通信电源作为网络能源的基础，在通信直流供电系统中，后备蓄电池组发挥着至关重要的作用，是整个通信电源系统的最后一道供电保障，一直以来都是电源维护工作的重点和难点。在因通信电源设备引发的通信供电中断事故中，由蓄电池组问题导致的占比较大。一方面是由于蓄电池内部结构复杂且不可遇见性，另一方面，蓄电池组受到环境温度、浮充电压、均充电压、充电限流、温度补偿、电池组深浅放电、市电供电质量等众多因素的影响。
　　
　　截至目前，除了对蓄电池组进行容量放电实验，很难找到一种能对蓄电池组性能进行全面定性、定量测试和维护的方法。而且一旦发生由蓄电池组引发的事故，就会导致直流供电系统供电中断。因此，为确保通信网络的供电安全，必须强化对通信机房蓄电池组的维护。
　　
　　新电池安装前测量开路电压，开路电压差值不大于20mV，并做好单体电池测试纪录。此后应对电池组进行补充充电，补充电电压为2.35V充电24h、2.40V充电12h，充电后期充电电流小于电池组10h放电率的千分之三，测量单体电池电压并纪录，此时电池组补充充电完成，断开电池组与充电设备的所有连接线，静置2～4h后。根据环境温度不同，计算出电池组实际应该放电容量为多少，计算公式：
　　
　　C25=Ct/1+k(t-25)
　　
　　其中k是温度系数，10小时率容量试验时k=0.006/℃，计算出实际温度下的电池组容量，并对电池组进行容量实验，第一次容量实验后电池组容量应在95%以上，运行三个月后容量将应为100%。
　　
　　同时根据维护规程，每年对蓄电池组进行核对性放电实验，蓄电池组使用三年后必须进行容量试验，使用六年后需每年进行一次容量试验，以准确监测电池组的实际容量，确保在市电和电源设备出现故障时，蓄电池组能够保障通信设备正常续航时间。
　　
　　一、通信机房蓄电池组容量试验方法
　　
　　1.离线式容量试验
　　
　　将直流供电系统中的一组电池组脱离系统，连接离线假负载设备，调整负载大小使放电电流保持在某一特定值（一般为0.1C10放电率）。当电池组中某一单体电池的端电压最先达到放电终止电压时，结束放电测试。依据电池组的放电时间和放电电流计算其容量，随后用备用的电源设备按0.1C10的充电率对放电后的电池组单独进行充电，电池组单独进行充电完成后，调整在线运行的开关电源浮充电压与该电池组之间的电压，当两者之间的电压小于0.5V时闭合开关电源直流系统的电池组保险。
　　
　　2.在线对实际负载放电的容量试验
　　
　　将供电系统的开关电源输出电压设定为46.5V，让蓄电池组对通信设备放电，并根据负载电流的情况，接入或不接入智能假负载来调整放电电流。放电过程中，每小时测量电池组的总电压、单体电池的端电压、室温和负载电流，并利用电源监控系统设定电池组放电电压和单体电池电压的告警点，一旦测试和监控的任何一点达到告警门限，立即停止放电。同时，柴油发电机组需处于最佳工况状态，以防放电后期市电停电导致供电系统中断。放电完成后，调整直流供电系统的输出电压对负载供电，同时按0.1C10的充电率对电池组进行充电。
　　
　　二、电池组容量试验两种方法的应用分析
　　
　　1.离线式容量试验
　　
　　该方法测试数据准确，便于计算电池组实际容量和了解其续航能力，详见图1所示。
　　
　　然而，当该供电系统只剩下一组电池后备时，系统备用电池供电时间显著缩短，且无法确定在线电池组是否存在质量问题。特别是使用六年以上的电池组，一旦市电中断，该电池组对通信设备放电的保障风险系数增大。因此，采用此方法进行电池组容量试验时，要求油机发电机组必须处于最佳工况状态，以确保发电机组、开关电源等设备正常运行。此外，放电结束后的电池组充满电后再并入供电系统时，与在线电池组间存在电压差，若操作不当，将导致开关电源对并入的电池组进行大电流充电，闭合电池组保险时产生火花，极易引发安全事故。为解决这一问题，必须调整开关电源浮充电压，使其与充满电的电池组电压相等后再进行并联。这种放电方式操作难度较大，不仅要脱离电池组的正极电源线，还要脱离电池组的负极保险，尤其是脱离电池组负极保险时需格外小心并做好绝缘处理，操作不当可能引起负极短路，造成系统供电中断和人身安全事故。同时，放电电池组通过假负载以热量形式消耗电能，不仅浪费能源，还增加了机房空调的制冷量，影响机房设备运行环境，需要维护人员时刻值守，以防假负载高温引发通信电源系统的供电设备故障。
　　
　　2.在线对实际负载放电的容量试验
　　
　　操作方法是将开关电源直流输出电压调整为46.5V，使电池组直接对实际负荷进行放电至开关电源直流输出电压保护设置值（该直流供电系统没有一、二次下电功能，若有必须关闭）。由于电池组放电电流较大，需按照电源维护规程，考虑48V供电范围40V-57V的最低供电和最高供电门限值，电池组至设备供电回路全程压降3.2V及电池单体放电最低值1.8V的要求，详见图2所示。
　　
　　为保证直流供电系统安全，带实际负载的放电电流和放电时间难以掌控，对电池组容量的评估不够准确，对电池组两组性能的测试存在不确定因素，尤其对于使用3年以上的电池组，性能检测很难达到试验的预期效果。若两组电池组的单体电池都存在失容、落后等质量问题，放电至输出保护值的时间不易被维护人员及时发现，此时后备电池组容量可能所剩无几，因此该放电方式的不安全系数比离线放电方式更大。
　　
　　此外，由于放电深度有限，无法实现对电池组续航能力测试的目的。所以全容量电池组放电实践中，常常会发现有些单体电池在放电前期电压正常，但到中后期，落后单体电池才逐渐暴露出来。这部分落后单体电池由于放电深度不够而未被及时发现，该放电方式只能大致评估电池组容量，无法检测出除当前放电时间外还能续航多长时间。
　　
　　同时，两组电池组间放电电流不完全均衡，各电池组会根据自身情况自然分摊系统的负载电流，落后电池组内阻大，放电电流小，而正常电池组内阻小，放电电流大，这就导致某些落后单体电池因放电电流不够大而无法暴露出来，无法达到放电性能质量检测的真实目的。
　　
　　三、单组电池全在线式放电实验
　　
　　在直流供电系统后备蓄电池组中选取一组电池，该电池组通过在线串接“全在线放电智能设备”自动提升在线供电电压，使被测电池组以自动稳流或恒功率对在线负载设备进行放电，从而实现被测电池组的安全节能，详见图3所示。
　　
　　1.全在线充、放电过程
　　
　　被测一组电池的正极与全在线（充）放电设备串联，使被测组电池组所在支路的电压略高于开关电源输出的浮充电压，让该电池组对实际负载进行放电。放电过程中，被测电池组电压随着放电时间的推移逐渐下降，通过全在线（充）放电设备进行自动电压补偿调整，确保被测电池组始终保持恒定电流或恒定功率进行放电。
　　
　　当电池组放电终止，即该电池组电压、容量、时间和单体电池电压达到预期设置的放电门限值时，放电试验自动结束，并自动转入对被测电池组的全在线充电恢复过程，以消除两组电池之间的电压差。同时引导在线开关电源输出，经过充电、等电位控制保护电路自动对被测放电后的电池组进行限流充电，自动完成在线等电位连接，恢复系统的正常连接后，全在线充、放电设备退出，结束电池组充电恢复等电位连接过程，实现该电池组在线充、放电实验目的，完全了解该电池组的实际容量。
　　
　　2.操作过程优势
　　
　　全在线充、放电设备串接一组电池进行操作时，拆、接线仅在电池组正极进行，无需拆卸电池组负极，只需在负极接一根放电设备的工作电源线，操作过程不存在短路危险，充、放电全部在线自动运行，充、放电电流保持恒定，测试记录自动进行，被测电池组按0.1C10率直接对负载放电和充电，无需人员看守，大大减轻了工作强度，提高了工作效率。
　　
　　四、全在线智能放电、充电实验的具体实施
　　
　　以某通信机房使用4年的-48V直流供电系统3000AH的两组电池为例，每组用全在线设备单独对负载进行放电试验。
　　
　　首先将6个无线监测模块连接到该组电池各单体上（每个无线监测模块可监测4只单体电池电压），在全在线设备控制系统上设定4个放电截止门限：单体电池截止电压门限1.800V；电池组截止电压门限43.2V；放电容量门限3000AH；放电时间门限10小时（任一门限达到，放电都将停止）。设定放电电流为300A，核对所有设置参数正确后进行放电，详见图4所示。
　　
　　用直流钳形表检测发现，该组电池的放电电流由0A逐步上升到300A，并保持300A恒定，该组电池电压如平常放电一样逐步下降，串接全在线设备的电压逐步上升，整个放电支路在线电压保持比系统浮充电压53.5V高0.3V，即53.8V。检测另一电池组没有放电，仍然保持浮充53.5V工作状态。此时开关电源的输出电压保持在53.5V，而开关电源模块输出电流总和下降了300A。
　　
　　由于放电方式是对实际负载放电，放电过程中全在线设备没有任何发热现象，安全可靠。当放电时间达到9小时25分钟，到达设定某个参数的门限值时，全在线设备停止放电，自动转入充电程序，直到两组电池等电位后充电结束，拆下全在线充、放电设备，供电系统运行正常，同时掌握了该电池组的目前的真实容量。
　　
　　五、全在线智能电池组放电实验安全、节能分析
　　
　　1.安全性提升
　　
　　全在线充、放电设备能对一个直流供电系统并联的两组（或四组）中的某一组电池进行放电和充电，以恒定电流对实际负荷进行在线放电至设定的截止电压后自动恢复充电。整个放电和充电过程中，被测电池组始终在线，与离线放电不同的是，一旦市电中断，该组电池还能立即投入使用，而且整个系统上还有另一组电池时刻处于在线浮充备用状态。与传统的离线放电相比，此种放电方式可以使系统尽可能多地备份电池组容量，最大限度地降低了放电过程中系统供电瘫痪的风险。
　　
　　2.操作风险降低
　　
　　全在线设备在连接电池组时，仅在正极进行操作，无需拆卸电池组负极到直流供电系统的电池组保险，有效防止了操作不当引起短路的风险。电池组放电结束后能自动转入充电恢复程序，不仅避免了离线容量试验时电池组间因电压差而产生的火花现象，还避免了因另一组在线备用电池组对该组电池的大电流反灌充电而破坏电池性能的情况发生。
　　
　　3.性能检测更全面
　　
　　调低开关电源浮充电压，使供电系统的所有电池组全放电方式，放电深度不够，无法确切了解电池实际容量，更不能了解落后的单体电池性能。因为各组电池放电电流是自然分配，受各组电池性能不同影响，放电电流不完全一致，电池组存在的质量问题有可能因放电电流过小而被掩盖，留下安全隐患。而全在线串联电池组的放电和充电设备可使各电池组以同样的恒定电流放电和充电，能够彻底发现电池组中单体电池存在的质量性能问题。
　　
　　4.节能效果显著
　　
　　在线设备串联单组电池的放电节能方式，是将电池组中的电能直接释放到实际负载中，不像离线放电是将电能以热量形式消耗，所以串联在线设备对电池组放电方法达到了节能目的。通过计算，测试两组蓄电池组的供节电为448.5度，按照0.6元/度的价格，一个-48V直流供电系统中的两组3000AH电池容量试验可以节约电费约269.1元。
　　
　　在线放电和充电设备以串联方式接入电池组，采用“升压补偿”的方式实现电池组“在线放电和保持各组电池在线”等电位连接，并采用“无线蓝牙技术”采集单体电池电压数据，通过U盘（或PC机）对内存数据（特性曲线电压比较图、总电压曲线图、放电电流曲线图、单体剩余容量曲线图、放电电池单体电压柱形图和放电过程中每一时刻的各种放电参数表格）进行转存，为电池组的续航分析提供依据。相比以往离线放电方式，该方式更加安全、节能、方便，切实解决了以往电池组容量试验时的不安全隐患，使电池组得到充分的维护，延长了使用寿命，节约了能源，降低了维护风险，让维护人员能更真实地了解电池组的续航能力。
　　
　　作者简介
　　
　　刘素超，从2012年起从事机房动力配套维护工作，在交换机房节能管理方面经验丰富。
　　
　　孙振新，从2007年起从事机房动力配套维护工作，在通信基站节能管理、储能管理方面经验丰富。
　　
　　武亚波，中国铁塔股份有限公司河北省分公司电源主管，本刊编委。
　　
　　编辑：Harris