开关电源与蓄电池课件

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1、开关电源与蓄电池 魏榜红 200406,背景,蓄电池和开关电源之间关系密不可分，我们经常 遇到这样的问题： 1、我不知道我们要配多大的蓄电池合适？ 蓄电池坏了，是电源的原因，还是电池坏了 是蓄电池质量不好 2、我们的电源为什么配这么大的容量？ 这些问题困扰我们的维护人员和用户，当您听完 下面的课程，有些问题会迎刃而解，也许您也会变成 这方面的专家。,培训内容,1、阀控铅酸密封免维护蓄电池原理 2、影响蓄电池寿命的因素 2、蓄电池的充放电特性 3、开关电源的蓄电池管理功能 4、蓄电池的安装与日常维护,一、阀控铅酸密封电池原理,阀控密封蓄电池是利用阴吸收原理使电池得以密封。电池充电时，正极会析出氧

2、气，负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始了。析出的氧气达到负极，跟负极起下述反映，达到阴极吸收的目的。 2Pb+O2=2PbO 2Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 负极析氢则要在充电达到90时才开始，再加上氧在负极的还原作用及负极本身氢过电位的提高，从而避免了大量析氢反应。,二、影响蓄电池寿命的因素,影响阀控式密封铅酸蓄电池寿命的因素很多，既有电 池设计和制造方面的因素，又有用户使用条件和维护方面 的因素。 1、设计和制造因素 正极板栅耐腐蚀性能和电池的水损耗速度乃是两个最主要的因素。由于现在的蓄电池的正极板栅的厚度加大，采用PBCASNAI四元耐蚀合金。根据板栅

3、腐蚀速度推算，电池寿命可达10年15年。然而从电池使用结果来看，水损耗速度却成为影响密封电池使用寿命的最关键因素。,二、影响蓄电池寿命的因素,2、蓄电池的失水 对一般密封铅蓄电池而言，由于采用“贫液式”设 计，电池的正极和负极活性物质的量及电解液的量处 于最佳匹配状态，所以电池容量对电解液量极为敏 感，存在如下关系：电池失水10，容量降低20； 失水25，电池寿命结束。,二、影响蓄电池寿命的因素,2、蓄电池的失水 蓄电池失水的途径 电池失水途径有：电池槽、盖渗漏；环境温度过高；节流阀 频繁开启或阀门开启后关闭不了，导致氢气和氧气逸出，同 时带走酸雾；热失控现象。 其中，热失控现象是指电池在充电

4、后期（或浮充状态）， 由于没有及时调整充电电压，使电池的充电电流和温度发生 一种累积性的相互增强作用，此时电池温度急剧上升，从而 导致电池槽盖膨胀变形，失水速度加大，甚至电池损坏。,二、影响蓄电池寿命的因素,3、蓄电池的使用条件 众所周知，蓄电池使用的环境温度、充放电流、放电 深度、电池容量的合理配置、定期维护是保证电池正常 寿命的关键。环境温度过高，蓄电池中的化学反应加 剧，在充电过程中蓄电池的减压阀会频繁开启，从而加 速了失水速度，降低了蓄电池寿命。放电深度以及放电 电流和终止电压与蓄电池寿命之间的关系也是非常密切 的，具体情况详见表1、表2。,二、影响蓄电池寿命的因素,表1 放电深度与循

5、环次数之间的关系,二、影响蓄电池寿命的因素,表2 放电率与终止电压之间的关系,二、影响蓄电池寿命的因素,3、蓄电池的使用条件 蓄电池使用的环境温度与寿命之间的关系 蓄电池工作温度会影响到蓄电池的容量、内阻、充电效 率、充电电流等。温度升高，蓄电池的容量会增加，内阻减 小，充电效率增加。若为同一浮充电压，充电电流增加。如 果在浮充电压为55.2V时，环境温度为26时，寿命为10年； 环境温度为36时，寿命4年。,二、影响蓄电池寿命的因素,结论 从表1可以看出，蓄电池的使用寿命不能笼统地一概而论，应该 视具体使用情况而定。一定程度来说，蓄电池的寿命是由其循环次 数来决定，而不是以使用多少年来衡量的

6、。 从表2可以看出，放电电流越大，时间越短，实际放出的容量越 小；放电电流越小，时间越长，实际放出的容量就越大（即放电深 度越深）。所以放电过大和过小，都应尽力避免。过大时电池会因 在极短时间内降至极低而导致失效，过小则会造成深度放电而低效 报废,三、蓄电池的充放电特性,1、蓄电池的放电过程 蓄电池的放电电流不宜太大，一般情况下可选用10小时放电率来进行放电，要尽量避免大电流（小于1H放电率）。放电到终止电压时必须采取保护措施，不得继续放电。以10H放电率放电时，终止电压为43.2V。当电源系统直流断路器将负载断开后，蓄电池的端电压会向上反弹5V左右。,三、蓄电池的充放电特性,1、蓄电池的放电

7、过程 从图1可以看出，在放电初期电池端电压下降是比较快的。在放电10分钟，电压下降到53.0V；大约半小时后，电池端电压降至49V左右；1小时后降至48V。蓄电池在48V时，放电时间最长，大约要持续7到8小时；8小时后，蓄电池端电压开始下降，下降速度比较快。降至43.2V时系统直流断路器断开，以便保护蓄电池，此时蓄电池端电压会有所上升，上升值约为5V左右。,三、蓄电池的充放电特性,2、蓄电池的充电过程 蓄电池充电过程是电能转化成化学能的过程，充电电压 和电流要合适，偏大和偏小均会影响蓄电池的寿命。一般 情况下采用0.1C电流来充电，浮充和均充电压的选择要依 据电池厂家的推荐值来设定。充电过程如

8、图2、图3所示 （电池放电超过50容量后，以0.1C充电率来充电）。,三、蓄电池的充放电特性,图1 蓄电池放电曲线,三、蓄电池的充放电特性,图2 蓄电池充电曲线（电压变化曲线）,三、蓄电池的充放电特性,图3 蓄电池充电曲线（电流变化曲线）,四、蓄电池容量的配置,1、蓄电池容量配置依据 对于给通信设备供电的蓄电池来说，合理的配置蓄电池 容量是非常重要的。容量偏小不能满足通信设备在停电较长的 情况下正常供电，影响正常通信；容量太大不仅是一种浪费， 也会影响蓄电池的寿命，所以要合理选择蓄电池的容量。选择 蓄电池容量主要是根据负载电流、蓄电池的效率、停电时间长 短和频繁程度以及扩容情况来决定。可根据下

9、列公式来进行蓄 电池容量的选择：C=（负载电流备用负载电流）10蓄 电池效率A。式中C代表蓄电池容量，A表示所需放电时间的 加权系数所需放电时间（小时）10。,四、蓄电池容量的配置,2、蓄电池配置举例说明 举例说明如下：有一移动基站BTS满负荷电流为15A，传 输设备工作电流为5A，还准备增加一套CDMA设备，其所需电 流为20A。该基站经常停电，停电时间约为24小时。计算所需 电池容量为C（15520）100.852.41119，故选 用500AH两组电池即可。如果停电时间太长，例如48小时，是 不能用增加电池容量的办法来实现，而应考虑用发电机来发 电，否则将影响到蓄电池的寿命。,五、开关电

10、源容量配置,1、开关电源容量配置依据 一旦选择好了蓄电池后，就必须选择合适的电源系 统，以保证整个通信设备系统的正常工作。选择依据是：要保 证蓄电池在最大充电（均充）电流情况下电源系统能可靠工 作；要配置合理以保证能节约资源和建设成本。电源的配置可 根据下面的经验公式来计算选择： 电源容量（负载容量0.15C）1201个整流器容量， 单位：A式中：C为蓄电池的总容量，120为设计的余量加权 系数，1为N+1冗余备份。,五、开关电源容量配置,2、开关电源配置举例 在选择电源系统时，原则上要保证该电源机架上的整 流器个数最少不得小于3个。另外还要考虑到以后的扩容。 例如联通公司有一个基站，蓄电池为

11、2组300AH，负载电流 为30A，那么所需电源的容量（3090）120%=144A。 根据以上原则应选择ZXDU500电源系统，最终配置应为4个 整流器，容量为200A。,六、开关电源的蓄电池管理功能,开关电源系统在保证设备安全可靠供电的同时，其最重要的功能就是蓄电池管理。不同的厂家实现的方法各有不同，但是都必须完成如下管理功能：温度补偿、充电智能限流、自动均充功能、周期均充、欠压保护告警功能。,六、开关电源的蓄电池管理功能,1、温度补偿功能 众所周知正确的浮充电压是保护蓄电池正常寿 命的基本保证。电压过低，电池充不满；电压过高， 容易造成电池失水。温度高，电池化学反应加剧，此 时需通过降低

12、浮充电压来减缓化学反应；温度低，化 学反应减缓，此时需通过升高浮充电压来增强化学反 应，以保证充电能量的正常转换。,六、开关电源的蓄电池管理功能,1、温度补偿功能 温度补偿功能是通过电源设备的前台监控单元来实现的，它 是通过检测蓄电池温度，然后根据实测的温度来调节蓄电池的 浮充电的。温度补偿是以25为基准，以每节（2V）3mV/ 进行调节。对于通信电源使用的48V电池组来说，计算公式为 V=(T-25)(-3mV)24。例如：电池温度为10，那么此时 蓄电池的浮充电压为53.5+(10-25)(-3mV)24= 53.5 1.08=54.58V。 所以说当你在冬天或夏天看到蓄电池的浮充电压高于

13、53.5V 或低于53.5V，这是温度补偿所致，属正常现象。,六、开关电源的蓄电池管理功能,2、充电智能限流功能 蓄电池的充电电流要求在0.1C0.25C，C为蓄电池的容量。推荐 值为0.15C。如果过大，电池就会迅速产生大量气体造成膨胀变 形、活性物质脱落甚至出现“热失控现象”，导致蓄电池及早失效 而报废；如果充电电流过小，那么充电时间就会变得比较长，甚 至导致蓄电池充不饱，长期也会影响电池的正常寿命。开关电源 的智能限流就是系统根据蓄电池的容量（事先必须在监控参数中 正确设定蓄电池容量）、负载所需电流的大小来自动计算整流器 的限流点。计算公式为：单体（整流器）限流点（0.15C+负载 电流

14、）单体个数，C为系统蓄电池的总容量。,六、开关电源的蓄电池管理功能,3、自动均充功能 均充就是均衡充电。一般在下列情况下，蓄电池需要均 衡充电：市电停电后电池释放的能量超过15；市电来电时； 蓄电池长期处于浮充状态（电网稳定，长期不停电）；电池组 中，出现了落后电池，在浮充状态下单体电压低于2.2V；更换 新电池后。均充电压为56.4V，均充时间不大于10小时。 4、欠压保护功能 电源系统为了保护蓄电池放电时不过放，采用直流断路 器将蓄电池和负载断开，以达到保护蓄电池的目的。现在的通 信电源为了延长重要负载的工作时间，增加了“二次下电”的功 能。,六、开关电源对蓄电池的管理,4、欠压保护功能

15、所谓二次下电就是电源系统将输出负载分成两组：一组为 一次下电负载，它脱离系统的下电电压较高，一般为44.5V以上 （用户亦可自行设定），驳接一些不太重要的设备，例如BTS 等；另一组为二次下电负载，它脱离系统的下电电压比较低，一 般不得低于43.2V，驳接一些重要设备，例如传输设备等。图4说 明了蓄电池和负载之间的连接关系。工作地-48V熔丝1熔丝2熔丝 3断路器1断路器2熔丝4熔丝5熔丝6蓄电池熔丝1蓄电池熔丝2蓄电 池组工作地一次下电负载组，接次要负载，下电电压44.5V二次 下电负载组接重要负载，下电电压43.2V。,六、开关电源对蓄电池的管理,图 4 开关电源蓄电池欠压保护原理图,七、

16、蓄电池的安装,1、蓄电池放置 在安装蓄电池时，要避免将蓄电池放在阳光直射的地方， 要远离热源；要避免放置地环境过于潮湿和有带电粉尘存 在。电池要垂直摆放，尽量避免倾斜；要保证蓄电池的正 常散热。,七、蓄电池的安装,2、蓄电池连线的选择 材料：多股铜芯软线缆，绝缘层为双护套。线径：在选择蓄电池导 线时不但要考虑到载流量，还要考虑导线的压降。一般情况下压降不得 大于0.5V。所以选择导线线径时要将如下因素考虑进去：蓄电池均充时 的最大电流0.20C、每平方毫米导线的最大允许通过电流（电流在 1A41A时，每平方毫米载流量为4A；电流41A100A时，每平方毫米载流 量为2A；电流在100A200A时，每平方毫米载流量为1.6A；电流在200A 以上时，每平方毫米载流量为1.2A）、导线长度带来的压降（截面积 2IL，I为最大充电电流，L为蓄电池连接导线的最大长度，为铜 导线的导电率）。在选取蓄电池的连接导线时，一般在一定的范围内截 面积越大越好。,七、蓄电池的安装,3、蓄电池和电源之间的连接 在安装蓄电池时，为了安全，将蓄电池的熔丝拔掉或在蓄 电池组中断开