【doc】通信交换机应用有极板盒碱性蓄电池的探讨

【doc】通信交换机应用有极板盒碱性蓄电池的探讨 通信交换机应用有极板盒碱性蓄电池的探 讨 通信交换机应用有极板盒碱性蓄电池的探讨 国营第七五六厂赵鸿禧 内容提要 车文简要夼绍了有诅板盒碱性蓄电池的特性.通过与铅酸蓄电池对比舟折和在干 门啦下通信交换机上的 实辱应用情况夼耀,话证了在万门通信交换机上的直用是完垒可能曲. 一 ,概述 通信机,"UPS"电源和计算机应用 的迅速发展,对高质量高可靠供电提出了严 格的要求.为了解决不问断供电和保持电 压,频率的稳定,近几十年来不停电供电系 统得到了迅速发展.. 不停电供电系统的基本结构是充电器, 蓄电池和负载.哪一种蓄电池最适用,这取 决于许多因素.如蓄电池特性,容量,环境 条件,使用寿命,保养条件和费用等.只有 对这些因素基本上有所了解,才能对蓄电池 进行最佳选择. 我国约有400多个大中小城市,然而市 内通信交换机所用蓄电池均为周定型铅酸蓄 电池,碱性蓄电池在这方面的应用还是一纸 空白,只有千门以下才有所应用.这是因为 人们对碱性蓄电池缺乏了解,认识和实践. 在国际上部分国家确实一直沿用铅酸蓄电 池,这是许多历史因素造成的,并不意味着 碱性蓄电池不适用.就我们所知,澳大利 亚,日本,法国,西德,加拿大,苏联等就 应用碱性蓄电池. 我国碱性蓄电池从1955年研制和生产以 来,均为军用,几乎不向民用市场开放.自 七十年代起,才逐步投入民用市场,投放量 和应用范围逐年扩大.实践和信息反馈证 明,凡以铅酸蓄电池作直流电源的,碱性蓄 电池均可胜任. 为了便于人们了解,认识和应用,对有 极板盒碱性蓄电池作以下介绍和探讨. =,应用特性 1.寿命长.全充放(深充放)使用在 1500次充放循环以上,半充放使用在2000次 充放循环以上J浮充使用可用25年以上. 2.自放电小.根据机电都规定,按正常 充电制充电后,在环境温度20?5?范围 内,桶置3O昼夜,其剩余容量不低予额定容 量的9O,自放电率不大于25.多年来试 验证明,实际剩余容量,一般在额定容量的 120以上,自放电率一般在7,18.这就 为备用电源创造了有利条件. 铁镍电池要比镉镍电池自放电大.当室 温20?5?搁置30昼夜时,容量损失5O以 上,当室温为4O?时,儿乎完全损失自身容 量.所以不宜作备用电源,适台浮充电和随 用随充电使用. 在室温下,碱性电池自放电特点是t充 电结束后初期,自放电发生较快,之后速度 减慢.镉镍电池经1.5,2个月后,几乎不发 生自放电. 碱性蓄电池充电后,马上投入使用,可 将自放电损失的容量利用起来. 正因为碱性蓄电池有上述特点,所以它 的端电压变化也同样有上述特点.试验证 实,全充电结束后瞬时端电压为1.6伏左右; 停3O分钟为1.55伏左右,停24小时为1.45伏 左右;之后稳定在1.35,1.45伏之间.而铁镍 电洫则继续下降.试验也证实,碱性电池全充 电结束后,加上负载,瞬时闭路电压下降较大 (表1),这是因为有极板盒碱性电池内阻 大的缘故.有趣的是,当在500门和800门通 信交换机上使用时,虽然开路电压高于机器 额定工作电压上限,闭路之后,并没有引起 任何不良影响.当然闭路电压大小与放电率 有关(表1),同时就是同一种型号电池, 内阻也有差异. 表1放电率与闭路电压关系 小时率放电电流开路电压闭蹄电压内阻值 '小时)情率(安培)(安王昔)(帙)(啦)(殴) 300.日IC1.6'1.570.0175 l00.1C101.63"5'0.0帕 50.2C20l_631.3o.ol to.23SC23.51.'71.3Z0.0063 o.5C1.1.2o0.005 1.50.7C701.51.10o.o05 11Cloo1.51:1oo.oo39 3.高温性能好.碱性电池可在30~50~C 高温环境下使用.但是,长期在高温下使 用,将缩短营电池寿命.因此,在高温情况 下使用,要采取降温措施,如风冷,空调或 夜间充电等. 4.低温性能好.长期试验证实,在液温 一 ,可保持额定容量的25~35,在 40?下 一 20?下,可保持额定容量的75以上,均 超过部标和国际(IEC)的要求.当然 在低温下,保持额定容量的多少,与充放电 率有关. 铁镍电池低温性能远不如镉镍电池,这 是因为内阻大的缘故. 46 为了确保低温下使用,应采取:一是视 其温度采用比重1.25,1.29苛性钾溶液J二 是在室温下充电,在低温下使用,三是蓄电 池本身应采取保温措施. 5.耐过充过放,甚至短路,反极也不损 坏蓄电池.凡过放,短路,反极等一时所造 成的容量损失,均可利用过充电的方法,使 其容量恢复. 6.保存期很长.试验证实,带电解液保 存一年和干态保存1O年以上,各项性能指标 和新电池一样,仍能达到规定的标准要求. 若干态保存1O年后再使用,那么有极板盒碱 性电池有效期在18年以上.有趣的是,正在 使用的该类电池,因故暂时不用,将电解液 倒掉,仍可长期保存.这是有极报盒碱性电 池又一独特优点之一. 7.适应短时大电流充放电.大电流充 电,极板不会弯曲变形,不会散架.但长期 大电流充电使用,表现出充电不足,致使容 量下降.因此耍定期进行过充电,使其容量 恢复. 8.机械强度好.不怕颠簸,振动和冲 击. 9.放电时不产生气体,充电时所产生的 气体无毒,无害,不污染空气 1O.维护,使用简单,因而所耗费用 低. 11.初充电和长期搁置后容量恢复;试 验证实在短期内(约20小时)即可恢复容量 在额定容量以上.因此所耗费用也很低. 12.最适合浮充电使用.据国外报 导,浮充电使用,可使用30年以上.信息反 馈可知,国内浮充使用已25年,现仍在继续 使用. 13.有极板盒碱性电池所用气塞有所改 进,跑气性能良好因此充电时,不用去掉 气塞,碱液不会喷射出来.鉴于此况和上述 介绍的特性,因此不需要单设蓄电池室,可 和设备安装在同一室内使用.这就节省了单 设蓄电池室及相应配备的电气设备费用. 尽管有极板盒碱性电池有许多独特之 处,也并非无缺点.一是成本高,表现在一 次性投资高,加上人们对它了解,认识不 够,这就影响了竞争能力,二是电解液易吸 收空气中二氧化碳,致使本身变质,因而需 要定期更换J三是对使用后的残余容量,不 能像铅酸电池那样,利用简单的测比重的方 法来确知,四是充电时如何判断蓄电池己达 到全充电状态,也不像铅酸电池那样可利 用测比重方法确知. 三,浮充电 凡要求不问断供电的,如通信交换机, UPS电源,发电厂,变电站,医碗火车客 车照明,信号指示,电子计算机等,均采用 浮充电方法.也就是说蓄电池始终处于全充 电状态,一旦市电停电,自动转换为蓄电池 供电,从而达到不问断供电的目的. 对有极板盒碱性电池来说,浮充电压和 电流选择余地较大.镉镍系列也池浮充电压 可在1.45~i.6伏之间任意选择,浮充电 流可在C/io0NC/20任意选择,铁镍系列电 池浮充电压可在1.5,1.6伏之间任意选 择,浮充电流可在C/20-'~C/10之间任意选 择. 采用小电流浮充电,要在规定的时问 内达到全充电状态不可能实现.因此浮充电 时问必须是长期的,不能受时问限制. 全充电状态的唯一标志是充入电量为额 定容量的150%.即. 型×1oo%:150% 额定容量 浮充电流若为c/looNc/12o,需要150 N30小时,才能充入150%电量,即达到全 充电状态J浮充电流若为C/20NC/10,需 要30~15小时,才能充入150%电量.为了 确保不问断供电,保持正常工作状态,蓄电 池在没有并入浮充电工作之前,并入后大电 流放电容量消耗一半以上,及市电中断单由 蓄电池供电而容量消耗一半以上时……等, 均需要进行全充电后,方可并入线路,转为 正常浮充电工作方式.为了缩短全充电时 问,需将充电机直流输出电压调到上限允许 值.当然由于蓄电池放电深度不同,残余容 量大小也不同,需要补充进去的电量多少也 不同,因而充电时闻的长短也不同. 浮充电工作方式和蓄电池截止电压的高 低,是以负荷允许的下限电压来决定的.如 千门以下通信交换机,负荷电压下限为1.16 伏/只,低于1.16伏/只,机械就无法正常工 作.所以1.16伏/只,就是蓄电池的截止电 压. 由于有极板盒碱性电池内阻大,开路电 压和闭路电压的差值也大.放电率不同,电 压降大小和内阻大小也不同(表1).当开 路电压相同而放电电流不同时,电压降也不 同,其内阻也不同.放电电流大,内阻也大. 当然电压降大小,也受外电路接触电阻的影 响.表1没有考虑外电路接触电阻的影响. 在有极板盒碱性电池中,铁镍系列电池 的内阻比镉镍系列电池的内阻大两倍,比铅 酸电池大四倍.正因为如此,在500门和1000 门通信交换机上所用的GN500和TN350碱性 电池,当开路电压高于负荷电压上限并入线 路后,并没有引起任何不良影响,机器运转 正常.这种现象只有用蓄电池内阻大,压降 大的特点来解释.国际上凡以碱性电池作通 /只来确定 信机电源的,均以额定电压1.2伏 电池数量,这可能也是原因之一. 上述观点有待进一步研究和探讨.倘若 不成立的话,也可以用下列措施来解决:一 是减少电池数量,使电池总电压低于负荷电 压上限,二是降低蓄电池充电程度,由充入 电量的150%,降到120,130,三是若工 作条件允许,充电结束后,搁置24小时以 上}四是加尾电池或反压电池}五是在输出 线路里加二板管,利用二板管反向电压来抵 消多余电压,但对放电后期不利. 前面己谈到,采用碱性电池不需要单设 蓄电池室.若全国2300多个县市,都采用碱 性电池作通信交换机直流电源,单此一项就 可为国家节约上亿元.若和寿命,维护简单等 结合起来考虑,其经济效益是十分可观的. 很可惜l至今还没有得到重视和普遍应用. 四,关于?E值 碱性电池的AE值,是专家学者所关心 的一个重要问题,也是市内通信交换机能否 应用碱性电池有争论而尚未得l出结论的一个 问题. 所谓AE值,就是电压降的差值.对于通 信交换机来说,就是浮充电压与蓄电池负荷 放电所截止的终止电匿的差值.这个差值越 小越好. 前面己谈到,有极板盒碱性电池的浮充 电压和放电终止电压是可以选择的,那么 ,也是可以选择的.而终止电压 AE值大小 截止的高低,是根据通信交换机最低工作电 压而定.如从加拿大,日本引进的500门, 1000门通信交换机,要求蓄电池截止电压为 1.16伏/只,而从日本引进的100J'I通信交换 机,要求蓄电池截止电压为1.O5伏/只.当 然也与蓄电池数量有关. 在广州720门和1000门通信交换机所用 碱性电池AE值=浮充电压1.371伏(过充电 用1.458伏)一终止电压1.167伏=0.204伏 (过充电为0.201伏)}而100t3通信交换机 蓄电池AE值=1.39伏(实际1.36,1?42伏 间是可调的,平均按1.39伏)一1.O5伏= 0.34伏. 根据以上实际使用情况,关于降低AE 值,可以从以下几个方面解决:一是浮充电 压是可调的,不是固定不变的.因此可根据 需要而调整.二是在确保机器正常运转的情 况下,电池数量可适当减少.减少数量,相 应地可提高截止电压.三是在确保1C率负 荷放电1小时的情况下,截止电压可以截止 得高一些.由于引进的通信交换机均有柴油 发电机替代市电停止时供电,而且要求蓄电 池用1C率电流确保半小时放电,很明显截 止电压要高.四是对有极板盒碱性电池来 说,浮充电压1.37{k/只,1.39伏/只是可以 浮充的,试验己证实.采用此浮充电压时, 浮充电流为5安培,这对GN500电池来说, 100小时可充到额定窑量,150小时可达到全 充电状态|对于TN350电池来说,70小时可 充到额定容量,105小时可达到全充电状态. 五是广州两家用户所选用的电池容量,远远 高于实际所要求的容量.这种选择既有优点 又有缺点从以上几点可以有把握地说, ?E值大小完全可以选择的. 由于金属镍和镉价高,而碱性电池工作 电压又低,致使电池数量增多,这就造成了一 次性投资高..但是大电流放电性能优于铅酸 电池,如万门通信交换机要求蓄电池900安 培放电1小时,这对碱性电池来说,不需要 大容量就可满足使用要求,对铅酸电池来 说,则需要用过剩的容量来确保1小时率放 电(表2).从表2可看出以下几个问题; 一 是碱性电池价格是铅酸电池1倍多,一次 性投资高.二是碱性电池大电流放电性能 好,因而不需要过剩容量,而铅酸电池的过 剩容量是碱性电池的1倍,因此在价格上基 本上可以平衡.三是电池数量可不按额定电 压1.2伏/只来计算确定使用量,而是按计算 数量减去1/10的数量来投入使用.这样既可 保证使用,又可提高截止电压,降低AE值, 也能降低投资.四是900安培放电对1500Ah 碱性电池来说,相当于0.6C率放电,因而 其放电性能优于1C率放电,而万门交换机 寰2碱性和铅蕾电池在万门交换机上应用比较 造择蓄电池价格(万元)900安培敢电性良数}几器颓定疑低I浮亮?E 量工作I值要求放电要求终止实际罄止 电压电压(忙)时间电压电压实际敢电时j可型号类别(只)单价台计 电压(忙)(伏)1(伏(小时)(偾)(伏) GF300袷酸0.25I_9.1B』0.391.7550升钟 GN1500碱性0.248.8B?8l01.161.45101.16?1小时f 1.16Ilf01.16?1小时GNZ150碱性30.2559.435 注一GF~000价格厦参数由吴卉橙高工提供,其中价格为86年前价格I碱性电池 价格是89年下半年价格 将900安培作为1C翠放电电流来要求放电性 能.显然,对碱性电池来说,远远超出这个 要求. 综上所述,笔者认为,无论从碱性电池 特点,浮充电性能,使用维护,AE值或者 综合考虑经济效益方面,作为通信交换机直 流电源是理想的,应该推广应用.这对我国 邮电通信工业,无疑是十分有利的.当然有 些问题,如开路电压高对机器是否有影响, 是否必须减少电池数量,?E值如何达到理 想状态等,有待进一步研究,实践和得出可 靠的结论. (上接第34页) 动的备用电源. 这些产品通常做成2侠,4伏和6侠,额 定容量为77安时和304安时(20~C下10小时 率放电使用)的单块电池. 这种得到英国电信系统认可的BC91电 池已在实践中工作得非常好,对其1O年以上 的寿命预计正在得到证实. (3)矿I帽电池 克罗莱德公司的复合型铅蓄电池的产品 样品,在60深度放电下工作可给出800个 工作周期,也就是说,具有三年的工作寿 命.尽管传统的常规型电池产品有五年的使 用寿命,但寿命较短的复合型电池产品的费 用,可以由完全免维护电池产品所节省的资 金获得更多的补偿. 未来 密封免维护电池产品的市场一直在增 长,除了已经谈到的那些应用,还有耐用消 费品,商业和工业方面的使用. 下面列出这些应用中的一部份. (1)耐用消费品:便携式电动工具, 电视摄像机,使携式电话机/步话机,盒式录 音机,玩具,消遣设备一游戏机,小船等I (2)商业:电子兑换机,安全和报警 系统, (3)工业:利用再充电技术的自动导 向运输工具. 显然,铅蓄电池的前景是,密封免维护 型电池将在电池领域里作出重要的贡献.