两路市电采样6.2v输入，逻辑比较后将选择信号送到a14c3c1板；
逻辑驱动板：a14c3c1，两路市电a相输入，辅助电源，交流接触器的工作电源（220vdc，9vdc)，a14c3c2板选择信号输入，放大后驱动交流接触器工作；
测量各板件的输入输出接口，定位故障板件，更换；
（2）接触器本身故障：
断开市电，接触器的驱动线圈电阻阻值为120～130欧姆；
若为0，则已经短路烧坏；若原大于120欧姆，则已经烧坏开路；
3）整流模块维护
模块故障
直接用新模块更换即可。无需设置任何参数。
如果暂时拔出故障模块，
需要清除当前“模块通信中断”则需同时按”esc”与“ent”键复位监控模块。
若需清除“模块丢失”告警，则需按“
”键并按”ent” 键确认清除。
风扇故障
风扇根据环境温度运行（27~40摄氏度）。
现场可更换，需将模块拔出后，用起子拆卸盖板。
风扇故障时，模块红指示灯闪烁，并将信息送到监控。
4）直流配电维护
（1）直流配电日常维护要求
负载重要性区分
负载供电与电池保护优先性
注意温升
注意电池维护
（2）常见故障处理
电池支路断：
电池支路检测是通过压差来判断的。当压差超过400mv时，就会触发电池支路断告警。
负载支路断
负载支路断告警只有在负载支路端接有负载的情况下断开熔断器或开关才会触发告警。
电池测试
（3）整流模块维护
●整流模块是具备全套告警保护功能和有源均流整合功能，故不需要按时检查或调整参数。其完善的自检功能能够及时发现早期产生的问题。
●均流 反映整流模块运行品质的参数
●在常规条件下，每个整流模块输出电流变动在平均电流值的±2a或±3%之内。这是内部环路电路参数来调整每个单元所占之份额。一般而言，如有1～2个整流模块漂移，均流参数超出指标, 多半可认为漂移的整流模块内电路上存在漂移组件。这也就是模块出现故障的前兆. 必须加以特别的关注.
●多个整流模块均流都未达要求，则很可能问题出在监控模块上。
●风冷型整流模块因环境空气不断吹入模块中, 对一般室内环境而言, 整流模块就是长时间运行, 所吹入的尘埃是不会影响模块运行的.
●但如处在尘埃特大的环境中 (如基建环境), 整流模块被吹入过量的尘埃, 这会影响整流模块运行. 需要加以除尘. 请通知本公司, 由本公司技服人员来现场除尘. 请勿擅自打开模块外壳除尘! 以免损坏模块.
4）蓄电池维护
蓄电池的保养维护重点
（1）保证蓄电池及时充足电量. 经常处在充电不足的蓄电池是严重影响使用寿命的.
措施：利用三段式充电, 提高充电效果, 尽量在较短的时间内完成充电.
（2） 保证蓄电池处于活泼状态, 长时期蓄电池不通过大容量的充放电,蓄电池会活性降低. 导致容量下降.
措施：定期做蓄电池的放电测试.
（3）注意是蓄电池的环境温度
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交流供电系统:由一路市电电源、一路移动油机电源、浪涌保护器、交流配电箱(具备市电油机转换功能)组成。
直流供电系统:由高频开关组合电源(含交流配电单元、监控模块、整流模块、直流配电单元)、两组(或一组)蓄电池组组成。
交流供电系统运行方式:
(1)市电正常时,由市电供电;
(2)市电停电后,移动油机未到站时,站内通信设备由蓄电池放电供电;
(3)移动油机到站,待油机启动后,由油机供电;
(4)市电恢复后,由市电供电。
直流供电系统的运行方式:
在线恒压充电的全浮充供电方式。
(1)当交流电源正常时,由整流器和蓄电池并联浮充供电(整流器一方面给通信设备,一方面又给蓄电池充电,以补充蓄电池因自放电而失去的电量);
(2)当交流电源中断后,由蓄电池单独向通信设备供电;
(3)当交流电源恢复供电时,开关电源的监控模块自动启动整流器向通信负荷供电,并对蓄电池进行充电。
蓄电池组既为备用电源,又可以吸收高频纹波电流。
二 基站电源系统实物布局
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基站内电源相关设备主要有：交流配电箱、浪涌保护器、室内地线排、高频开关组合电源、蓄电池组。
三 交流供电部分
3.1 交流供电系统分为两种型式
1. tn型：系统中，电源端有一点与地直接连接，电气装置的外露可导电部分与电源端接地点用保护线直接连接；又可分为：tn-c、tn－s、tn-c-s三种。
2.tt型：在此系统中，电源端有一点与地直接连接，负荷侧电气装置外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。
移动基站中常用tt型式供电
3.2 对市电的要求
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新建基站要求引入一路三类以上（年停电次数≤54，每次停电时长≤8小时）的市电电源。
乡镇及农村基站交流电源引入容量建议为15kw（自建变压器的基站，变压器容量建议按照20kva选定）；
一般市区、城郊及县城基站交流市电引入容量建议为20kw；
特大城市密集市区基站，交流市电引入容量建议为25 kw～30kw；
基站内电源电缆应采用铜芯非延燃聚氯乙稀绝缘及护套软电缆。
3.3 浪涌保护器
1）功能
浪涌保护器(surge protective devices, spd):
通过抑制瞬态过电压及旁路浪涌电流来保护设备的装置。
最大通流容量imax :
spd不发生实质性破坏,每线(或单模块)能通过规定次数、规定波形模拟雷电流的最大电流峰值。
2）配置原则
(1)通信基站的交流电源系统的雷电过电压保护应使用分级保护。
(2)交流电源第一级spd的最大通流容量,应根据局(站)性质、 地理环境和当地雷暴日大小来确定。
当存在以下不利因素时,应提高交流电源第一级spd的最大通流容量:
●局(站)设在高层建筑、山顶、水边、矿区和空旷高地;
●局(站)设有铁塔或塔楼;
●无专用变压器;
●地处少雷区或者中雷区,根据历年统计,时有雷击发生;
●交流供电线路无法按要求埋地引入;
●大地电阻率较高致使站内接地电阻偏大。
说明:
1、城市指市区一般公共建筑物、专用机房;
2、郊区指包括城市中高层孤立建筑物的楼顶机房、城郊、居民房、水塘旁以及 无专用配电变压器供电的基站;
3、山区指包括丘陵、公路旁、农民房、水田旁的易遭受雷击的机房。
(3)在使用分级保护时,各级浪涌保护器之间应保持 必要的退耦距离或增设退耦器件,以确保各级浪涌保 护器协调工作。氧化锌spd与氧化锌spd之间退耦距离 (电缆长度)应不小于5m。
(4)在spd的引接线上,应串接保护空开,防止spd故 障时引起系统供电中断。保护空开的标称电流不应大于前级供电线路空开的1/1.6倍。
3）接线方式
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4）导线选择
说明:
(1)使用模块式spd时,引接线长度应小于1m,spd 接地线的长度应小于1.5m。
(2)使用箱式spd时,引接线和接地线长度均应小于 1.5m。
3.4 交流配电箱
交流配电箱具备两路电源转换(一路市电、一路移动油机),并为开关电源、空调、照明等交流用电设备提供交流供电回路的功能。
一般为380v/100a (63a)交流电源总输入。
当所需市电引入容 量小于5kva时,可以引入单相220v交流电源。
设备容量、功率、电压、电流之间的关系:
三相系统:
s = u×i
p = u×i×cosφ
其中:u=380v
单相系统:
s = u×i ;
p = u×i×cosφ
其中:u=220v
s:容量(kva)
u:电压(v)
cosφ:功率因数,取0.8(开关电源取0.95,空调设备取0.85)
p:功率(kw)
i:电流(a)
断路器容量=计算电流×可靠系数(取1.25 ~ 1.5)
四 高频开关组合电源
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高频开关组合电源由交流配电单元、直流配电单元、整流模块、监控模块组成。
交流配电单元：输入市电或油机电源,将交流电能分配给开关电源整流模块使用;含有浪涌保护器,作为基站电源系统的第二级防雷保护。
直流配电单元：通过直流汇流母排,将开关电源整流模块输出的直流电能提供给通信设备用电,并对电池进行充电。
整流模块：从交流配电取得交流电能,将交流电整流成直流电,输出到直流母排。
监控模块：实时监测和控制电源系统各部分工作,对电池进行自 动管理,具有标准的rs232或 rs485通信口,作为后台监控的接口。
4.1 交流配电单元
交流配电介绍
4.2 整流模块
整流模块电路基本结构
高频开关整流模块的电路技术发展至今，基本形成如下图所示的电路结构
面板读数
4.3 直流配电单元
直流配电回路需有一次下电、二次下电之分,基站设备接在一次下电回路,传输设备、监控设备接在二次下电回路.
电压继电器在板背面,已经标识出负载分路特性
断路器容量=计算电流×可靠系数(取1.25 ~ 1.5)
熔断器容量=计算电流×可靠系数(取1.5 ~ 2)
内部直流铜排
整流模块输出
4.4 监控模块
监控单元电路原理
架内信号线连接
监控模块介绍
蓄电池管理
浮充、均充
●浮充充电应解决的两个问题：
1. 补偿电池因自放电而产生的容量损失
2. 避免过充造成电池寿命的缩短
●浮充电压一般在2.23～2.28v/只范围内选定（温度为25℃时 ）
●均衡充电电压 2.30～2.35v/只
●整流设备应能浮充／均充方式的自动转换。蓄电池放电后，整流设备自动向蓄电池进行均充电，当充电电流小于每安时50ma或充入电量是放出电量的1.2倍时，均充自动转为浮充。
五 蓄电池组
蓄电池是储存电能的一种设备。
它能将充电时得到的电能转变为化学能保存起来,需要电能时又能及时将化学能变为电能释放出来,供用电设备使用;这种转换可以反复循环多次。
内部结构
1）电池槽、盖:超强阻燃塑料;
2）提手:便于搬运;
3）正负极群:板栅采用铅钙合金;
4）微细玻璃纤维隔板;
5）汇流排:耐大电流冲击;
6）端子:内嵌铜芯,电阻最小化,极柱密封技术;
7）安全阀:进口阀帽,具有耐酸和良好的弹性恢复能力。
内含电解液
影响寿命的因素
密封阀控铅酸蓄电池的浮充寿命为10年左右,充放电次数为1000—1200次。
除了电池本身的设计、工艺水平和 充放电循环周期以外,影响蓄电池使用寿命的因素还包括:
(1)放电深度:电池的过放电会严重的缩短电池的 使用寿命,因此要严禁电池的过放电。
(2)充电电流:充电电流过大会使电池内盈余气体 增多,升高电池内压,而且滞留在正极周围的氧会窜入 pbo2内层,引起极板氧化腐蚀。
(3)环境温度:环境温度越高,电池的寿命越短。
(4)电池的不均衡性:多节串联的电池在运行过程 中有时会发生容量、端压不一致的情况,通常采用均充的 方法来解决。
电池单体间连接
安装方式
1）单层立放
2）双层立放
多层安装时需要注意机房地面承重能力。
3）双层卧放
多层安装时需要注意机房地面承重能力。
4）四层卧放
多层安装时需要注意机房地面承重能力。
铭牌标志
六 室内地线排
七 移动油机用快速插头
八 日常维护
1）运行状态
2）交流配电维护
交流缺相
整流模块内部dsp芯片由交/直流两端供电，因此关闭整流模块的输入空开，此时模块内部dsp芯片仍由直流母牌供电，该整流模块测量其输入市电为0，则上报监控单元m500f，系统可能出现“市电缺相”或者“整流模块＃市电故障”
系统输出总电流减少
整流模块在市电85v~170v是输入功率是线性增长，因此在市电输入小于170v的情况下，系统的总输出电流/输出功率是随着市电而变化的
交流接触器不吸合
（1）交流接触器控制板件故障
交流采样板故障：a14c3s1，输入两路市电、输出一路1.5v，一路6.2v；
逻辑控制板：a14c3c2，两路市电采样6.2v输入，逻辑比较后将选择信号送到a14c3c1板；
逻辑驱动板：a14c3c1，两路市电a相输入，辅助电源，交流接触器的工作电源（220vdc，9vdc)，a14c3c2板选择信号输入，放大后驱动交流接触器工作；
测量各板件的输入输出接口，定位故障板件，更换；
（2）接触器本身故障：
断开市电，接触器的驱动线圈电阻阻值为120～130欧姆；
若为0，则已经短路烧坏；若原大于120欧姆，则已经烧坏开路；
3）整流模块维护
模块故障
直接用新模块更换即可。无需设置任何参数。
如果暂时拔出故障模块，
需要清除当前“模块通信中断”则需同时按”esc”与“ent”键复位监控模块。
若需清除“模块丢失”告警，则需按“
”键并按”ent” 键确认清除。
风扇故障
风扇根据环境温度运行（27~40摄氏度）。
现场可更换，需将模块拔出后，用起子拆卸盖板。
风扇故障时，模块红指示灯闪烁，并将信息送到监控。
4）直流配电维护
（1）直流配电日常维护要求
负载重要性区分
负载供电与电池保护优先性
注意温升
注意电池维护
（2）常见故障处理
电池支路断：
电池支路检测是通过压差来判断的。当压差超过400mv时，就会触发电池支路断告警。
负载支路断
负载支路断告警只有在负载支路端接有负载的情况下断开熔断器或开关才会触发告警。
电池测试
（3）整流模块维护
●整流模块是具备全套告警保护功能和有源均流整合功能，故不需要按时检查或调整参数。其完善的自检功能能够及时发现早期产生的问题。
●均流 反映整流模块运行品质的参数
●在常规条件下，每个整流模块输出电流变动在平均电流值的±2a或±3%之内。这是内部环路电路参数来调整每个单元所占之份额。一般而言，如有1～2个整流模块漂移，均流参数超出指标, 多半可认为漂移的整流模块内电路上存在漂移组件。这也就是模块出现故障的前兆. 必须加以特别的关注.
●多个整流模块均流都未达要求，则很可能问题出在监控模块上。
●风冷型整流模块因环境空气不断吹入模块中, 对一般室内环境而言, 整流模块就是长时间运行, 所吹入的尘埃是不会影响模块运行的.
●但如处在尘埃特大的环境中 (如基建环境), 整流模块被吹入过量的尘埃, 这会影响整流模块运行. 需要加以除尘. 请通知本公司, 由本公司技服人员来现场除尘. 请勿擅自打开模块外壳除尘! 以免损坏模块.
4）蓄电池维护
蓄电池的保养维护重点
（1）保证蓄电池及时充足电量. 经常处在充电不足的蓄电池是严重影响使用寿命的.
措施：利用三段式充电, 提高充电效果, 尽量在较短的时间内完成充电.
（2） 保证蓄电池处于活泼状态, 长时期蓄电池不通过大容量的充放电,蓄电池会活性降低. 导致容量下降.
措施：定期做蓄电池的放电测试.
（3）注意是蓄电池的环境温度
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