開關電源與蓄電池.ppt

1、開關電源與蓄電池 2005。09,背景,蓄電池和開關電源之間關系密不可分，我們經常 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人員和用戶，當您聽完 下面的課程，有些問題會迎刃而解，也許您也會變成 這方面的專家。,培訓內容,1、閥控鉛酸密封免維護蓄電池原理 2、影響蓄電池壽命的因素 2、蓄電池的充放電特性 3、開關電源的蓄電池管理功能 4、蓄電池的安裝與日常維護,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，正極會析出氧氣，負

2、極會析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達到70%時就開始了。析出的氧氣達到負極，跟負極起下述反映，達到陰極吸收的目的。 2Pb+O2=2PbO 2Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 負極析氫則要在充電達到90時才開始，再加上氧在負極的還原作用及負極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應。,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 池設計和制造方面的因素，又有用戶使用條件和維護方面 的因素。 1、設計和制造因素 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10年15年。然而從電池使用結果來看，水損耗速度卻成為影響密封電池使用壽命的最關鍵因素。,二、影響蓄電池壽命的因素,2、蓄電池的失水 對一般密封鉛蓄電池而言，由于采用“貧液式”設 計，電池的正極和負極活性物質的量及電解液的量處 于最佳匹配狀態(tài)，所以電池容量對電解液量極為敏 感，存在如下關系：電池失水10，容量降低20； 失水25，電池壽命結束。,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閉不了，導致氫氣和氧氣逸出，同 時帶走酸霧；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)）， 由于沒有及時調整充電電壓，使電池的充電電流和溫度發(fā)生 一種累積性的相互增強作用，此時電池溫度急劇上升，從而 導致電池槽蓋膨脹變形，失水速度加大，甚至電池損壞。,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、定期維護是保證電池正常 壽命的關鍵。環(huán)境溫度過高，蓄電池中的化學反應加 劇，在充電過程中蓄電池的減壓閥會頻繁開啟，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系 蓄電池工作溫度會影響到蓄電池的容量、內阻、充電效 率、充電電流等。溫度升高，蓄電池的容量會增加，內阻減 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，環(huán)境溫度為26時，壽命為10年； 環(huán)境溫度為36時，壽命4年。,二、影響蓄電池壽命的因素,結論 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，時間越短，實際放出的容量越 ??；放電電流越小，時間越長，實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，都應盡力避免。過大時電池會因 在極短時間內降至極低而導致失效，過小則會造成深度放電而低效 報廢,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小時放電率來進行放電，要盡量避免大電流（小于1H放電率）。放電到終止電壓時必須采取保護措施，不得繼續(xù)放電。以10H放電率放電時，終止電壓為43.2V。當電源系統(tǒng)直流斷路器將負載斷開后，蓄電池的端電壓會向上反彈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；大約半小時后，電池端電壓降至49V左右；1小時后降至48V。蓄電池在48V時，放電時間最長，大約要持續(xù)7到8小時；8小時后，蓄電池端電壓開始下降，下降速度比較快。降至43.2V時系統(tǒng)直流斷路器斷開，以便保護蓄電池，此時蓄電池端電壓會有所上升，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化成化學能的過程，充電電壓 和電流要合適，偏大和偏小均會影響蓄電池的壽命。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) 對于給通信設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， 也會影響蓄電池的壽命，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)負載電流、蓄電池的效率、停電時間長 短和頻繁程度以及擴容情況來決定?？筛鶕?jù)下列公式

9、來進行蓄 電池容量的選擇：C=（負載電流備用負載電流）10蓄 電池效率A。式中C代表蓄電池容量，A表示所需放電時間的 加權系數(shù)所需放電時間（小時）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：有一移動基站BTS滿負荷電流為15A，傳 輸設備工作電流為5A，還準備增加一套CDMA設備，其所需電 流為20A。該基站經常停電，停電時間約為24小時。計算所需 電池容量為C（15520）100.852.41119，故選 用500AH兩組電池即可。如果停電時間太長，例如48小時，是 不能用增加電池容量的辦法來實現(xiàn)，而應考慮用發(fā)電機來發(fā) 電，否則將影響到蓄電池的壽命。,五、開關電源容量

10、配置,1、開關電源容量配置依據(jù) 一旦選擇好了蓄電池后，就必須選擇合適的電源系 統(tǒng)，以保證整個通信設備系統(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)約資源和建設成本。電源的配置可 根據(jù)下面的經驗公式來計算選擇： 電源容量（負載容量0.15C）1201個整流器容量， 單位：A式中：C為蓄電池的總容量，120為設計的余量加權 系數(shù)，1為N+1冗余備份。,五、開關電源容量配置,2、開關電源配置舉例 在選擇電源系統(tǒng)時，原則上要保證該電源機架上的整 流器個數(shù)最少不得小于3個。另外還要考慮到以后的擴容。 例如聯(lián)通公司有一個基站，蓄電池為2組3

11、00AH，負載電流 為30A，那么所需電源的容量（3090）120%=144A。 根據(jù)以上原則應選擇ZXDU500電源系統(tǒng)，最終配置應為4個 整流器，容量為200A。,六、開關電源的蓄電池管理功能,開關電源系統(tǒng)在保證設備安全可靠供電的同時，其最重要的功能就是蓄電池管理。不同的廠家實現(xiàn)的方法各有不同，但是都必須完成如下管理功能：溫度補償、充電智能限流、自動均充功能、周期均充、欠壓保護告警功能。,六、開關電源的蓄電池管理功能,1、溫度補償功能 眾所周知正確的浮充電壓是保護蓄電池正常壽 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，電池化學反應加劇，此 時需通過降低浮充電

12、壓來減緩化學反應；溫度低，化 學反應減緩，此時需通過升高浮充電壓來增強化學反 應，以保證充電能量的正常轉換。,六、開關電源的蓄電池管理功能,1、溫度補償功能 溫度補償功能是通過電源設備的前臺監(jiān)控單元來實現(xiàn)的，它 是通過檢測蓄電池溫度，然后根據(jù)實測的溫度來調節(jié)蓄電池的 浮充電的。溫度補償是以25為基準，以每節(jié)（2V）3mV/ 進行調節(jié)。對于通信電源使用的48V電池組來說，計算公式為 V=(T-25)(-3mV)24。例如：電池溫度為10，那么此時 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，這是溫度補償所致，屬正常現(xiàn)象。,六、開關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，電池就會迅速產生大量氣體造成膨脹變 形、活性物質脫落甚至出現(xiàn)“熱失控現(xiàn)象”，導致蓄電池及早失效 而報廢；如果充電電流過小，那么充電時間就會變得比較長，甚 至導致蓄電池充不飽，長期也會影響電池的正常壽命。開關電源 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 正確設定蓄電池容量）、負載所需電流的大小來自動計算整流器 的限流點。計算公式為：單體（整流器）限流點（0.15C+負載 電流）單體

14、個數(shù)，C為系統(tǒng)蓄電池的總容量。,六、開關電源的蓄電池管理功能,3、自動均充功能 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； 蓄電池長期處于浮充狀態(tài)（電網穩(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，均充時間不大于10小時。 4、欠壓保護功能 電源系統(tǒng)為了保護蓄電池放電時不過放，采用直流斷路 器將蓄電池和負載斷開，以達到保護蓄電池的目的?，F(xiàn)在的通 信電源為了延長重要負載的工作時間，增加了“二次下電”的功 能。,六、開關電源對蓄電池的管理,4、欠壓保護功能 所謂二

15、次下電就是電源系統(tǒng)將輸出負載分成兩組：一組為 一次下電負載，它脫離系統(tǒng)的下電電壓較高，一般為44.5V以上 （用戶亦可自行設定），駁接一些不太重要的設備，例如BTS 等；另一組為二次下電負載，它脫離系統(tǒng)的下電電壓比較低，一 般不得低于43.2V，駁接一些重要設備，例如傳輸設備等。圖4說 明了蓄電池和負載之間的連接關系。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載組，接次要負載，下電電壓44.5V二次 下電負載組接重要負載，下電電壓43.2V。,六、開關電源對蓄電池的管理,圖 4 開關電源蓄電池欠壓保護原理圖,七、蓄電池

16、的安裝,1、蓄電池放置 在安裝蓄電池時，要避免將蓄電池放在陽光直射的地方， 要遠離熱源；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，絕緣層為雙護套。線徑：在選擇蓄電池導 線時不但要考慮到載流量，還要考慮導線的壓降。一般情況下壓降不得 大于0.5V。所以選擇導線線徑時要將如下因素考慮進去：蓄電池均充時 的最大電流0.20C、每平方毫米導線的最大允許通過電流（電流在 1A41A時，每平方毫米載流量為4A；電流41A100A時，每平方毫米載流 量為2A；電流在100A200A時，每

17、平方毫米載流量為1.6A；電流在200A 以上時，每平方毫米載流量為1.2A）、導線長度帶來的壓降（截面積 2IL，I為最大充電電流，L為蓄電池連接導線的最大長度，為銅 導線的導電率）。在選取蓄電池的連接導線時，一般在一定的范圍內截 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，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 用萬用表測量蓄電池的端電壓，然后將電源設備的輸出電壓微 調到蓄電池端電壓值。此時可將蓄電池的熔絲推上或將連接銅 片連接上。,七、蓄電池的安裝,4、注意事項 在安裝蓄電池時，所用的扳手必須用絕緣膠布

18、纏好；蓄電池 之間的連接導線或連接銅條的螺釘一定要擰緊，不得有任何松 動；蓄電池的引出線要有明確的正負標志，一般情況下正極采 用藍色或紅色導線，負極采用黑色導線；蓄電池的正極接到電 源的工作地上，負極接到電源的蓄電池接線端子上；在接蓄電 池之前應將其熔絲拔掉，安裝好蓄電池并確認正負連接無誤時 方可將熔絲推上。,八、蓄電池的放電,1、放電方法 為了保護蓄電池和對蓄電池的正確充電，在做蓄電池放電試 驗時必須通過電源系統(tǒng)來放電，也就是將放電用的假負載連接 到電源設備的負載端子上。此時電源系統(tǒng)才對電池的放電情況 進行監(jiān)控，以便保護蓄電池不過放。另外，給蓄電池充電時， 電源系統(tǒng)會根據(jù)放電情況采取相應的充電模式：均充或浮充。,八、蓄電池的放電,2、放電程度的選擇 對于一般的蓄電池放電實驗，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,在蓄電池的使用過程中需對其做相應的維護。由于蓄電池 在運行一段時間后，就會出現(xiàn)個別電池落后（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 不及時發(fā)現(xiàn)，那么落后的電池會越來越落后，直至失效。失