中兴通信电源中兴高频开关电源蓄电池管理

时间：2018-11-02

中兴组合电源，产品有ZXDU300、ZXDU400约几百套。每期的性能都比以前有所改进，特别是ZXDU400，外观简洁，功能强大，操作简便，适应性强。其蓄电池管理功能更是先进，本人就此谈一点心得。

　　蓄电池是组合通信电源系统的一个重要组成部分,所占的投资比例也不小。加强对蓄电池的管理,改善其使用状况,从而有效地延长蓄电池的使用寿命,对于保护投资,节约成本具有重要的意义。通信电源系统中采用整流器和蓄电池组并联冗余供电方式，蓄电池组既为备用电源，又可以吸收高频纹波电流。

　　从蓄电池的工作原理来看，由于充放电过程是可逆的，理论上电池是可以无限循环使用。但实际上充放电过程中，一方面由于较板体积的膨胀与收缩会使一些有效物质脱落，减小较板有效面积和电池容量，另一方面有些有效物质无法还原，而形成硬化的硫酸铅（硫化），减小了电池容量。从影响蓄电池寿命的因素来看，通常的VRLA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，引起较板氧化腐蚀；3.环境温度，环境温度越高，电池的寿命越短。应该尽量保证电池本身的温度在25℃左右；4.电池的不均衡性，多节串联的电池（一般为24节）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，一般的周期是720个小时，也就是说，如果维护工作正常，电池的寿命主要决定于充放电循环周期。从充电特性来看，蓄电池的两种充电状态分别是正常充电和均衡充电（均充）。正常充电是电池放电之后，在不脱离负载情况下的充电，包括浮充充电、限流恒压充电和递增电压充电三种。在蓄电池放电时间较长时，采用限流恒压充电和递增电压充电，在蓄电池放电时间仅为几分钟或者与整流器共同给通信设备供电时，采用浮充充电。

　　目前通信电源所带的蓄电池大多都是先进的阀控式密封铅酸蓄电池。这种电池的每节单体电压一般有2V、6V、12V三种,在使用时将多节单体串连,组成48V的蓄电池组。在对电源系统可靠性要求较高的场合,可采用两组蓄电池并联运行的方式。因为各个厂家、各个型号、各个批次的蓄电池生产时的条件不尽相同,导致其内部参数都会有一定的差异,在开局的时候,就要求蓄电池组的单体必须是同厂家同型号同批次的,这样方能保证其参数基本一致，可以长时间使用。如果其中一节的参数与其它不同,那么它很快就会出故障,甚至导致系统故障。更换电池与开局时电池的选用也是一样的道理,需要整组更换,如果是两组并联的情况,也需要将两组全部换掉,不能只更换出现故障的电池单体,这样实际上是因小失大。

　　除了定时均充外，蓄电池的日常管理的内容也是非常多的。先进的通信电源的蓄电池管理功能还包括二次下电、温度补偿、无级限电流等,这些措施可以保证蓄电池处于良好的使用状态,延长其使用寿命。所谓二次下电功能,须从蓄电池放电时的特性谈起。蓄电池在输出能量时,其两端电压不断下降,当下降到一定值(一般称为终止电压)的时候,就必须断掉其能量输出回路,否则可能导致蓄电池过放电,使其寿命缩短甚至报废。这种在终止电压时，使蓄电池断掉负载防止过放电的动作和措施,叫做低电压保护。当电池两端电压降到一定值(一般比终止电压高)时,就断掉一部分次要负载(所谓一次下电),只给剩下的主要负载供电。之后当电压下降到终止电压时,则将主要负载也断掉(所谓二次下电),实现对蓄电池的保护。这种两级断开负载的动作和措施即二次下电。
二次下电的好处是在保证蓄电池不过放电的同时,可以给重要设备提供更长的供电时间,尽量减少通信中断的损失。如果需要实现系统的二次下电功能,开局时,须将直流输出负载分成主要和次要负载,接到相应的分路上。先进的电源设备的二次下电功能须非常灵活,可以随意调节一二次下电电压,并且可以设置成不作二次下电和低电压保护,满足需要****通信的场合的需求。

　　市电断电后,由电池组给负载和监控模块供电,监控模块对电池组的参数进行监控,并进行相应的计算。市电恢复后，在整流器软启动过程中，监控模块将计算好的整流器输出电压电流(限流点)参数传递给整流器,整流器按照这组参数来执行。此时需要整流器具有无级限流的功能,使蓄电池得到较佳的充电电流。

　　如上所述,在组合通信电源系统中,对蓄电池的使用和管理非常重要,需要电源系统的功能非常全面,如定时均充、二次下电、温度补偿、无级限流等,在目前市场上的主要电源生产企业中,我们发现由深圳市中兴通讯股份有限公司生产的通信电源在这方面做得比较好，一定程度上实现了对蓄电池的全面保护,节约了局方的投资,也提高了运维的工作效率。



影响蓄电池寿命的因素分析

　　接入网以其建设成本低，组网能力强，能提供各种综合业务，对环境的适应能力强等优势，近三年来在全国得到了大力发展。但在推广应用的过程中，也暴露出接入网建设和维护中存在的诸多问题，尤其在电源保证方面遇到的问题较多，接入网发生的通信阻断因电源保证方面的原因占50%以上，如何科学合理地解决电源**问题，已经成为接入网发展和维护工作中的一项重要课题。

　　为什么接入网会存在如此多的电源问题呢？从客观条件可以与通信局站做一下对比，通信局站有可靠的市电，配置有备用发电机组、空调设备，有人现场值守，所以电源障碍造成的通信阻断较少发生，甚至目前大家使用的微机也配有UPS，在停电时可以及时保存数据。这些客观条件多数在小的接入网点都不具备。通常1024线左右的接入网点采用居民用电或农电，不配置发电机，不安装空调，无人值守，停电频繁。据统计，因停电造成的通信阻断占电源障碍的91%，平均障碍历时在150分钟/次左右，要减少这150分/次的障碍历时，一是大量配置小型发电机组，二是延长蓄电池组的放电时间。大量配置小型发电机不仅仅是一个设备问题，它涉及到增加维护部门的人力资源配置，增加交通车辆，从而增加运营成本。2000年底河南省电信公司对在用的蓄电池组进行了容量普查，接入网点的蓄电池组普查可用率（我们把达到60%以上额定容量的蓄电池组定义为可用电池）为67.3%，也就是说，在三年的接入网发展期，已经有32.7%的蓄电池组需要更新或不能满足供电需要。造成蓄电池的使用寿命短期内终结主要有以下原因：

　　　1. 蓄电池使用环境温度变化大（0～45℃），环境温度的升高，将加速电池板栅的腐蚀和增加电池中的水分损失，使电池寿命大大缩短，温度每升高10℃，电池使用寿命减少一倍。图1为温度与电池寿命之间的关系曲线。


图1 环境温度与电池寿命之间的关系

　　2. 大部分电池放电终止电压设置不准或设置困难，甚至许多电源设备没有低电压切换装置，造成蓄电池组的深放电，体积增大，变形，甚至破裂。

　　3. 蓄电池组放电后没有及时进行充电，造成电池较板硫化，使活性物质不能还原，造成电池容量严重下降。

　　4. 接入网点采用的蓄电池组多数是12V系列电池，设计使用寿命3～5年。

　　5. 目前市场上蓄电池的质量良莠不齐，质量甄别困难，价格差异也较大，在电池的选用上价格起主要作用，电池的质量难以保证，蓄电池组本身质量不高。

　　6. 早期的接入网电源设备没有充电限流功能。充电初期，电池接受电荷能力强，充电电流过大，正极板上的活性物质PbSO4还原成PbO2时（负极板还原为Pb）体积变化过于激烈，收缩太快且不均，导致电池正极板弯曲膨胀，变形损坏。

　　7. 浮充、均充点设置不合理，造成电池欠充或过充。过充会造成蓄电池的排气、失水和变形。图2为蓄电池失水率与剩余容量的关系曲线。


图2 蓄电池失水率与剩余容量的关系

　　二、蓄电池的正常维护方法

　　针对接入网的外部条件和影响蓄电池使用寿命的七种因素，在日常维护中应重点注意以下几点：

　　1. 蓄电池容量的选择

　　容量（放电小时数）的要求主要考虑停电延迟处理时间、夜间不处理时间，以及路途时间，兼顾多点同时发生停电的处理时间冗余。城镇及交通便利地区选择12小时为宜，乡镇以下及偏远地区选择24小时为宜。电池容量的计算式为：



其中，
Q-需要配置的蓄电池组容量
K-安全系数，一般取1.25
I-负荷电流（2V系列电池要考虑5年的发展冗余，12V系列不考虑发展冗余）
T-放电小时数
η-放电容量系数（接入网电池选1 ）
t-温度调整系数（北方地区选0，中南部地区选5）

　　2. 蓄电池质量的选择

　　由于每个厂家、每一系列、每一批次的蓄电池都存在质量差异，内在质量很难鉴别，因此在选购电池时要参考长期的使用经验，在价格差别不大的条件下，优选大厂品牌产品，相同AH的电池，优选体积大、质量重、较板厚、电解液比重小的电池。

　　3. 蓄电池维护上应做到"三防、一及时"

防高温
在没有空调的接入网点，要设置换气通道并安装防尘网和防雨罩。安装在机柜内的蓄电池组在夏季可卸掉侧面板，电池单体之间避免紧密排列，以加强空气的流动。容量达到1024线以上的接入网点应安装空调设备。

防过充电
（1）浮充电压的设定：蓄电池的开路电压可以由近似公式E=0.85 d得出（其中E为铅酸蓄电池的电势，d为电解液的比重，0.85为铅酸蓄电池的电势常数），浮充电压一般按U浮（25）=E 0.1设定，电池生产厂通常在蓄电池使用手册中给出浮充电压值，要按照说明要求来设定。
（2）均、浮充电限流点的设定：可以按I充=（0.1∽0.125）C10进行设定，较大充电电流不能大于10小时率充电电流的1.5倍。
（3）浮充电压的温度补偿：环境温度高，浮充电压值应降低；环境温度低，则浮充电压值应升高，因此要根据环境温度的变化对浮充电压进行补偿。

防过放电
欠压保护切换点的选定：由于接入网蓄电池组的放电时限≥10小时，恢复充电时间难以确定，为了避免电池的深度放电，造成电池活性物质不能还原和电池壳体破裂，设定欠压告警门限≈2V/单体，欠压保护门限≥1.9V/单体。

及时充电
在电池放电后必须尽快进行充电，充入的电量应是防出容量的1.2∽1.4倍，充电未结束或充电过程中不要停止充电。禁止蓄电池组在深放电后长时间（特殊情况下不得**过24小时）不充电，否则将会造成蓄电池的报废。特别是在大范围、多网点停电的情况下，要采取各种措施，组织发电机组及时给蓄电池组进行充电。
　　4. 选择合适的整流器

　　整流器和蓄电池是关系非常密切的两种设备，如果整流器的电池管理功能不完善，技术指标较差，那么保证蓄电池的使用寿命和容量将无从谈起。针对以上接入网电池实际问题，在选购整流器时一定要注意所选购的整流器应有完善的电池管理和保护功能，具体可重点检测以下几点：

温度补偿功能
接入网站点由于很少配有空调，所以环境温度变化较大，对电池内部的化学反应速度有很大的影响。整流器的温度补偿功能就是要将温度对电池的影响减至较小。一般要求环境温度每升高一度，每节2V电池的浮充电压要降低3~5mv，反之亦然。由于各种电池采用的工艺和材料不同，实际应用中以电池厂家给出的数据进行调整。

自动均浮充管理功能
整流器应具有自动均浮充管理程序。在交流电断电又恢复供电时或连续浮充运行3个月左右时，自动对蓄电池组进行一次均衡充电，以缩短充电时间，消除落后电池和防止蓄电池活性物质的钝化。

充电限流功能
目前接入网站点几乎全部采用阀控式铅酸蓄电池，由于电池的紧装配结构，在大电流充电时，会造成电池鼓肚甚至发生热失控现象，因此必须有蓄电池充电电流限流功能。

电池过放电保护功能
电池的过放电会对电池的使用寿命造成很大的影响，一次深度的过放电可能会使电池的使用寿命减少1~2年，甚至造成电池的报废。所以，整流器的过放电保护功能也是其一项重要的指标。
　　三、结束语

　　本文是针对河南省电信公司近三年来接入网发展中出现的问题，简要论述了接入网蓄电池组障碍发生的原因及相应对策，及如何加强蓄电池的维护，以有效降低接入网发生的通信阻断。由于地域及客观条件的不同，个别论点不一定适用于其他省市。

词条
词条说明
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