1、開關(guān)電源與蓄電池 2005。09,背景,蓄電池和開關(guān)電源之間關(guān)系密不可分，我們經(jīng)常 遇到這樣的問題： 1、我不知道我們要配多大的蓄電池合適？ 蓄電池壞了，是電源的原因，還是電池壞了 是蓄電池質(zhì)量不好 2、我們的電源為什么配這么大的容量？ 這些問題困擾我們的維護(hù)人員和用戶，當(dāng)您聽完 下面的課程，有些問題會(huì)迎刃而解，也許您也會(huì)變成 這方面的專家。,培訓(xùn)內(nèi)容,1、閥控鉛酸密封免維護(hù)蓄電池原理 2、影響蓄電池壽命的因素 2、蓄電池的充放電特性 3、開關(guān)電源的蓄電池管理功能 4、蓄電池的安裝與日常維護(hù),一、閥控鉛酸密封電池原理,閥控密封蓄電池是利用陰吸收原理使電池得以密封。電池充電時(shí)，正極會(huì)析出氧氣，負(fù)

2、極會(huì)析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達(dá)到70%時(shí)就開始了。析出的氧氣達(dá)到負(fù)極，跟負(fù)極起下述反映，達(dá)到陰極吸收的目的。 2Pb+O2=2PbO 2Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 負(fù)極析氫則要在充電達(dá)到90時(shí)才開始，再加上氧在負(fù)極的還原作用及負(fù)極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應(yīng)。,二、影響蓄電池壽命的因素,影響閥控式密封鉛酸蓄電池壽命的因素很多，既有電 池設(shè)計(jì)和制造方面的因素，又有用戶使用條件和維護(hù)方面 的因素。 1、設(shè)計(jì)和制造因素 正極板柵耐腐蝕性能和電池的水損耗速度乃是兩個(gè)最主要的因素。由于現(xiàn)在的蓄電池的正極板柵的厚度加大，采用PBCASNAI四元耐蝕合金。根據(jù)板柵腐蝕速

3、度推算，電池壽命可達(dá)10年15年。然而從電池使用結(jié)果來看，水損耗速度卻成為影響密封電池使用壽命的最關(guān)鍵因素。,二、影響蓄電池壽命的因素,2、蓄電池的失水 對(duì)一般密封鉛蓄電池而言，由于采用“貧液式”設(shè) 計(jì)，電池的正極和負(fù)極活性物質(zhì)的量及電解液的量處 于最佳匹配狀態(tài)，所以電池容量對(duì)電解液量極為敏 感，存在如下關(guān)系：電池失水10，容量降低20； 失水25，電池壽命結(jié)束。,二、影響蓄電池壽命的因素,2、蓄電池的失水 蓄電池失水的途徑 電池失水途徑有：電池槽、蓋滲漏；環(huán)境溫度過高；節(jié)流閥 頻繁開啟或閥門開啟后關(guān)閉不了，導(dǎo)致氫氣和氧氣逸出，同 時(shí)帶走酸霧；熱失控現(xiàn)象。 其中，熱失控現(xiàn)象是指電池在充電后期（

4、或浮充狀態(tài)）， 由于沒有及時(shí)調(diào)整充電電壓，使電池的充電電流和溫度發(fā)生 一種累積性的相互增強(qiáng)作用，此時(shí)電池溫度急劇上升，從而 導(dǎo)致電池槽蓋膨脹變形，失水速度加大，甚至電池?fù)p壞。,二、影響蓄電池壽命的因素,3、蓄電池的使用條件 眾所周知，蓄電池使用的環(huán)境溫度、充放電流、放電 深度、電池容量的合理配置、定期維護(hù)是保證電池正常 壽命的關(guān)鍵。環(huán)境溫度過高，蓄電池中的化學(xué)反應(yīng)加 劇，在充電過程中蓄電池的減壓閥會(huì)頻繁開啟，從而加 速了失水速度，降低了蓄電池壽命。放電深度以及放電 電流和終止電壓與蓄電池壽命之間的關(guān)系也是非常密切 的，具體情況詳見表1、表2。,二、影響蓄電池壽命的因素,表1 放電深度與循環(huán)次數(shù)

5、之間的關(guān)系,二、影響蓄電池壽命的因素,表2 放電率與終止電壓之間的關(guān)系,二、影響蓄電池壽命的因素,3、蓄電池的使用條件 蓄電池使用的環(huán)境溫度與壽命之間的關(guān)系 蓄電池工作溫度會(huì)影響到蓄電池的容量、內(nèi)阻、充電效 率、充電電流等。溫度升高，蓄電池的容量會(huì)增加，內(nèi)阻減 小，充電效率增加。若為同一浮充電壓，充電電流增加。如 果在浮充電壓為55.2V時(shí)，環(huán)境溫度為26時(shí)，壽命為10年； 環(huán)境溫度為36時(shí)，壽命4年。,二、影響蓄電池壽命的因素,結(jié)論 從表1可以看出，蓄電池的使用壽命不能籠統(tǒng)地一概而論，應(yīng)該 視具體使用情況而定。一定程度來說，蓄電池的壽命是由其循環(huán)次 數(shù)來決定，而不是以使用多少年來衡量的。 從

6、表2可以看出，放電電流越大，時(shí)間越短，實(shí)際放出的容量越 小；放電電流越小，時(shí)間越長，實(shí)際放出的容量就越大（即放電深 度越深）。所以放電過大和過小，都應(yīng)盡力避免。過大時(shí)電池會(huì)因 在極短時(shí)間內(nèi)降至極低而導(dǎo)致失效，過小則會(huì)造成深度放電而低效 報(bào)廢,三、蓄電池的充放電特性,1、蓄電池的放電過程 蓄電池的放電電流不宜太大，一般情況下可選用10小時(shí)放電率來進(jìn)行放電，要盡量避免大電流（小于1H放電率）。放電到終止電壓時(shí)必須采取保護(hù)措施，不得繼續(xù)放電。以10H放電率放電時(shí)，終止電壓為43.2V。當(dāng)電源系統(tǒng)直流斷路器將負(fù)載斷開后，蓄電池的端電壓會(huì)向上反彈5V左右。,三、蓄電池的充放電特性,1、蓄電池的放電過程

7、從圖1可以看出，在放電初期電池端電壓下降是比較快的。在放電10分鐘，電壓下降到53.0V；大約半小時(shí)后，電池端電壓降至49V左右；1小時(shí)后降至48V。蓄電池在48V時(shí)，放電時(shí)間最長，大約要持續(xù)7到8小時(shí)；8小時(shí)后，蓄電池端電壓開始下降，下降速度比較快。降至43.2V時(shí)系統(tǒng)直流斷路器斷開，以便保護(hù)蓄電池，此時(shí)蓄電池端電壓會(huì)有所上升，上升值約為5V左右。,三、蓄電池的充放電特性,2、蓄電池的充電過程 蓄電池充電過程是電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的過程，充電電壓 和電流要合適，偏大和偏小均會(huì)影響蓄電池的壽命。一般 情況下采用0.1C電流來充電，浮充和均充電壓的選擇要依 據(jù)電池廠家的推薦值來設(shè)定。充電過程如圖2、

8、圖3所示 （電池放電超過50容量后，以0.1C充電率來充電）。,三、蓄電池的充放電特性,圖1 蓄電池放電曲線,三、蓄電池的充放電特性,圖2 蓄電池充電曲線（電壓變化曲線）,三、蓄電池的充放電特性,圖3 蓄電池充電曲線（電流變化曲線）,四、蓄電池容量的配置,1、蓄電池容量配置依據(jù) 對(duì)于給通信設(shè)備供電的蓄電池來說，合理的配置蓄電池 容量是非常重要的。容量偏小不能滿足通信設(shè)備在停電較長的 情況下正常供電，影響正常通信；容量太大不僅是一種浪費(fèi)， 也會(huì)影響蓄電池的壽命，所以要合理選擇蓄電池的容量。選擇 蓄電池容量主要是根據(jù)負(fù)載電流、蓄電池的效率、停電時(shí)間長 短和頻繁程度以及擴(kuò)容情況來決定?？筛鶕?jù)下列公式

9、來進(jìn)行蓄 電池容量的選擇：C=（負(fù)載電流備用負(fù)載電流）10蓄 電池效率A。式中C代表蓄電池容量，A表示所需放電時(shí)間的 加權(quán)系數(shù)所需放電時(shí)間（小時(shí)）10。,四、蓄電池容量的配置,2、蓄電池配置舉例說明 舉例說明如下：有一移動(dòng)基站BTS滿負(fù)荷電流為15A，傳 輸設(shè)備工作電流為5A，還準(zhǔn)備增加一套CDMA設(shè)備，其所需電 流為20A。該基站經(jīng)常停電，停電時(shí)間約為24小時(shí)。計(jì)算所需 電池容量為C（15520）100.852.41119，故選 用500AH兩組電池即可。如果停電時(shí)間太長，例如48小時(shí)，是 不能用增加電池容量的辦法來實(shí)現(xiàn)，而應(yīng)考慮用發(fā)電機(jī)來發(fā) 電，否則將影響到蓄電池的壽命。,五、開關(guān)電源容量

10、配置,1、開關(guān)電源容量配置依據(jù) 一旦選擇好了蓄電池后，就必須選擇合適的電源系 統(tǒng)，以保證整個(gè)通信設(shè)備系統(tǒng)的正常工作。選擇依據(jù)是：要保 證蓄電池在最大充電（均充）電流情況下電源系統(tǒng)能可靠工 作；要配置合理以保證能節(jié)約資源和建設(shè)成本。電源的配置可 根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算選擇： 電源容量（負(fù)載容量0.15C）1201個(gè)整流器容量， 單位：A式中：C為蓄電池的總?cè)萘浚?20為設(shè)計(jì)的余量加權(quán) 系數(shù)，1為N+1冗余備份。,五、開關(guān)電源容量配置,2、開關(guān)電源配置舉例 在選擇電源系統(tǒng)時(shí)，原則上要保證該電源機(jī)架上的整 流器個(gè)數(shù)最少不得小于3個(gè)。另外還要考慮到以后的擴(kuò)容。 例如聯(lián)通公司有一個(gè)基站，蓄電池為2組3

11、00AH，負(fù)載電流 為30A，那么所需電源的容量（3090）120%=144A。 根據(jù)以上原則應(yīng)選擇ZXDU500電源系統(tǒng)，最終配置應(yīng)為4個(gè) 整流器，容量為200A。,六、開關(guān)電源的蓄電池管理功能,開關(guān)電源系統(tǒng)在保證設(shè)備安全可靠供電的同時(shí)，其最重要的功能就是蓄電池管理。不同的廠家實(shí)現(xiàn)的方法各有不同，但是都必須完成如下管理功能：溫度補(bǔ)償、充電智能限流、自動(dòng)均充功能、周期均充、欠壓保護(hù)告警功能。,六、開關(guān)電源的蓄電池管理功能,1、溫度補(bǔ)償功能 眾所周知正確的浮充電壓是保護(hù)蓄電池正常壽 命的基本保證。電壓過低，電池充不滿；電壓過高， 容易造成電池失水。溫度高，電池化學(xué)反應(yīng)加劇，此 時(shí)需通過降低浮充電

12、壓來減緩化學(xué)反應(yīng)；溫度低，化 學(xué)反應(yīng)減緩，此時(shí)需通過升高浮充電壓來增強(qiáng)化學(xué)反 應(yīng)，以保證充電能量的正常轉(zhuǎn)換。,六、開關(guān)電源的蓄電池管理功能,1、溫度補(bǔ)償功能 溫度補(bǔ)償功能是通過電源設(shè)備的前臺(tái)監(jiān)控單元來實(shí)現(xiàn)的，它 是通過檢測(cè)蓄電池溫度，然后根據(jù)實(shí)測(cè)的溫度來調(diào)節(jié)蓄電池的 浮充電的。溫度補(bǔ)償是以25為基準(zhǔn)，以每節(jié)（2V）3mV/ 進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于通信電源使用的48V電池組來說，計(jì)算公式為 V=(T-25)(-3mV)24。例如：電池溫度為10，那么此時(shí) 蓄電池的浮充電壓為53.5+(10-25)(-3mV)24= 53.5 1.08=54.58V。 所以說當(dāng)你在冬天或夏天看到蓄電池的浮充電壓高于53.

13、5V 或低于53.5V，這是溫度補(bǔ)償所致，屬正常現(xiàn)象。,六、開關(guān)電源的蓄電池管理功能,2、充電智能限流功能 蓄電池的充電電流要求在0.1C0.25C，C為蓄電池的容量。推薦 值為0.15C。如果過大，電池就會(huì)迅速產(chǎn)生大量氣體造成膨脹變 形、活性物質(zhì)脫落甚至出現(xiàn)“熱失控現(xiàn)象”，導(dǎo)致蓄電池及早失效 而報(bào)廢；如果充電電流過小，那么充電時(shí)間就會(huì)變得比較長，甚 至導(dǎo)致蓄電池充不飽，長期也會(huì)影響電池的正常壽命。開關(guān)電源 的智能限流就是系統(tǒng)根據(jù)蓄電池的容量（事先必須在監(jiān)控參數(shù)中 正確設(shè)定蓄電池容量）、負(fù)載所需電流的大小來自動(dòng)計(jì)算整流器 的限流點(diǎn)。計(jì)算公式為：單體（整流器）限流點(diǎn)（0.15C+負(fù)載 電流）單體

14、個(gè)數(shù)，C為系統(tǒng)蓄電池的總?cè)萘俊?六、開關(guān)電源的蓄電池管理功能,3、自動(dòng)均充功能 均充就是均衡充電。一般在下列情況下，蓄電池需要均 衡充電：市電停電后電池釋放的能量超過15；市電來電時(shí)； 蓄電池長期處于浮充狀態(tài)（電網(wǎng)穩(wěn)定，長期不停電）；電池組 中，出現(xiàn)了落后電池，在浮充狀態(tài)下單體電壓低于2.2V；更換 新電池后。均充電壓為56.4V，均充時(shí)間不大于10小時(shí)。 4、欠壓保護(hù)功能 電源系統(tǒng)為了保護(hù)蓄電池放電時(shí)不過放，采用直流斷路 器將蓄電池和負(fù)載斷開，以達(dá)到保護(hù)蓄電池的目的。現(xiàn)在的通 信電源為了延長重要負(fù)載的工作時(shí)間，增加了“二次下電”的功 能。,六、開關(guān)電源對(duì)蓄電池的管理,4、欠壓保護(hù)功能 所謂二

15、次下電就是電源系統(tǒng)將輸出負(fù)載分成兩組：一組為 一次下電負(fù)載，它脫離系統(tǒng)的下電電壓較高，一般為44.5V以上 （用戶亦可自行設(shè)定），駁接一些不太重要的設(shè)備，例如BTS 等；另一組為二次下電負(fù)載，它脫離系統(tǒng)的下電電壓比較低，一 般不得低于43.2V，駁接一些重要設(shè)備，例如傳輸設(shè)備等。圖4說 明了蓄電池和負(fù)載之間的連接關(guān)系。工作地-48V熔絲1熔絲2熔絲 3斷路器1斷路器2熔絲4熔絲5熔絲6蓄電池熔絲1蓄電池熔絲2蓄電 池組工作地一次下電負(fù)載組，接次要負(fù)載，下電電壓44.5V二次 下電負(fù)載組接重要負(fù)載，下電電壓43.2V。,六、開關(guān)電源對(duì)蓄電池的管理,圖 4 開關(guān)電源蓄電池欠壓保護(hù)原理圖,七、蓄電池

16、的安裝,1、蓄電池放置 在安裝蓄電池時(shí)，要避免將蓄電池放在陽光直射的地方， 要遠(yuǎn)離熱源；要避免放置地環(huán)境過于潮濕和有帶電粉塵存 在。電池要垂直擺放，盡量避免傾斜；要保證蓄電池的正 常散熱。,七、蓄電池的安裝,2、蓄電池連線的選擇 材料：多股銅芯軟線纜，絕緣層為雙護(hù)套。線徑：在選擇蓄電池導(dǎo) 線時(shí)不但要考慮到載流量，還要考慮導(dǎo)線的壓降。一般情況下壓降不得 大于0.5V。所以選擇導(dǎo)線線徑時(shí)要將如下因素考慮進(jìn)去：蓄電池均充時(shí) 的最大電流0.20C、每平方毫米導(dǎo)線的最大允許通過電流（電流在 1A41A時(shí)，每平方毫米載流量為4A；電流41A100A時(shí)，每平方毫米載流 量為2A；電流在100A200A時(shí)，每

17、平方毫米載流量為1.6A；電流在200A 以上時(shí)，每平方毫米載流量為1.2A）、導(dǎo)線長度帶來的壓降（截面積 2IL，I為最大充電電流，L為蓄電池連接導(dǎo)線的最大長度，為銅 導(dǎo)線的導(dǎo)電率）。在選取蓄電池的連接導(dǎo)線時(shí)，一般在一定的范圍內(nèi)截 面積越大越好。,七、蓄電池的安裝,3、蓄電池和電源之間的連接 在安裝蓄電池時(shí)，為了安全，將蓄電池的熔絲拔掉或在蓄 電池組中斷開某兩節(jié)蓄電池之間的連接銅片。在連接前首先要 用萬用表測(cè)量蓄電池的端電壓，然后將電源設(shè)備的輸出電壓微 調(diào)到蓄電池端電壓值。此時(shí)可將蓄電池的熔絲推上或?qū)⑦B接銅 片連接上。,七、蓄電池的安裝,4、注意事項(xiàng) 在安裝蓄電池時(shí)，所用的扳手必須用絕緣膠布

18、纏好；蓄電池 之間的連接導(dǎo)線或連接銅條的螺釘一定要擰緊，不得有任何松 動(dòng)；蓄電池的引出線要有明確的正負(fù)標(biāo)志，一般情況下正極采 用藍(lán)色或紅色導(dǎo)線，負(fù)極采用黑色導(dǎo)線；蓄電池的正極接到電 源的工作地上，負(fù)極接到電源的蓄電池接線端子上；在接蓄電 池之前應(yīng)將其熔絲拔掉，安裝好蓄電池并確認(rèn)正負(fù)連接無誤時(shí) 方可將熔絲推上。,八、蓄電池的放電,1、放電方法 為了保護(hù)蓄電池和對(duì)蓄電池的正確充電，在做蓄電池放電試 驗(yàn)時(shí)必須通過電源系統(tǒng)來放電，也就是將放電用的假負(fù)載連接 到電源設(shè)備的負(fù)載端子上。此時(shí)電源系統(tǒng)才對(duì)電池的放電情況 進(jìn)行監(jiān)控，以便保護(hù)蓄電池不過放。另外，給蓄電池充電時(shí)， 電源系統(tǒng)會(huì)根據(jù)放電情況采取相應(yīng)的充電模式：均充或浮充。,八、蓄電池的放電,2、放電程度的選擇 對(duì)于一般的蓄電池放電實(shí)驗(yàn)，放電率不宜太大。 可選擇3H放電率，即放電電流約為0.30C。放電容量 不得超過50。,九、蓄電池的維護(hù),在蓄電池的使用過程中需對(duì)其做相應(yīng)的維護(hù)。由于蓄電池 在運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)個(gè)別電池落后（一般情況下落 后電池端電壓不得小于正常的20mV）或失效的現(xiàn)象。如果 不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，那么落后的電池會(huì)越來越落后，直至失效。失