通信电源电路的设计与改进

毕业设计（论文）标题：通信电源电路的设计与改进学生姓名：刘海立系部：电子工程系专业：移动通信技术班级：高通信0701指导教师：娄敏株洲职业技术学院教务处制12目录摘要……………………………………………………………第一章通信电源简介………………………………………………第二章蓄电池………………………………………………………2.1阀控式密封铅酸蓄电池的定义…………………2.2VRLA蓄电池在通信电源系统中的作用……2.3VRLA电池的工作原理…………………………………2.4VRLA电池的关键技术………………………………2.5VRLA蓄电池的维护……………………………第三章基站蓄电池寿命的提高………………………………………3.1影响基站电源蓄电池寿命的因素………3.2蓄电池寿命终止的几种因素…………3.3延长基站供电蓄电池寿命的方法3.4减少蓄电池过放并及时补充3.5定期维护第四章蓄电池充电方法……………………………………4.1蓄电池基本充电方法…………………………4.2快速充电的研究………………………………结论…………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………附录…………………………………………………………………后记…………………………………………………………………3摘要本文对通信电源做了个简单的介绍。蓄电池组是通信电源设备的重要组成部分。当交流供电中断或整流器故障，蓄电池组是支持通信系统工作的唯一后备电源。充电方式对VRLA电池性能具有相当重要的影响，并对快速充电作了具体的研究。关键词：通信电源蓄电池VRLA蓄电池寿命充电方式4第一章通信电源的概述电源是通信系统的重要组成部分。通信电源被比喻为通信的心脏，其核心利益就是“持续提供稳定的动力供应”以保证整个通信网络的正常运行。一个完整的通信电源系统由5个部分组成：交流配电单元、整流模块、直流配电单元、蓄电池组、监控系统。这样组合的通信电源系统有着广泛的应用意义，它不仅适用于电力系统通信，也适用所有专网通信和公众网通信。对通信电源系统的基本要求是可靠性和稳定性。一般通信设备发生故障的影响面较小，是局部性的，但如果通信电源系统一旦发生故障，通信系统将全部中断，所以电源系统要有备份设备，电源设备要有备品备件，市电要有双路或多路输入，交流和直流互为备用。对通信电源的要求是：防雷措施要求完善，设备允许的交流输入电压波动范围大，多重备用系统以防止电源系统发生电源完全中断故障。由于电网分布和利用市电的条件存在千差万别，许多地方的市电电压波动范围很大。特别是一些变电站、微波站、光通信站、水电厂在丰、枯水期时等，有时交流电压波动范围很大，要求电源设备具有更宽的工作电压范围，否则就要增加稳压装置。第二章蓄电池蓄电池组是通信电源系统的重要组成部分，所占的投资比例很大，加强对蓄电池的管理，改善其使用状况，从而有效地延长蓄电池的使用寿命，具有重要的意义。目前，通信电源配套的蓄电池大多是先进的阀控式密封铅酸蓄电池，阀控式密封铅酸蓄电池主要有贫液式和胶液式两类。由于阀控式铅酸蓄电池全密封、无须加水维护，故常冠以“免维护”的称号。“免维护”这一词给使用者带来了认识上的误区，导致使用者放松了对阀控式密封铅酸蓄电池的日常维护和管理。因此，正确使用和维护阀控式密封铅酸蓄电池具有十分重要的意义。根据各个基站的通信设备需求，其蓄电池每节单体电压一般有2V、6V和12V三种，一般在枢纽大站，常采用寿命长、可靠性高的2V电池，在小型基站，根据安装要求，可采用其他两种电池，使用时将多节单体串连，组成48V的蓄电池组。在对电源系统可靠性要求较高的场合，一般采用两组蓄电池并联运行、浮充供电的方式。5对蓄电池组的日常维护要定期清洁并检测端电压、温度；连接处有无松动腐蚀现象，检测连接条压降；外观是否完好，有无鼓肚变形和渗漏现象；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；当发现电压反极性、压降大、压差大和酸雾泄漏的电池时，应及时处理，对不能恢复的蓄电池要及时更换；不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组蓄电池带来不利影响。对寿命已到的电池组要及时更换，以免影响到电源系统和设备主机2.1阀控式密封铅酸蓄电池的定义中文全称:阀控式密封铅酸蓄电池。英语全称为：ValveRegulatedLeadAcidBattery（VRLA）它诞生于20世纪70年代，到1975年时，在一些发达国家已经形成了相当的生产规模，很快就形成了产业化并大量投放市场。这种电池虽然也是铅酸蓄电池，但是它与原来的铅酸蓄电池相比具有很多优点，而倍受用户欢迎，特别是让那些需要将电池配套设备安装在一起(或一个工作间)的用户青睐，例如UPS、电信设备、移动通信设备、计算机、摩托车等。这是因为VRLA电池是全密封的，不会漏酸，而且在充放电时不会象老式铅酸蓄电池那样会有酸雾放出来而腐蚀设备，污染环境，所以从结构特性上人们把VRLA电池又叫做密闭（封）铅酸蓄电池。为了区分，把老式铅酸蓄电池叫做开口铅酸蓄电池。由于VRLA电池从结构上来看，它不但是全密封的，而且还有一个可以控制电池内部气体压力的阀，VRLA铅酸蓄电池的全称便成了“阀控式密闭铅酸蓄电池”。2.2阀控式密封铅酸蓄电池在通信电源系统中的作用1．后备电源，包括直流供电系统和UPS系统2．滤波3．调节系统电压4．动力设备的启动电源6（a）平滑滤波（b）荷电备用图2-1蓄电池在通信电源系统中的作用2.3VRLA电池的工作原理电池的充放电反应（+）PbO2+3H++HSO4－+2e放═══充PbSO4+2H2（－）Pb+HSO4－放═══充PbSO4+H＋+2e电池总反应：Pb+2H++2HSO4—+PbO2放═══充PbSO4+2H2O+PbSO4电池内部气体产生的原因（1）过充电（+）H2O→1/2O2↑+2H++2e(-)2H++2e→H2↑H2O=H2↑+1/2O2(2)正极板栅腐蚀：7Pb+2H2O→Pb(OH)2+2H++2e2H++2e→H2↑(3)自放电：负极自放电Pb+HSO4－→PbSO4+H++2e2H++2e→H2↑正极自放电PbO2+2H++H2SO4+2e→PbSO4+2H2OH2O→1/2O2↑+2H++2e2.4VRLA电池的关键技术2.4.1氧复合原理（氧循环原理）电池在充电过程中，正极除了有反应（1）PbSO4转变为PbO2以外，还有氧析出反应，特别是电池的充电后期，当电池容量充电到80%时，氧的析出反应更为剧烈，两极的气体析出反应如下：（+）2H2O→O2+4H++4e(--)2H++2e→H2对于浮充使用的VRLA电池，即使是浮充电流很小，但在长期浮充状态下，浮充电流一部分用于电池自放电生成的PbSO4转为正负极活性物质以外，不可避免的，浮充电流一部分用于水的电解，而使正极析出氧气，负极析出氢气。氧和氢气的产生使电池内部失水，电解液密度发生变化，也使电池难以密封。从铅酸蓄电池诞生以来，人们都一直在寻求电池的密封，以减少对电池的维护。VRLA电池的出现，实现了电池的密封，电池密封的关键技术是氧在电池内部的再复合实现氧的循环，以及采用AGM隔板吸收电解液，使电池内部没有流动的电解液，氧的复合原理如图2-3所示：8图2-2：密封原理示意图图2-3：氧循环原理图从图2-3看出，正极充电过程中因电解水析出的氧气，通过AGM隔板的孔隙，迅速扩散到负极，与负极活性物质海棉状铅发生反应生成氧化铅（PbO），负极表面的PbO遇到电解液H2SO4发生化学反应生成PbSO4和H2O，其中PbSO4再充电而转变为海面状Pb生成的H2O又回到电解液，因氧气的再复合，避免了水的损失，从而实现了电池的密封。其氧的再复合过程的反应式如下：2H2O→O2↑+4H++4e92Pb+O2→2PbO2PbO+2H2SO4→2PbSO4+2H2O2PbSO4+4e+4H+→2Pb+2H2SO4总反应为：2H2O→O2→2H2O水变成氧再变成水4.4.2VRLA电池的关键技术：为了实现氧的复合（循环），电池在设计制造中，应掌握如下关键技术：1)选择高孔隙率AGM隔板，孔隙率在93%以上，为氧的复合提供通道2)采取定量灌酸，使玻璃棉隔板在吸收电解液以外，仍有5—10%的孔隙率未被电解液充满，因此VRLA电池又称为贫液式电池。3)过量的负极活性物质，正、负极板的容量比一般为1：1.1~1：1.2，这样在正极充足电以后，负极仍未充足电，防止氢在负极析出，氢气大量析出是无法复合的。4)电池极群的紧装配，采取极群预压缩技术，装配压在40—60Kpa之间，以保证AGM隔板与正负极板表面的良好接触，因为VRLA电池的电解液主要靠AGM隔板提供。5)正板栅使用低锑银合金，克服了铅钙合金正板栅的无锑效应和抗蠕变性差的缺点，无论浮充使用还是循环使用，都有很长的使用寿命，不同地区供电条件的差别将不会对蓄电池性能造成影响。6)开闭阀压力稳定可靠的安全阀，通信用VRLA电池的标准要求开阀压10—35Kpa，闭阀压3—15Kpa,开闭阀压力较接近，可减少气体排放和水的损失。7)采用恒压限流的充电方式，VRLA电池对过充电较为敏感，过充电会加速电池的损坏，恒压限流充电可防止过充电和热失控。VRLA电池具有以下主要优点：不漏液、无酸雾、不腐蚀设备；10①放电小，25℃下自放电率小于3%（每月）；②电池寿命长，25℃下浮充状态使用可达10年；③结构紧凑，放置方便（竖放、卧放），占地面积小；④电池的高低温性能较好，可在40℃—150℃范围使用；⑤没有“记忆效应”（指浅循环工作时容量损失）；⑥能量较高，大电流放电性能好。图2-4：VRLA电池与GF电池（左）的比较2.5VRLA蓄电池的维护在实际运行中，VRLA蓄电池对环境温度的要求比较高，VRLA蓄电池的最佳环境运行温度为20-25℃。如果使用环境温度过高，使VRLA蓄电池在充电过程中产生的热量无法及时扩散到空气中去，加速了电解液的损失，同时也容易通过壳体损失水分，导致电解液的比重升高加速了正极板栅的腐蚀，最终导致VRLA蓄电池未达到电池的设计寿命而提前失效。为避免VRLA蓄电池提前失效，应对VRLA蓄电池加以严格的维护，严格根据生产厂家提供的相关设置参数对开关电源进行设定。平时应经常根据蓄电池及充电设备的运行情况及时调整浮充电压，使浮充电压符合VRLA蓄电池的要求，避免电压过11高，造成对电池的过充引起水分的损失；同时防止电压过低，造成VRLA蓄电池的欠充，引起电池极板的硫酸盐化，使电池的容量大大降低。先进的运行设备具有温度补偿功能，可以根据运行环境自动调整运行参数。为了及时了解VRLA蓄电池的状态，定期对VRLA蓄电池的容量进行检测，准确掌握VRLA蓄电池容量的实际状况，以便及时采取相应的维护措施。定期对电池进行维护，使VRLA蓄电池经常处于良好的运行状态。对于VRLA蓄电池只有按生产厂家的要求进行严格的操作时，才会使得VRLA蓄电池寿命真正接近其设计寿命，否则，电池的寿命比普通电波更短。注意事项：1、电池连接线必须用螺钉拧紧2、不要使电池短路3、使用前必须充电4、不要打开安全阀5、保持电池清洁6、长期贮存，应定期对电池进行补充电7、事故放电后，蓄电池在没有及时补充电的情况下，不允许让蓄电池继续供电。第三章基站电源蓄电池寿命的提高基站蓄电池从目前使用情况来看，普遍存在蓄电池容量下降过快，使用寿命短，甚至短短1～2年时间蓄电池的容量只有标称容量的30%～40%，有的只有10%～20%。而大部分基站蓄电池经过1～4年运行，容量只有其标称容量的50%左右，远远达不到设计使用寿命。与交换局站同类蓄电池相比，使用寿命也大大降低。按蓄电池使用维护标准要求，蓄电池容量只要下降到其标称容量的80％，其使用寿命就终止，应对其进行更换。123.1影响基站电源蓄电池寿命的因素3.1.1蓄电池寿命的定义蓄电池的寿命一般是这样定义的，浮充状态下为3-5年或3-8年，并不是说蓄电池在频繁放电状态下使用多少年。对处于非浮充状态下工作的蓄电池，其寿命是按照循