熊勇  中兴通讯股份有限公司 

摘要：电池管理是通信组合电源中的一项主要功能，也是各厂家重点关注的技术要点。中兴通讯电源完善、灵活、可靠的电池管理，提高了电池使用寿命，保障了电源可靠运行。

叙词：VRLA电池 电池管理 均充 浮充 测试 放电 二次下电 温度补偿

引言

后备蓄电池是通信网络供电不间断的重要保障，是通信网络正常运行的最后一道防线。合理可靠地对电池进行管理和维护，能够保证电池较长的使用寿命，维护投资者的利益。中兴通讯专业从事通信组合电源的研发和生产已有十余年时间，技术不断推陈出新。在第四代通信电源中，全面采用了完善、灵活、可靠的电池管理技术，保障了组合电源可靠运行、减少维护成本、提高了产品竞争力。

1．阀控铅酸电池基本原理和化学反应

目前通信电源所带的蓄电池大多是先进的阀控铅酸电池（VRLA）。VRLA电池工作原理是将电能转换为化学能，并在电池内部贮存起来；放电时，将化学能转换为电能供给外部电路使用。关于其化学反应非常复杂，我们也不准备重点讨论，在这里仅仅给出通用反应式：

负极上，反应式：Pb + SO42－ « PbSO4+ 2e ；

副反应：2H+ + 2e－ ® H2 ­ 

正极上，反应式：PbO2 + 4H+ + SO42－ + 2e« PbSO4 + 2H2O；

副反应：H2O ® 1/2O2­ + 2H+ + 2 e－

总的反应式：Pb + PbO2 +2H2SO4 « 2PbSO4 + 2H2O。此反应是一个可逆的过程，电池放电时，从左至右；电池充电时，从右至左。

2．影响电池寿命的一些主要因素

影响电池寿命的主要因素如下：

（1）环境温度。高温使电池寿命缩短。低温则使电池容量降低；

（2）充电不足。长期充电不足使得负极板形成晶核，极板硫酸化，电池难以还原。

（3）大电流充电充电电流过大。导致电池正极板弯曲膨胀，变形损坏。

（4）过放电。过放电会造成蓄电池体积增大，变形，甚至破裂。一次深度的过放电可能

会使电池的使用寿命减少1～2年，甚至造成电池的报废。

（5）电池长期存放没有初充电或补充电。

3．电池管理

单节VRLA电池电压一般有2V、6V、12V三种，使用时多节串连，组成48 V的蓄电池组。在可靠性要求较高的场合，可采用两组蓄电池并联运行。

中兴通讯电源针对电池厂家、用户的建议，考虑了影响电池寿命的主要因素，优化完善了电池管理技术，保障了电池更大的使用寿命。

3.1电池的充电和放电

3.1.1电池的充电

正常浮充时，充电电流极小，电池负极析出的H2和正极析出的O2几乎完全化合成H2O；如果电流过大，气体难以再化合，导致电池内部气压增大，引起排气阀门开启，造成电池失水。因此，电池充电时要限制充电电流，称为“限流值”（一般范围为 0.05C10 ~ 0.25 C10）。

电池在充电中，内阻会变化(一般蓄电池内阻<1m欧) ，容量增大，内阻减小，因此以恒定的限流值（通常为0.1 C10~0.15 C10）对电池充电，会获得较满意的效果。电池充足表现：充电电流稳定3～6小时，电流值大约在0.003 C10。

3.1.2电池的放电

过放电会引起电池浮充电压下降，使得电池放电容量不能及时补充，长久使得负极板形成晶核(硫酸化)，电池难以还原。因此一方面通过“二次下电”的措施来防止电池过放电；另一方面，当电池剩余容量不足（如小于80％的容量，称为“均充阈值容量”）时，一旦市电正常，将自动进入均充，进行补偿性充电。

放电电流越大，或者环境温度越低，所能给出的容量越小。电池放电后应马上充电，千万不能在放电状态下长期贮存。

3.2温度与温度补偿

电池在－15～45℃的条件应能够正常使用，而在10～30℃之间条件下，电池性能最佳，寿命最长。

低温，会使得电池容量降低，充电接收能力下降，充放电循环寿命下降；高温，会使得电池自放电加剧，同时失水加剧，板栅腐蚀增加，使电池寿命大大缩短。一般情况下，温度每升高10℃，电池使用寿命将减少50％。当电池温度超过环境温度10℃时，应停止充电，避免造成热失控。

3.2.1电压的温度补偿

当电池不是工作在电池厂家推荐的最佳温度下时，电池的充电电压会线性地变化。温度越高，充电电压越低，称为“温度补偿”。监控器通过“温度补偿值”这项参数来对充电电压进行调整，电池充电电压调整值为：⊿V = 单节电池温度补偿值(mV/ ℃)× （电池温度－基准温度）×N节电池。

这里，基准温度通常是20 ℃或25 ℃，可以由用户设置；N为组内电池节数，对于-48V系统通常为24。温度补偿值通常为－3mV/ ℃。电源系统的充电电压根据“温度补偿值”来进行动态地调整，保证电池始终工作在最佳电压下。

3.2.2电流的温度补偿

随着室外电源的广泛应用，蓄电池在室外应用会出现一些问题：

（1）室外高低温特别是高温对蓄电池寿命的影响；

（2）室外应用，往往电网不稳定和频繁停电。蓄电池放电后，需要尽快补充电；

蓄电池频繁充放电造成蓄电池寿命缩短，有时比温度对蓄电池的损害更严重。因此，可以在停电后一来电就进行恒流补充性充电，以期更快地补充蓄电池容量，但如果大电流恒流充电发生在温度很高的环境下，可能造成蓄电池的损害。

因此，我们把电压温度补偿的理念引入到恒流充电中。温度高时，适当降低充电电流，避免高温大电流充电；温度正常时，可由大电流进行及时快速的充电，确保容量能及时补充3.3浮充管理

市电正常情况下，电池一般处于浮充。多数2V电池要求的浮充电压在2.23~2.27V，浮充电压默认值为53.5V(2.23V*24)，可由用户调整；调整范围在42.0V~58.0V间。在市电停电较短的情况下，电池损失的容量很小。此时，只需要浮充就能够完成补充充电。

浮充电压根据“温度补偿值”来进行动态地调整，保证电池始终工作在最佳电压下。

3.4均充管理

电池在停电较长时，将放出较多的化学能，在来电后需要补充充电。容量损失较多时，较低的浮充电压不能够使得容量尽快恢复。因此有必要进行均充。电池均充电压缺省值56.4V，也需要温度补偿。

另外，从维护电池的角度出发，均充也是非常有必要，有时要在没有停电的时候进行。下面情况下，都可能需要进行均充：

(1)正常浮充时，个别电池端电压低于2.20V或电压差大于50Mv；

(2)放电终止电压低于1.80V；

(3)紧急放电后，需要及时恢复充电（经常停电区）；

(4)电池放电后，搁置期超过24小时；

(5)采用小电流长时间深度放电或大电流过量放电；

(6)贮存期超过180天（自放电，容量保存率下降）；

(7)长期浮充时，电池充电电流极小 （约电池容量的千分之一 ），电池极板化学反应缓

慢，会导致极板活性降低。

3.4.1均充的启动

对电池的均充，除了可以由用户人工启动，监控软件会根据以下情况，自动启动均充：

(1) 自动均充周期到达。用户可以设置一个定期均充电池的周期，比如设置为180天。

监控软件判断周期到达后，就自动启动一次均充过程。

(2)停电前均充。来电后，继续执行均充过程，确保充电的完整性。

(3)停电过放电。当停电时间过长，或者电池放电太严重，导致电池剩余容量不足，比

如低于80％的额定容量；或者电池放电后，中止端电压太低，比如低于46V；又或者，用户自己设定的一个放电阈值时间，如2小时。无论何种情况，或者容量不足，或者电压过低，或者放电超时；来电后，立刻启动均充，给电池及时的充电。

(4)测试正常结束。

3.4.2均充的执行

无论是哪种情况启动的均充；均充执行过程都是完全相同的。都是“先恒流，再恒压”。步骤如下：

(1) 恒流阶段。从启动电压点开始，以用户设定的限流值，比如0.10 C10，进行恒定的

电流给电池充电，充电电压则缓慢上升，直至均充电压点；

(2)恒压阶段。维持充电电压为均充电压点；充电电流会缓慢下降，直至低于0.015 C10；

(3)维持阶段。此时，继续维持充电电压为均充电压点3小时；

(4)结束。退出均充，充电电压转为浮充电压。

下图为均充过程的示意图：

为了保持电池化学活性，有时需对电池放电，比如在很少停电的地区。“测试”就是一个较好的在线放电法。测试电压用户可以自由设置，通常在42V～48V范围内。

基于安全性考虑，测试通常需要由用户人工启动；当然，也可以通过设置测试周期，来自动启动测试过程。测试的执行过程很简单，就是降低整流器的输出电压，让电池对负载放电。

测试的结束条件：      

(1)当电池放电后，系统输出电压到达设定的测试电压点；

(2)测试持续时间超过测试允许最长时间（如6小时）；

(3)人工停止

测试正常结束后，系统会自动启动均充，对电池进行及时的充电。

3.6二次下电

电池的过放电会对电池的使用寿命造成很大的影响，所以，组合电源的过放电保护功能也是其一项重要的指标。 

二次下电可以对电池进行过放电保护。电池放电，电池电压低于一次下电电压后，切断耗电量较大的次要负载，以维持重要负载较长的工作时间；在低于二次下电电压后切断所有负载，保护电池防止过放电。

由于二次下电动作是切断用户负载，因此，必须非常慎重、严谨和可靠执行。中兴通讯在第四代通信电源中，采用了三级下电措施，进行多重保护。

3.6.1硬件下电开关

硬件下电开关优先级最高。在电源机架上，给用户提供了硬件下电开关。用户可以自由在“强制上电”、“强制下电”、“自动控制”三档选择。选择“强制上电”时，无论何种情况，负载强制接入供电；选择“强制下电”时，无论何种情况，负载被强制全部断开；选择“自动控制”时，由电源监控单元自动控制完成。

硬件下电开关可以最大限度的保障上电、下电动作的可靠执行。可以用于不需要下电或者需要紧急处理的情况。

3.6.2硬件下电保护

硬件下电保护优先级次之。位于电源监控单元内部。它确保软件误下电的情况下，系统能可靠运行。当系统输出电压低于39V时必然下电，高于50V时必然上电，下电电压点一般不可任意设置。但有几个硬件拨码或者跳线，提供数档供用户选择。比如，通过跳线选择必然下电电压为39V、40V或41V等。

3.6.3软件下电控制

软件下电优先级最低，但有最大的灵活性。下电保护电压点一般可以根据电池容量和放电电流进行设置或组合电源系统自行调节。 

对于蓄电池来说，二次下电的保护电压应是电池放电终止电压，2V单体电池的终止电压约为1.80V；因此，一般可将下电电压保护点设置在43.2V左右。但是电池在不同的放电电流情况下，终止电压是不同的。大电流放电时，终止电压较低；小电流放电时，终止电压较高。如果负载在某一个固定的下电电压点下电，大电流放电可能造成放电不足，不能有效延长负载工作时间；小电流放电可能造成过放电，影响电池使用寿命。

下电可能是交流停电造成，也可能是整流器输出不足造成。如果下电是停电造成，来电后立刻恢复上电；否则，则须等到电压上升到足够高才恢复上电。

4．结束语

中兴通讯电源通过浮充、均充、温度补偿、二次下电等电池管理；保障了用户可以正确使用和维护蓄电池，提高电池的使用寿命，保障通信设备正常、可靠的供电。