浅论蓄电池组放电时间

１引言

        通信电源为通信设备提供源源不断的动力，是通信网络的重要组成部分。正常状态下，由市电供给通信设备用电。若市电中断，则由备用发电机组发电供通信设备用电。发电机组启动前或因故障无法启动时，由蓄电池组放电供通信设备用电。所以蓄电池是供电系统的重要组成部分，是保证通信不中断的最后屏障。如果此屏障失效，将会造成通信中断的严重后果。

        由于蓄电池的地位如此重要，因此，准确知道蓄电池的容量，进而明确蓄电池组对通信负荷的放电时间是十分必要的。

        如何准确知道蓄电池组对通信负荷的供电时间，对这一问题的认识不少人是比较模糊的。在某次移动通信基站的工程设计中，建设单位要求设计人员计算出不同使用年限的蓄电池组对不同基站负荷的放电时间；还有作者发表文章，认为原邮电部颁布的《通信电源设备安装设计规范》（ＹＤ５０４０－９７）给出的计算蓄电池放电时间的公式“过于粗略、保守，造成计算出来的蓄电池组放电时间比实际放电值偏小很多，给建设单位维护人员造成误解”。

        不通过实地测试，设计人员无从知道不同使用年限蓄电池的容量，估算出的放电时间与实际值会有较大的出入，因此，笔者在此提出不同看法与大家商榷。

 

２ 现行规范给出的蓄电池容量计算方法

        原邮电部颁布的《通信电源设备安装设计规范》（ＹＤ５０４０－９７）给出的工程设计中需要配置的蓄电池总容量计算公式为：

Ｑ≥

        由此推导出蓄电池组放电时间计算公式为：

≥Ｔ

式中：

        Ｑ——蓄电池容量（Ａｈ）

        Ｋ——安全系数，取１．２５

        Ｉ——负荷电流（Ａ）

        Ｔ——放电小时数（ｈ），详见《通信电源设备安装设计规范》表４．２．１

        η——放电容量系数，见表１

        ｔ——实际电池所在地最低环境温度值，所在地有采暖设备时，按１５℃考虑，无采暖设备时按５℃考虑

        α——电池温度系数（１／℃），当放电小时率≥１０时，取α＝０．００６；当１０＞放电小时率≥１时，取α＝０．００８；当放电小时率＜１时，取α＝０．０１

 

３ 与阀控式铅酸蓄电池容量有关的因素

        我国采用的蓄电池额定容量是１０小时率标称值，即在环境温度为２５℃、蓄电池以 １０小时率电流放电、在放电终止电压为１．８０ Ｖ／只时蓄电池放出的容量为其额定容量。

        阀控式铅酸蓄电池的容量与放电率、电解液温度、放电终止电压、电解液浓度、极板上的活性物质等因素有关。

        放电率就是蓄电池的额定容量与放电小时数的比值，不同放电率蓄电池输出的容量是不同的，表１给出了放电时间、放电终止电压与蓄电池能放出容量的关系。

        新颁布的中华人民共和国通信行业标准《通信用阀控式密封铅酸蓄电池》（ＹＤ／Ｔ ７９９－２００２）（代替ＹＤ／Ｔ ７９９－１９９６），由通信专家、国内众多著名蓄电池生产厂家参与起草，认为上述表１给出的经验数据可供参考。

        蓄电池的容量，随着环境温度的升高而变大。但温度升高要有限，温度过高易使正极板弯曲和负极板容量减小，蓄电池局部放电增加，极板硫酸化也增加。同时，由于阀控式铅酸蓄电池都采用贫液设计，温度升高也使蓄电池失水增加，电解液干涸，内阻增加，造成电池容量下降，使用寿命缩短。当环境温度低于２５℃时，蓄电池的容量较其额定容量要相应地减少。

        电池温度系数与放电小时率密切相关。当放电小时率＜１时，取α＝０．０１／℃。即此时相对于２５℃的环境温度，每升高１℃，蓄电池放出的容量较额定容量约多１％。《通信用阀控式密封铅酸蓄电池》（ＹＤ／Ｔ ７９９－２００２）规定的对电池温度系数的取值也同前所述。

        电源设计规范蓄电池容量计算公式中给出的“１５℃”和“５℃”，指的是在漫长的蓄电池使用过程中，有采暖设备和无采暖设备时的平均环境温度。

        ２Ｖ系列的蓄电池折合浮充寿命不低于８年。国内各大通信运营商的电源维护规程都规定：全浮充供电方式的阀控式密封铅酸蓄电池，容量低于８０％额定容量的，应进行设备更新。电源设计规范蓄电池容量计算公式中的安全系数Ｋ取值为１．２５，即１／８０％，就源于此。

        通信设备都是恒功率运行的，交流电中断，蓄电池放电供通信设备用电时，通信设备的直流负荷会随着系统电压的降低逐渐增大，计算公式中的负荷电流（Ｉ）应取负荷平均电流。

        通过以上分析可以看出，电源设计规范蓄电池容量计算公式中的每一个参数都有特定的含义，是很严谨的。用此计算公式得出的结果，可以保证在蓄电池使用寿命终结前，其容量满足设计要求。蓄电池组放电时间大于或等于电源设计规范“表４．２．１”规定的放电时间。

 

４ 阀控式密封铅酸蓄电池容量的测试方法

        电源设计规范给出的蓄电池容量计算公式，主要用于通信电源工程设计，可粗略估算蓄电池对通信设备的放电时间。蓄电池使用环境、工作方式不同，其容量、寿命会有很大的差别。

        交换局交流电可靠，电力电池室一般都配有空调，蓄电池工作在较适宜的环境温度下，大部分时间处于浮充运行方式，蓄电池组经常工作在充满电状态，有利于延长蓄电池的使用寿命。

        移动通信基站的交流电一般属三类市电，少量属二类市电，尤其是边远地区市电更差，电池室有时也无空调。由于市电较差，蓄电池充、放电频繁。按照电源维护规程，蓄电池充电时，要保证其充入电量不小于放出电量的１．２倍。在充电后期，充电效率很低，蓄电池在下一次停电时可能还处于未充足电的状态，未充足电的蓄电池继续进行放电，在市电恢复后，电池需要补充电的时间更长。这样恶性循环，蓄电池越来越不易充足电，极板硫酸化严重，容量下降很快。

        需要说明的是，即使是全新阀控式密封蓄电池，蓄电池容量计算公式中安全系数Ｋ取值为１，蓄电池按其额定容量，计算出的放电时间也不准确。据测试，不论是国产电池还是进口电池，其标称容量都有富裕，进口电池容量富裕小一些，国产电池容量富裕量较大，达１０％～２５％，甚至更大。

        准确知道蓄电池容量是较准确计算蓄电池组对通信设备放电时间的前提。判断阀控式铅酸蓄电池运行状态有以下几种方法：

        （１） 离线式容量测试

        工程设计中配置的蓄电池一般不少于两组，把蓄电池从供电系统中脱离，接上假负载，使电池组以１０小时率或３小时率或１小时率电流放电，放电期间测量蓄电池的端电压及室温，只要电池组中有一只单体的端电压达到规定的终止电压时即停止放电，放电电流乘以放电时间就是电池组放出的实际容量。

        １０小时率或３小时率放电，蓄电池放电单体终止电压为１．８０ Ｖ／只；１小时率放电，蓄电池放电单体终止电压为１．７５ Ｖ／只。

        ３小时率额定容量Ｃ３为１０小时率容量Ｃ１０的７５％；１小时率容量Ｃ１为１０小时率容量Ｃ１０的５５％。１０小时率容量第１次循环不低于０．９５Ｃ１０，第３次循环时应达到Ｃ１０。３小时率和１小时率的容量应分别在第４次和第５次以前达到。

        蓄电池放电时，如果环境温度不是２５℃，则需将实测容量按下式换算成２５℃基准温度时的容量Ｃｅ。

Ｃｅ＝

式中：

        ｔ—放电的环境温度

        α—电池温度系数，１０小时率容量试验时取α＝０．００６／℃；３小时率容量试验时取α＝０．００８／℃；１小时率容量试验时取α＝０．０１／℃

        在蓄电池未投入使用前的设备安装阶段就需要做离线式容量测试。一是检验蓄电池容量是否达到规定要求，二是准确测出蓄电池的实际容量和放电特征数据，作为以后分析比较的依据。电源工程设计概预算中有此项工作内容定额。

        （２） 在线式核对性放电试验

        不把蓄电池从供电系统中脱离，对通信负载（必要时接假负载）进行放电，放出蓄电池额定容量的３０％～４０％，运用特性对比判断蓄电池的储备容量。如果放电深度不够，会降低容量判断的准确度。

        （３） 电导测试法和内阻测试法

        电导即蓄电池内部电阻的倒数，指传导电流的能力。蓄电池的电导与容量有很高的相关性，电导单位为西门子（Ｓ）。测量时电导仪向蓄电池两端加一个已知频率和振幅的低频交流电压信号，测量出电压与同相位的交流电流值，交流电流值和交流电压的比值即为蓄电池的电导。

        电池的电导反映电池的内部状况，如电解液干涸、板栅腐蚀、接触不良等，这些都会引起电池内阻增大、电导减小，蓄电池容量降低。

        内阻测试法与电导测试法原理基本类似，不同的是一般内阻测试仪需要离线测试，电导测试仪可在线测试。

        以上几种方法中，离线式容量测试可准确地测试出蓄电池的容量，但是工作量大，需要假负载等设备，尤其是对较大容量的电池，整组电池的充放电需要花费数十个小时，浪费能源。在线式核对性放电试验基本上可定量地测出蓄电池的容量，工作量相对较小、简单，节省电能，但是在不了解蓄电池实际性能的情况下，放出电池容量的３０％～４０％，不易控制。电导仪、内阻计等只能测试蓄电池的某种参数，定性地判断蓄电池的优劣。

        随着科技的进步，各种各样蓄电池容量测试仪相继问世，已在维护工作中采用。通过蓄电池组较短时间（１０ ｍｉｎ左右）的放电，蓄电池容量测试仪可在线监测、记录并储存整组及各单只蓄电池的电压、电流、温度等参数，获得电池的动态内阻等特性，结合放电率可计算出各单体电池的容量或给出单体电池的剩余容量与其额定容量的比值。有的厂家通过建立各品牌电池的放电特性数据库，由其作为参照值。有的是动态选取一组电池中性能较好的电池作为参照物，以便找出落后电池。采用蓄电池容量测试仪，蓄电池放电电流不能太小，一般要求用不小于１０小时率电流放电。这种测试方法属于“在线式核对性放电试验”的范畴，可粗略地估算出蓄电池的容量。

        通过以上方法，可判断出蓄电池的运行状态，找出落后电池，对落后电池要区分情况及时采取有效措施，不然该电池会加速恶化，而且还会引起其他电池的连锁反应。落后电池的容量即为该组电池的容量。对采取措施后仍达不到其额定容量８０％的电池，要及时更换。

        从蓄电池的使用、维护来讲，适度放电对蓄电池是有益的。蓄电池长期处于浮充状态，会出现活性物质脱落、极板硫酸化、电解液固化等现象，使其内阻增大，容量下降。国内各大通信运营商的电源维护规程都规定：蓄电池每年应以实际负荷电流做一次核对性放电试验，放出额定容量的３０％～４０％；每三年做一次容量试验（放电深度为１００％），使用六年后每年一次。这是为了掌握蓄电池运行状态，同时对蓄电池本身也是有益的。

 

５ 结论

        现行《通信电源设备安装设计规范》（ＹＤ５０４０－９７）给出的蓄电池总容量计算方法，其中每一个参数都有特定的含义，可保证工程设计时配置的蓄电池在其寿命终结前满足设计要求。

        供电系统蓄电池的容量，只有采取容量测试的方法获得。知道了蓄电池的容量，采用电源设计规范给出的放电时间计算公式，略去“安全系数Ｋ”，选取适当的通信负荷电流，可较准确地计算出供电系统蓄电池可对通信设备的放电时间。