通信直流供電系統(tǒng)蓄電池充放電電路分析

摘? 要：通信電源在整個通信體系中占有重要地位，是電信基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成之一，通信局站供電系統(tǒng)主要由低壓供配電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)、移動電源系統(tǒng)等組成。直流供電系統(tǒng)通常由整流設(shè)備、蓄電池、直流設(shè)備和供電回路組成，向不同直流用電設(shè)備提供直流電壓和電流，本文對通信電源直流供電系統(tǒng)中蓄電池組的放電、充電及供電回路的壓降及導(dǎo)線截面進行分析，研究蓄電池設(shè)備性能及其供電回路，更好地為通信電源的建設(shè)和設(shè)備維護提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：直流供電系統(tǒng);蓄電池;供電回路

中圖分類號：TM912;TP277? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）08-0047-03

Abstract：Communication power supply plays an important role in the whole communication system and is one of the important components of telecommunication infrastructure. The power supply system of communication station is mainly composed of low-voltage power supply and distribution system，DC power supply system，mobile power supply system and so on. DC power supply system usually consists of rectifier equipment，storage battery，DC equipment and power supply circuit. It supplies DC voltage and current to different DC power supply equipment. This paper analyses the discharge，charging and voltage drop and conductor cross section of storage battery group in DC power supply system of communication power supply，studies the performance of storage battery equipment and its power supply circuit，so as to provide better communication power supply. Construction and equipment maintenance provide strong support.

Keywords：DC power supply system;accumulator;power supply circuit

1? 通信直流供電系統(tǒng)

通信電源在整個通信體系中占有重要地位，是電信基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分之一，通信局站供電系統(tǒng)主要由低壓供配電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)、移動電源系統(tǒng)等組成，其中高可靠性高穩(wěn)定性的直流供電在傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)如交換、傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)中作為主要的供電電源。典型通信局站電源系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

直流供電系統(tǒng)通常由整流設(shè)備、蓄電池、直流設(shè)備和供電回路組成，向不同直流用電設(shè)備提供直流電壓和電流;目前，在通信機房中主用直流電源電壓有-48V、+24V、240V，其中+24V供電系統(tǒng)在逐年淘汰，240V供電系統(tǒng)主用在大型數(shù)據(jù)中心，在通信系統(tǒng)中尚未大規(guī)模的應(yīng)用，只有-48V供電系統(tǒng)仍是通信業(yè)務(wù)用電的首選供電電源。直流電源供電方式采用并聯(lián)浮充供電方式，在交流電源正常情況下，整流器一邊對用電設(shè)備供電，一邊對蓄電池進行充電并在充電完成后處于浮充狀態(tài)。當交流電源因故障中斷時，由蓄電池直接向用電設(shè)備提供直流電源;當交流電源恢復(fù)時，整流器自動為蓄電池進行低壓限流充電，待蓄電池充滿后自動切換到浮充充電方式。市電恢復(fù)后整流器對用電設(shè)備供電時也在同時對蓄電池充電，因此整流器總?cè)萘坎坏陀谪摵呻娏髋c充電電流之和，適當預(yù)留一定的富余容量。

2? 蓄電池組成

蓄電池是一種儲能設(shè)備，充電時它將得到的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來，放電時它將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟蛴秒娫O(shè)備供電;這種轉(zhuǎn)換可以反復(fù)循環(huán)多次，不同的廠家對蓄電池充放電次數(shù)的規(guī)定一般不低于2000次。因此，減小蓄電池的設(shè)備故障率、優(yōu)化供電回路，延長其使用壽命是保障通信設(shè)備不間斷運行的重要保證。

蓄電池用鉛基板作為正/負極板，用一定密度的稀硫酸液為電解液、電池槽和隔膜等。電池在放電時，負極板的金屬鉛（Pb）發(fā)生氧化反應(yīng)生成正極板上的二氧化鉛（PbO2），電池在充電時，負極板和正極板分別生成金屬鉛（Pb）和二氧化鉛（PbO2），待浮充充電時恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，形成化學(xué)電池儲存能量。用蒸餾水和純硫酸按照一定密度的稀液溶合后即可作為電解液使用。

3? 蓄電池放電

蓄電池的放電化學(xué)方程式為：

蓄電池在放電時，正負極板上的二氧化鉛、金屬鉛均轉(zhuǎn)變成PbSO4。由于鉛在硫酸電解液中導(dǎo)電性能比較差，所以在放電后，蓄電池的內(nèi)阻會增加。另外，在蓄電池放電過程中，電解液中的硫酸鉛逐漸變成蒸餾水，故電解液的密度也會逐漸下降。此外，蓄電池的內(nèi)阻增加，引起電池端電壓下降。如2V的單體電池在放電結(jié)束后，蓄電池的端電壓會由2V下降到1.8V左右。

電池的放電電流大小和終止電壓對蓄電池的使用壽命有密切關(guān)系，當放電電流過大時，電池會因在極短時間內(nèi)降至極低引起電池失效;而放電電流過小時，會造成電池因深度放電（放電時間過長）而報廢。一般情況下選用10小時放電率對用電設(shè)備供電，當蓄電池端電壓下降到設(shè)定電壓值時，蓄電池停止對負載供電，實現(xiàn)對蓄電池的保護。

4? 蓄電池充電

蓄電池的充電化學(xué)方程式為：

蓄電池在充電過程中，電解液里的硫酸鉛密度會逐漸增加，蓄電池的端電壓會逐漸回升。到浮充狀態(tài)時，正負極板上的二氧化鉛、金屬鉛等活性物質(zhì)基本還原，蓄電池恢復(fù)為化學(xué)池等待下次放電。充電電流大小要適合，如果過大會引起電池迅速產(chǎn)生大量氣體造成外殼因膨脹而變形，活性物質(zhì)脫落導(dǎo)致電池提前失效而報廢;如果過小且充電時間非常長，有可能引起電解液長時間“沸騰”，正負極過度氧化，影響蓄電池的使用年限。所以，在通信行業(yè)中蓄電池的充電電流值一般設(shè)定在0.1～0.2C范圍內(nèi)，C為蓄電池的容量值。

5? 蓄電池供電回路

通信系統(tǒng)中蓄電池供電回路一般由蓄電池、導(dǎo)線、開關(guān)電源、UPS設(shè)備組成，影響電池性能和使用壽命的因素與壓降、電流、導(dǎo)線長度、導(dǎo)線截面有關(guān)，如表1所示。

表1? 蓄電池壓降示意圖

例如：在-48V基礎(chǔ)電源中，按設(shè)計規(guī)范及廠家要求，蓄電池組終止電壓設(shè)定在43.2V，電信設(shè)備受電電壓不小于40V，因此直流放電回路全程壓降要求小于或等于3.2V，為了避免電壓壓降值過大，影響用電設(shè)備持續(xù)可靠運行，用電設(shè)備端的電壓必須滿足在規(guī)定電壓范圍值。因此，蓄電池輸出端至用電設(shè)備輸入端的導(dǎo)線回路壓降應(yīng)在允許范圍內(nèi)。目前，有廠商將設(shè)備受電電壓最低值做到38V，這樣全程直流放電回路壓降范圍變大，相應(yīng)選擇的導(dǎo)線截面可變小，或者在機房環(huán)境條件有困難的情況下可適當增加導(dǎo)線長度。直流導(dǎo)線按線壓降容許原則的電流矩法進行選擇，推導(dǎo)公式△U=2IL/57S，其中△U為導(dǎo)線間壓降電壓，I為設(shè)計電流取值，L為導(dǎo)線回路長度，57為銅導(dǎo)線電導(dǎo)率，S為導(dǎo)線橫截面積。在連接導(dǎo)線壓降允許范圍內(nèi)，導(dǎo)線截面正比于通過導(dǎo)線的電流和導(dǎo)線長度，在涉及電流取值確定時，應(yīng)該縮短蓄電池至直流電源屏的導(dǎo)線長度。因此，在通信系統(tǒng)中蓄電池和直流電源設(shè)備一般安置在同一機房內(nèi)，或者中間隔墻分開，但一般情況下兩者間距宜在10米內(nèi)。蓄電池回路路由示意如圖2所示。

6? 蓄電池監(jiān)測

通過動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對蓄電池的監(jiān)測，可以對蓄電池的內(nèi)阻、回路電流、電壓和溫度等數(shù)據(jù)進行在線監(jiān)控。第一時間掌握蓄電池的運行狀況、工作環(huán)境、數(shù)據(jù)采集等現(xiàn)場數(shù)據(jù)，迅速作出反應(yīng)和處理。通過查詢、統(tǒng)計、分析設(shè)備的歷史告警情況，結(jié)合電池的使用年限，對電池的故障趨勢進行預(yù)測，提前做出預(yù)防性維護計劃或更換電池計劃。加強對蓄電池生命周期里各項性能的檢測，實時掌控蓄電池的運行狀況，可使通信局站直流用電設(shè)備運行的安全可靠性得到有效提升。

7? 結(jié)? 論

蓄電池是直流供電系統(tǒng)中受電設(shè)備的最后保障，也是UPS電源系統(tǒng)中用電負載的最后保障;當市電因故障中斷時，仍能提供不間斷電源保證通信不中斷，是向直流用電負載提供不間斷電源（零切換時間）的基本條件。

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作者簡介：葉步云（1977-），男，漢族，廣東紫金人，助理工程師，畢業(yè)于中山大學(xué)，本科，主要研究方向：通信工程的動力空調(diào)專業(yè)的規(guī)劃、設(shè)計。