通信枢纽楼机房开关电源大容量蓄电池维护方案

蒙佳信，王小红

（中国联合网络通信有限公司南宁市分公司，广西 南宁 530000）

0 引 言

随着5G网络的大力推广和建设，各大运营商的通信机房和通信基站正在进行大规模扩容建设，使得作为应急电源的蓄电池随着扩容改建大量增加，增加了维护人员的工作量。因此，选择和使用快捷且优质的蓄电池维护和测试设备，可使维护人员的蓄电池维护工作事半功倍，并能及时了解蓄电池的性能和寿命。

1 蓄电池维护的重要性

蓄电池在通信机房中主要作为备用电源使用，是确保通信设备不间断运行的最后一道防线。目前，通信机房主要使用的是阀控式铅酸蓄电池，也被称为免维护铅酸蓄电池。它在日常使用时不用加蒸馏水，方便了维护工作。它的工作原理是在密闭空间中利用电池的充放电不断将水分解和再合成，形成一个循环过程。这一过程需确保电解液在使用中保持在一定限度，不用加注蒸馏水。

免维护铅酸蓄电池的免维护是相对的。在蓄电池的使用过程中，日常的清洁和定期的电池性能测试等维护工作必不可少。根据通信局（站）电源系统维护技术要求，蓄电池每年做一次核对性放电试验，放出额定容量的30%～40%；单体2 V的蓄电池每3年做一次容量实验，使用6年后每年一次，容量试验放电80%容量或单体达到终止电压1.8 V时停止放电。

电池所处的工作环境对电池的性能和使用寿命会有一定的影响。对于阀控式铅酸蓄电池是来说，良好的密封性使得蓄电池周围的湿度不会影响电池寿命。电池周围环境温度需要保持在一个适当的范围内，以保持蓄电池内部电解液的活性。温度过低或过高都会影响电解液化学反应的速率，降低蓄电池的性能，缩减其使用寿命。通信局房使用的阀控式铅酸蓄电池环境温度一般维持在20～25 ℃。

蓄电池的性能会随着时间不断下降。因此，需定期维护、测试蓄电池，了解电池性能，及时发现并更换达不到标准的蓄电池，保证整个动力配套系统的用电安全。目前，通信局房普遍采用单体电压2 V的蓄电池与系统并联的方式。电池长期处于浮充状态，时间一长，蓄电池的性能会逐渐下降，经常处于充放电状态的蓄电池性能则下降更快[1]。如果蓄电池性能下降到一定数值以下，如单体2 V的蓄电池电压始终在1.8 V以下，那么为了确保整个系统的正常，应及时进行更换蓄电池组并对其进行测试。

另外，在蓄电池的日常使用过程中还会出现一些因为各种因素引起的故障，如蓄电池内阻过大或过小、蓄电池外壳破裂损坏以及蓄电池漏液等。这些情况同样需要维护人员及时发现并予以处理，从而保证动力配套系统安全稳定运行。

2 蓄电池放电特性

2.1 阀控式铅酸蓄电池放电原理

阀控式铅酸蓄电池内部使用铅板作为蓄电池的负极，填满二氧化铅的铅板作为正极，并用稀硫酸作为蓄电池的电解质。铅酸蓄电池充电时电能转化为化学能，铅板作为负极发生氧化反应，释放电子，同时被氧化为硫酸铅；二氧化铅作为正极发生还原反应，吸收电子，同时还原为硫酸铅和水[2]。

化学反应方程式如下：

2.2 阀控式铅酸蓄电池放电特性曲线

理想状态下，蓄电池的放电过程如图1所示。

图1 蓄电池放电特性曲线

图1是铅酸蓄电池10 h放电率时电压和时间的曲线图。可以看到，蓄电池的放电有3个阶段：刚开始放电时，电池电压快速下降；电压下降到一个稳定值后，蓄电池电压下降速度变得缓慢，此时蓄电池内部的化学反应速率为一个恒定值；蓄电池放电后期，电压迅速下降[3]。可见，蓄电池放电过程中，在电流恒定的情况下，蓄电池电压与时间在一定的范围内具有线性关系。新的性能好的蓄电池，线性工作时间长。随着蓄电池性能的下降，它能够线性工作的时间越来越短。

3 蓄电池放电测试维护方案选择

3.1 根据电池使用的时间划分

根据电池使用的时间划分，通信局房用阀控式铅酸蓄电池的放电测试方式主要有核对性放电和容量放电两种。核对性放电测试针对新电池每年一次，每次放出电池标称容量的30%～40%。蓄电池容量测试针对的是6年以上的旧电池，每次放出标称容量的80%。两种放电测试方法的目的都是及时发现运行中的电池组是否存在不良电池，并及时予以解决。

3.2 根据电池测试放电时是否在线划分

根据电池测试放电时是否在线划分，通信局房用阀控式铅酸蓄电池主要有在线放电测试和离线放电测试两种。

蓄电池离线放电测试的方法是先将蓄电池充满电后脱离系统静置1 h，然后通过外接蓄电池放电测试仪（假负载）进行放电，通过假负载的自动记录功能或手动测试记录被测蓄电池在放电前、放电中以及放电后的电池电压数据，最后对数据进行对比和计算，得到电池当前的大致容量值，判断电池的好坏。

蓄电池在线放电测试的方法有两种。一种是在直流供电系统中调整整流器输出电压至保护电压（46 V），此时由蓄电池直接对设备负荷供电，定时测量记录蓄电池数据，放电测试结束后对数据进行计算和比较，判断电池的好坏。另一种是将假负载串联到被测蓄电池组与直流供电系统之间，调整假负载，使蓄电池通过假负载对设备负荷供电，而试中所产生的测试数据由假负载记录。结束后，测试人员将假负载内数据取出进行对比计算，以判断蓄电池的性能容量。

3.3 方案选择

蓄电池放电测试方案需要根据实际需求进行选择。对于新电池，使用核对性测试；对于6年以上的旧电池，使用容量测试；对于通信局房用的蓄电池，为了防止负载设备发生停电隐患，一般不使用离线放电的测试方法。

本次测试电池的使用年限已超过6年，因此采用在线式容量放电测试的方式。将假负载串联到被测蓄电池组与直流供电系统之间，蓄电池通过假负载对直流系统进行放电。选择这种方式避免了由蓄电池离线对直流供电系统造成的安全隐患，同时利用假负载的自动测量和记录功能减少了维护人员的工作量，提高了测试效率。

4 测试步骤及结果

4.1 测试步骤

测试使用的假负载是福光电子的FBI-3048CT。该设备主要用于开关电源蓄电池组分组的在线放电和充电测试，设备充放电电流的调节范围是0～300 A。

测试前确定以下参数：测试蓄电池组标称容量为3 000 Ah，单体电压为2 V，以放电率10 h的标准进行放电，放电终止条件为放电时间达到8 h或蓄电池单体电压下降到1.8 V。确定好测试参数后，按照下面的步骤进行测试。

（1）无线模块连接。无线模块通过蓝牙与假负载进行无线连接，将无线模块连接在电池单体上，无线模块可以测量出电池单体的实时电压，并通过蓝牙将数据传输至假负载存储处理。

（2）将假负载配备的放电线缆接在假负载主机上。

（3）将假负载主机上C端的电缆接到系统铜排的负极上。

（4）将假负载主机上B端的电缆接到被测蓄电池组的正极。

（5）将原有的电池组正极输出电缆卸下一根与假负载主机A端线缆对接在一起。

（6）将被测电池组正极的所有多余连接电缆卸下悬空，用绝缘胶布包好。

（7）打开主机开关，预置参数，如标称容量、小时率、放电电流、放电容量、放电时间、单体个数、单体下限以及组端下限等。

（8）准备就绪，开始放电，等待放电结束。

放电终止有两个标准，一是某个电池单体电压下降到1.8 V，二是放电时长达到8 h。放电停止后，系统通过假负载向电池充电。充电结束后，测试人员可通过U盘下载放电数据，方便查看放电相关数据，判断蓄电池的好坏。

测试过程中需要注意，测试开始前需要用绝缘胶布包好所有线缆连接及裸露的地方，防止线缆触地短路。要确保所有接线正确，正负极没有接反。放电测试结束后，需要将所有接线电缆恢复至测试前的状态，保证系统正常运行。

4.2 测试结果

测试的蓄电池以组为单位，即24颗电池单体。放电小时率为10，放电过程中放电电流恒定为300 A，浮充电压53.6 V。放电结束后，取出假负载内记录的放电数据，分析整组蓄电池的性能和每个单体电池的容量。蓄电池放电电压与时间的关系如图2所示。

图2 蓄电池放电电压与时间的关系

从图2可以看到，放电开始时电压有一个快速下降和回升的过程。电压相对稳定后进入线性工作区域，一直持续了8 h，达到设定的终止时间，蓄电池放电结束。线性工作区域整组电池电压没有明显的跳动，说明整组电池放电过程中的性能比较稳定，且容量较为充足。蓄电池单体容量如表1所示。

表1 蓄电池单体容量

从表1可以清晰看到每颗电池的容量，这是假负载通过获取的数据计算出来的，省去了手动计算的麻烦，同时实时得到的数据可靠性高。

5 结 论

5G基建的不断加速，使得为供电系统提供安全保障的大容量蓄电池组越来越多，因此蓄电池组的测试维护工作问题随之而来。选择以假负载进行在线放电测试的方法来测试蓄电池的性能和容量，具有便捷、安全且高效的特点。既能保证供电系统的平稳，又能保障通信设备的不间断运行。