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通信用蓄电池(组)的相关知识

浏览:5827  来源:通信人在线  日期:2022-03-08

蓄电池或蓄电池组(battery/ batteries),是一个将化学能转换为直流电能的装置。在通信用电源系统中得到了大量的应用,是通信电源系统的重要组成部分或必备设施。是通信设备或通信终端正常工作的能源供应的重要保障。

一、有关电池的相关概念

依据GB/T 2900.41《电工术语 原电池与蓄电池》的定义,有单体电池、电池、蓄电池等的概念。

1、单体电池(cell)与电池(battery

单体电池(cell)是指直接被化学能转变为电能的一种电源,是由电极、电解质、容器、极端、通常还有隔离层组成的基本功能单元。而电池(battery)是指装配有使用所必需的装置(如外壳、端子、标志及保护装置)的一个或多个单体电池。在GB/T 2900.41中,也将电池(battery)称为电池组。因此,电池(cell)只是具备能量转换功能的单元,而电池(battery)是可供人们直接使用用于供电。

2、原电池与蓄电池

电池(battery)又分为原电池与蓄电池。原电池(primary cell)是指按不可以充电设计的电池;蓄电池(secondary cell)是指按可以充电设计的电池(注:通过可逆的化学反应实现再充电)。因此,我们通信用的都是具有充电功能的蓄电池。

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二、蓄电池的基本分类

蓄电池的分类方法有很多,常用的有下述分类方法:

1、按化学原料的来源分类:

按化学原料的来源分类,有燃料电池和非燃料电池之分,非燃料电池也称传统电池。由上述概念知道,蓄电池的工作是一种化学能与电能的转换过程,那么蓄电池的工作过程是由化学物质的参与的,燃料电池在化学能转换为电能时所需要的化学物质要不断的从外部送入的。而传统蓄电池在能量转换过程中的化学物质是事先封装在电池内里,通常情况下是不用添加或更换的。

燃料电池(fuel cell)是一种新型电池,根据GB/T 2900.41的定义:通过一个电化学过程,将连续供应的反应物的化学能转变为电能的装置。它的最大特点是转换效率高,且不受负荷变化的影响,由于其技术发展的成熟性有待于提高,因此其普及应用受到了影响。目前在通信电源系统已有应用,使用的燃料主要是氢、氧等。目前在通信电源系统应用最多的仍然是传统的蓄电池,如阀控式密封铅酸蓄电池。

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下述的分类方法是针对传统蓄电池的:

2、按电解质的不同分类:

按电解质的不同来分类,可以分为非水电解质蓄电池和含水电解质蓄电池。非水电解质蓄电池典型的是指锂电池等。含水电解质蓄电池又主要分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。酸性蓄电池典型的是指铅酸蓄电池等;碱性蓄电池典型的是指铁镍蓄电池等。在国家标准GB/T 2900.41对于锂电池(lithium battery)、碱性蓄电池(alkaline battery)和铅酸蓄电池(lead dioxide lead battery)都给出了明确的定义,具体汇总于下表2-2中。

2-2:锂电池、碱性蓄电池和铅酸蓄电池的定义

在通信电源系统中的锂电池,目前最常用的是为移动通信终端供电所使用;对于用作通信局站的后备电池目前已处于起步阶段,如使用较多的是磷酸铁锂电池组(LiFePO4)等。铅酸蓄电池是通信电源系统使用悠久、应用最广的通信用蓄电池。最开始使用的是开口式防酸隔爆铅酸蓄电池,目前已被阀控式密封蓄电池(VRLAB)所替代。碱性蓄电池在通信电源系统中使用的较少。而使用到的碱性蓄电池,其碱性电解质常用的是氢氧化钾和氢氧化钠等水溶液,因电极使用的活性物质不同分为铁镍、镉镍、锌银、镍氢等蓄电池。

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在上述蓄电池的按电解质分类的锂蓄电池、碱性蓄电池和铅酸蓄电池,从电池的比能量(比能量指的是电池单位质量或单位体积的能量,用W·h/kgW·h/L来表示)来对比,锂蓄电池最高,铅酸蓄电池最低,下图2-2给出了它们的比能量对比图,包括质量比能量和体积比能量。

2-2:锂蓄电池、碱性蓄电池和铅酸蓄电池的比能量的比较图

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下述的分类方法主要是针对铅酸蓄电池的:

3、按不同用途和外形结构分类

按不同用途和外形结构来分类,可分为固定式和移动式两大类。固定型铅蓄电池按电池槽结构又分为半密封式及密封式。目前在通信电源系统应用最多的固定型密封式蓄电池,如阀控式密封铅酸蓄电池(VRLAB)。

4、按极板结构分类

按极板结构分类,可分为涂膏式(或涂浆式)、化成式(又称形成式)、半化成式(或半形成式)和玻璃丝管式(或叫管式)等。通信常用的VRLAB多为涂膏式。

5、按电解液数量分类

按电解液数量分类,可将铅酸蓄电池分为贫液式和富液式。密封式电池均为贫液式,半密封电池均为富液式。VRLAB多为贫液式,但贫液式存在着对环境温度变化适应性差的缺点,所以也有富液式阀控密封铅酸电池,用在温度变化大的场合。

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三、蓄电池在通信电源系统的使用

1、概述

在通信电源系统中,蓄电池已成为必要的组成部分。根据上述分类,对于燃料电池由于其技术的成熟性而使用的较少。对于碱性电池由于其单体电池(cell)的电压(电动势)较低而在通信电源系统中较少使用,因为,通信设备用蓄电池往往需要较高电压和较大容量。而铅酸蓄电池由于其技术成熟性、价格低廉性,在通信电源系统中得到了大量的应用,目前几乎全部采用的是阀控式密封铅酸蓄电池(VRLAB)。而对于锂电池由于其高比能量特性在通信电源系统中,目前主要是应用在移动通信终端上使用,随着制造成本的降低正逐步应用于通信局站的备用电源(也称后备电池)。

2、使用

在通信电源系统中,为机房通信设备供电的电源系统称为基础电源,分为直流基础电源和交流基础电源。铅酸蓄电池在直流基础电源和交流基础电源中都有使用,主要是起到储能装置的作用,并非用作向通信设备供电的主供电源,铅酸蓄电池往往是为了提高通信电源系统可靠性而作为备用电源。

在通信直流基础电源系统中,向通信设备提供电能的市电交流电源,交流电经过整流后变为直流向通信设备供电,而将蓄电池并接在整流器的输出端。当主供交流电源正常供电时,蓄电池一直是处于在线备用状态,同时一直处于浮充保持着足够的电能。一旦主供交流电源断供时,蓄电池立即自动启用承担起为负载提供电能的任务;在主供交流电源恢复供电后,它又立即退出,又处于养精蓄锐的状态。同时,在浮充的过程中,蓄电池对整流器的输出直流电压还起到了很好的滤波作用。

在通信交流基础电源系统中,蓄电池主要使用在交流不间断电源系统(UPS)中,它接在UPS的整流输出端即逆变器的输入端。同理,其主供电源是市电交流电源,当市电断供时,UPS的整流无直流输出,蓄电池开始自动向逆变器供电,以保证UPS的交流输出。

鉴于此,铅酸蓄电池在通信电源系统的使用,为通信电源系统的高可靠性供电起到了极大的作用。当然,在移动通信终端中使用的锂电池是向终端直接供电的,这与锂电池的良好的充放电性能以及体积小等直接相关的。

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3、配置

由于通信设备所使用的额定直流电压要远高于单个产品蓄电池的标称电压,所以铅酸蓄电池在通信局(站)的电源系统中几乎没有单个电池的单独使用,往往是根据其额定电压,将标称电压为2V6V12V的单个电池串联使用的,形成蓄电池组,以达到通信设备所需要的供电电压(如-48V240V336V等;UPS中为192V~242V;等)。通常蓄电池组还起码是1+1双备份配置的。

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