便携式通信终端设备维护电源的应用

汤震+陆智敏+刘剑汛

【摘要】 通信局（站）的电源维护以保证稳定、可靠、安全供电为其总技术要求，维护工作的基本任务之一是保证电源设备向通信设备不间断地供电，供电 质量 符合标准，预防严重障碍（由于通信电源设备故障造成的交换局交换设备和一级干线、二级干线、传输设备的通信中断）发生，降低电源系统的不可用度。为了保证通信生产可靠、准确、安全、迅 速，我们可以将通信设备对通信电源的基本要求归纳为：可靠、稳定、小型智能和高效率。

【关键字】 锂聚合物电池 智能显示仪表 便携式电源

一、背景技术

EPON设备与工业以太网交换机是目前配网自动化（配电自动化网络）系统中实现开关站配电终端与环网柜配电终端（DTU设备），以及柱上开关配电终端（ONU设备与OLT设备）数据上传、远程遥测、远程遥控的关键设备。

二、设计目的

目前给上述设备提供调试与维护电源的手段主要有两种。一是采用设备内自带的小容量铅酸蓄电池供电。二是通过临时外接蓄电池组的方法供电。

采用配电终端设备内自带的6Ah（Ah：安时）的小容量铅酸电池，且不说容量大小，单就选型来说上述配电终端设备多为户外工作环境金属柜体长期受强光直射（柱上开关设备尤为明显），在夏季柜体内部温升普遍高于60℃，这将严重影响铅酸蓄电池的使用寿命，使原本就偏小的蓄电池容量再大打折扣，当设备供电系统出现故障时该铅酸蓄电池以完全不能满足维护期间臨时供电的要求。高温还会造成铅酸蓄电池内部电解液挥发，众所周知酸性气体对电子设备有致命损害极易造成电子元件与电路板腐蚀而导致设备报废。

采用外接临时蓄电池组供电虽可满足供电需求，但由于体积庞大过于笨重不利于携带，蓄电池内电量与蓄电池容量剩存多少不好判断，难以对施工进度节点进行有效的管控。临时蓄电池组与设备通信设备进行连接时有因正负极接反而损坏设备的情况发生，而且整个接线过程都是带电操作，稍不留神就有发生短路的可能。临时蓄电池组极柱裸露在外，同工程车内其它工具（现有工具大多为金属制品）放在一起易发生短路引起火灾或爆炸及其危险，给运输工作也带来很多不便。

三、设计要求

实用新型的主要特征在于：便携式EPON设备与工业以太网交换机维护电源、实时显示剩余电量、剩余放电时间、快速免工具连接、防反接、防短路、无人值守智能充电。

实用新型主要适用于EPON设备与工业以太网交换机等配网自动化通信设备的安装调试与维护供电需求，所以主要叙述现有配网自动化通信设备的安装调试与维护供电方法的不足之处。

四、工作原理

4.1主要内容

本实用新型既具备可靠的长时间供电功能，还具有剩余容量实时显示、剩余供电时间动态显示、快速连接、防反接等功能，采用内置锂聚合物电池解决了临时蓄电池组不利于携带易发生短路的不足。 设计原理图如图1。

4.2组成部分

本实用新型涉及便携式通信设备维护电源，包括：显示仪表1、充电指示灯2、直流输出指示灯3、直流输出快速接口4、防短路直流输出电源线5、直流输出熔丝6、直流输出开关7、锂聚合物电池8、锂电池智能充电管理模块9、交流输入接口10、充电开关11、交流电源线12、便携式机壳13。

4.3充放电操作

4.3.1充电操作

将交流电源线12插入交流输入接口10，打开充电开关11，便携式通信设备维护电源的充电指示灯2会亮起（充电时为红色，电池充电完成后变为绿色），当锂聚合物电池8电量充满后，锂电池智能充电管理模块会自动停止充电（充电停止电流<300mA），充电完成后关闭充电开关11，拔出交流电源线12完成充电。便携式通信设备维护电源采用锂聚合物电池作为电能存储装置，不需要待电量耗尽后再对便携式通信设备维护电源进行充电，电量完全耗尽将影响锂聚合物电池8的使用寿命。

4.3.2放电操作

将防短路直流输出电源线5的A端（该端插头具有防误插功能，可有效避免正负极反接）插入直流输出快速接口4，将防短路直流输出电源线5的B端插入通信设备电源接口（该端插头具有防反插防短路功能，可彻底避免因正负极反接而烧毁设备现象的情况发生）整个连接过程不需其它任何工具。打开直流输出开关7，直流输出指示灯3亮起。此时显示仪表1同时显示当前锂聚合物电池8的剩余容量（百分比显示，更加直观）与剩余放电时间（剩余放电时间随着输出功率变化而动态显示）方便工作人员对工作时间的掌控。以我司常用的EPON设备与工业以太网交换机为例（10W-15W）便携式通信设备维护电源可持续供电35至23小时完全满足通信设备维护与调试的需求。

4.4电源模块

锂电池智能充电管理模块型号：HJ-2403J2L

1.功能完备、安全有效

模块集成了三大功能：锂电池的保护，充电和电量不足警告。另外，模块不需要取出充电，以符合特殊环境下的设备要求。

2.功率小，输出效率高

3.充电过程无需人工干预

4.高精度电流电压锁定，确保充满，绝无过充

5.过流、过压、短路保护、安全可靠

6.稳定性高，开关电源控制芯片采用进口军工级集成电路，稳定可靠，故障率低，可靠性高，平均寿命50000小时以上

7.采用开关电源式电路，采用脉宽调制技术，转换效率85%-98%，功率因数大于0.9、高效环保

8.指示灯显示、全铝外壳、美观坚固、经久耐用；纹波系数低，对其它设备干扰小

9.体积小、重量轻，合理结构与散热设计，提高充电器的便携性

显示仪表剩余容量实时显示、剩余供电时间动态显示计算公式：

T2=[（CO-CN）/C]/CN

式中代号定义：

T2为剩余放电时间

CO为当前时间60秒前锂聚合物电池剩余容量。

CN为当前时间锂聚合物电池剩余容量。

C为锂聚合物电池总容量。

注：CO、CN、由程序通过将当前电压采集模块与电流采集模块的测量值对比微处理器中存储的锂聚合物电池放电特性数据文件得出。

五、系统功能及优点

5.1系统功能

1）具备可靠的长时间供电功能。

2）内置锂聚合物电池，耐候性能优异。

3）电池剩余容量实时显示、剩余供电时间动态显示、快速连接、放短路、防反接等功能。

4）轻量化、便携式结构。

5.2主要优点

1.本實用新型主体结构部分使用以铝合金型材为主要材质，所以在携带与运输过程中更加轻便坚固以便于携带。

2.本实用新型电能存储装置采用锂聚合物电池，锂聚合物电池相比铅酸电池具有如下优点：

3.重量体积轻巧：相同规格的电池组，锂聚合物电池体积质量仅为铅酸电池的1/3左右，大大的减轻了运输与搬运工作的工作强度，使便携式通信设备维护电源更利于户外安装调试与维护作业。

4.超长寿命：长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而锂聚合物电池，循环寿命达到2000次以上，综合考虑，性能价格比为铅酸电池的4倍以上。

5.使用安全：锂聚合物电池完全解决了传统铅酸电池的安全隐患问题，在75℃的极端测试环境下也不会产生任何腐蚀性挥发气体有效的避免了因铅酸蓄电池在高温环境下挥发的酸性气体对电子设备造成的损害。

6.可大电流快速充放电。

7.本实用新型直流输出部分采用具有防反插、防短路功能的快速连接装置，彻底避免了因蓄电池组正负极反接而损害设备的情况发生。整个连接过程不需要使用其它任何工具，徒手操作即可

8.本实用新型采用先进的自主研发的智能显示仪表，该仪表以AVR系列单片机为核心微处理器，并配套电压、电流监测装置与液晶显示屏。通过与微处理器中存储的锂聚合物电池放电特性数据文件对比实时监测到的电压、电流等信号经过程序计算成剩余电量与剩余放电时间等信息输出至液晶显示屏显示，避免了以往临时蓄电池组实际剩余容量不好判断，剩余时间无法确定等弊端，解决了施工进度节点难掌控的难题。

9.本实用新型采用锂电池智能充电管理模块，用于对锂聚合物电池进行恒流充电，并在充电完成后自动关闭。做到无人值守智能充电。

5.3参数列表

参 考 文 献

[1]郭炳焜的《锂离子电池》. 中南大学出版社.2002

[2]侯继江. EPON技术分析. 《电信技术》.2007（08）

[3]熊伟成. EPON技术及市场应用. 《电信网技术》. 2007（02）

[4]李超.EPON上行接入中动态带宽分配算法研究.电子科技大学.2006

[5]刘伟，黄燕辉，张曙光.工业以太网交换机选型浅析. 电力行业信息化年会， 2013