通信直流供电系统蓄电池充放电电路分析

摘  要：通信电源在整个通信体系中占有重要地位，是电信基础设施的重要组成之一，通信局站供电系统主要由低压供配电系统、直流供电系统、移动电源系统等组成。直流供电系统通常由整流设备、蓄电池、直流设备和供电回路组成，向不同直流用电设备提供直流电压和电流，本文对通信电源直流供电系统中蓄电池组的放电、充电及供电回路的压降及导线截面进行分析，研究蓄电池设备性能及其供电回路，更好地为通信电源的建设和设备维护提供有力支撑。

关键词：直流供电系统;蓄电池;供电回路

中图分类号：TM912;TP277       文献标识码：A 文章编号：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  通信直流供電系统

通信电源在整个通信体系中占有重要地位，是电信基础设施的重要组成部分之一，通信局站供电系统主要由低压供配电系统、直流供电系统、移动电源系统等组成，其中高可靠性高稳定性的直流供电在传统通信业务如交换、传输等业务中作为主要的供电电源。典型通信局站电源系统架构如图1所示。

直流供电系统通常由整流设备、蓄电池、直流设备和供电回路组成，向不同直流用电设备提供直流电压和电流;目前，在通信机房中主用直流电源电压有-48V、+24V、240V，其中+24V供电系统在逐年淘汰，240V供电系统主用在大型数据中心，在通信系统中尚未大规模的应用，只有-48V供电系统仍是通信业务用电的首选供电电源。直流电源供电方式采用并联浮充供电方式，在交流电源正常情况下，整流器一边对用电设备供电，一边对蓄电池进行充电并在充电完成后处于浮充状态。当交流电源因故障中断时，由蓄电池直接向用电设备提供直流电源;当交流电源恢复时，整流器自动为蓄电池进行低压限流充电，待蓄电池充满后自动切换到浮充充电方式。市电恢复后整流器对用电设备供电时也在同时对蓄电池充电，因此整流器总容量不低于负荷电流与充电电流之和，适当预留一定的富余容量。

2  蓄电池组成

蓄电池是一种储能设备，充电时它将得到的电能转变为化学能储存起来，放电时它将化学能转变为电能向用电设备供电;这种转换可以反复循环多次，不同的厂家对蓄电池充放电次数的规定一般不低于2000次。因此，减小蓄电池的设备故障率、优化供电回路，延长其使用寿命是保障通信设备不间断运行的重要保证。

蓄电池用铅基板作为正/负极板，用一定密度的稀硫酸液为电解液、电池槽和隔膜等。电池在放电时，负极板的金属铅（Pb）发生氧化反应生成正极板上的二氧化铅（PbO2），电池在充电时，负极板和正极板分别生成金属铅（Pb）和二氧化铅（PbO2），待浮充充电时恢复到放电前的状态，形成化学电池储存能量。用蒸馏水和纯硫酸按照一定密度的稀液溶合后即可作为电解液使用。

3  蓄电池放电

蓄电池的放电化学方程式为：

蓄电池在放电时，正负极板上的二氧化铅、金属铅均转变成PbSO4。由于铅在硫酸电解液中导电性能比较差，所以在放电后，蓄电池的内阻会增加。另外，在蓄电池放电过程中，电解液中的硫酸铅逐渐变成蒸馏水，故电解液的密度也会逐渐下降。此外，蓄电池的内阻增加，引起电池端电压下降。如2V的单体电池在放电结束后，蓄电池的端电压会由2V下降到1.8V左右。

电池的放电电流大小和终止电压对蓄电池的使用寿命有密切关系，当放电电流过大时，电池会因在极短时间内降至极低引起电池失效;而放电电流过小时，会造成电池因深度放电（放电时间过长）而报废。一般情况下选用10小时放电率对用电设备供电，当蓄电池端电压下降到设定电压值时，蓄电池停止对负载供电，实现对蓄电池的保护。

4  蓄电池充电

蓄电池的充电化学方程式为：

蓄电池在充电过程中，电解液里的硫酸铅密度会逐渐增加，蓄电池的端电压会逐渐回升。到浮充状态时，正负极板上的二氧化铅、金属铅等活性物质基本还原，蓄电池恢复为化学池等待下次放电。充电电流大小要适合，如果过大会引起电池迅速产生大量气体造成外壳因膨胀而变形，活性物质脱落导致电池提前失效而报废;如果过小且充电时间非常长，有可能引起电解液长时间“沸腾”，正负极过度氧化，影响蓄电池的使用年限。所以，在通信行业中蓄电池的充电电流值一般设定在0.1～0.2C范围内，C为蓄电池的容量值。

5  蓄电池供电回路

通信系统中蓄电池供电回路一般由蓄电池、导线、开关电源、UPS设备组成，影响电池性能和使用寿命的因素与压降、电流、导线长度、导线截面有关，如表1所示。

表1  蓄电池压降示意图

例如：在-48V基础电源中，按设计规范及厂家要求，蓄电池组终止电压设定在43.2V，电信设备受电电压不小于40V，因此直流放电回路全程压降要求小于或等于3.2V，为了避免电压压降值过大，影响用电设备持续可靠运行，用电设备端的电压必须满足在规定电压范围值。因此，蓄电池输出端至用电设备输入端的导线回路压降应在允许范围内。目前，有厂商将设备受电电压最低值做到38V，这样全程直流放电回路压降范围变大，相应选择的导线截面可变小，或者在机房环境条件有困难的情况下可适当增加导线长度。直流导线按线压降容许原则的电流矩法进行选择，推导公式△U=2IL/57S，其中△U为导线间压降电压，I为设计电流取值，L为导线回路长度，57为铜导线电导率，S为导线横截面积。在连接导线压降允许范围内，导线截面正比于通过导线的电流和导线长度，在涉及电流取值确定时，应该缩短蓄电池至直流电源屏的导线长度。因此，在通信系统中蓄电池和直流电源设备一般安置在同一机房内，或者中间隔墙分开，但一般情况下两者间距宜在10米内。蓄电池回路路由示意如图2所示。

6  蓄电池监测

通过动力环境监控系统对蓄电池的监测，可以对蓄电池的内阻、回路电流、电压和温度等数据进行在线监控。第一时间掌握蓄电池的运行状况、工作环境、数据采集等现场数据，迅速作出反应和处理。通过查询、统计、分析设备的历史告警情况，结合电池的使用年限，对电池的故障趋势进行预测，提前做出预防性维护计划或更换电池计划。加强对蓄电池生命周期里各项性能的检测，实时掌控蓄电池的运行状况，可使通信局站直流用电设备运行的安全可靠性得到有效提升。

7  结  论

蓄电池是直流供电系统中受电设备的最后保障，也是UPS电源系统中用电负载的最后保障;当市电因故障中断时，仍能提供不间断电源保证通信不中断，是向直流用电负载提供不间断电源（零切换时间）的基本条件。

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作者简介：叶步云（1977-），男，汉族，广东紫金人，助理工程师，毕业于中山大学，本科，主要研究方向：通信工程的动力空调专业的规划、设计。