通信設(shè)備用閥控密封蓄電池的維護(hù)和管理

0 引言

隨著電信公司業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，高頻開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源（UPS）等電源設(shè)備的數(shù)量也隨之急劇增加，從而使得蓄電池得到了廣泛的應(yīng)用。閥控式密封蓄電池以其體積小、防爆安全、電壓穩(wěn)定、無(wú)污染、重量輕、放電性能高、維護(hù)量小等特點(diǎn)，而成為通信電源系統(tǒng)的首選電池。但在實(shí)際使用中，因?yàn)榉N種原因，特別是一些維護(hù)不到位的因素造成電池使用壽命短，達(dá)不到理論預(yù)期壽命的案例比比皆是。本來(lái)應(yīng)工作8～10年的電池，大都在2～3年內(nèi)損壞，有的甚至連1年的壽命也達(dá)不到，從而給通信設(shè)備的正常工作帶來(lái)了極大的安全隱患，同時(shí)造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。除去電池本身質(zhì)量因素外，由于充放電控制不合理以及維護(hù)不當(dāng)而造成電池提前報(bào)廢的案例占了很大的比例。電池充放電控制的不合理產(chǎn)生的影響是巨大的，如電池早期容量損失、不可逆硫酸鹽化、熱失控、電解液干涸等都與充放電控制的不合理有關(guān)。合理可靠地對(duì)電池進(jìn)行管理和維護(hù)，能夠保證電池有較長(zhǎng)的使用壽命，從而達(dá)到保證通信設(shè)備不間斷用電并節(jié)約維護(hù)資金的目的。因此，在通信設(shè)備用電源系統(tǒng)的維護(hù)中，蓄電池的維護(hù)管理占了相當(dāng)大的比重，怎樣才能充分發(fā)揮蓄電池作為后備電源的作用，使用中盡量達(dá)到或接近其設(shè)計(jì)壽命，就成了維護(hù)人員需要深入探討的一個(gè)問(wèn)題。

1 影響電池壽命的因素

目前，閥控密封鉛酸蓄電池使用較多的是2V系列和12V系列。這兩種電池的壽命差別較大，一般2V系列的設(shè)計(jì)壽命是8～10年，12V系列的設(shè)計(jì)壽命是3～6年?？紤]到價(jià)格因素，目前在通信系統(tǒng)中對(duì)UPS一般配置的是12V系列的電池，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源一般配置的是2V系列的電池。

一般蓄電池制造商提供的蓄電池設(shè)計(jì)壽命為特定環(huán)境下的理論值，實(shí)際使用壽命與電池室的環(huán)境溫度、整流器的參數(shù)設(shè)置、日常維護(hù)以及運(yùn)行狀況有很大關(guān)系。

1.1 環(huán)境溫度的影響

環(huán)境溫度對(duì)蓄電池使用壽命的影響很大。環(huán)境溫度的升高，將加速電池板柵的腐蝕和增加電池中水分的損失，從而使電池壽命大大縮短。一般情況下，溫度每升高10℃，電池使用壽命將減少50％，溫度越高影響越大。在通信設(shè)備用閥控密封鉛酸蓄電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T799－2002中規(guī)定，高溫加速浮充壽命試驗(yàn)是以環(huán)境溫度55℃下42天的一個(gè)充放電試驗(yàn)折合一年的正常使用壽命,由此可見(jiàn)高溫對(duì)電池壽命的影響。蓄電池的最佳使用環(huán)境溫度為20～25℃。

1.2 充電不足

在正常條件下，電池在放電時(shí)形成硫酸鉛結(jié)晶，在充電時(shí)能較容易地還原為鉛。如果使用不當(dāng)，例如長(zhǎng)期處于充電不足的狀態(tài)，負(fù)極就會(huì)逐漸形成一種粗大堅(jiān)硬的硫酸鉛，它幾乎不溶解，用常規(guī)方法很難使它轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，從而減少了電池容量，甚至成為電池壽命終止的原因，這種現(xiàn)象稱為極板的不可逆硫酸鹽化。

1.3 過(guò)度充電

蓄電池在長(zhǎng)期過(guò)充電狀態(tài)下，正極因析氧反應(yīng)，水被消耗，氫離子濃度增加，導(dǎo)致正極附近酸度增加，板柵腐蝕加速，使電池容量降低。同時(shí)，因水損耗加劇，使蓄電池有干涸的危險(xiǎn)，從而影響電池壽命。

1.4 過(guò)放電

電池的過(guò)放電主要發(fā)生在交流電源停電后，蓄電池長(zhǎng)時(shí)間為負(fù)載供電。當(dāng)蓄電池被過(guò)度放電到終止電壓或更低時(shí)（源于電源本身對(duì)電池放電終止電壓設(shè)置不準(zhǔn)，或有的根本沒(méi)有過(guò)放電保護(hù)裝置），導(dǎo)致電池內(nèi)部有大量的硫酸鉛被吸附到蓄電池的陰極表面，硫酸鉛是一種絕緣體，必將對(duì)蓄電池的充放電性能產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，因此，在陰極上形成的硫酸鉛越多，蓄電池的內(nèi)阻越大，蓄電池的充放電性能越差，使用壽命就越短。一次深度的過(guò)放電可能會(huì)使電池的使用壽命減少1～2年，甚至造成電池的報(bào)廢。

1.5 長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)

蓄電池在長(zhǎng)期浮充狀態(tài)下，只充電而不放電，其對(duì)電池的影響與過(guò)度充電相同。

2 均浮充控制

通信用蓄電池的充電方式主要是浮充電和均衡充電兩種。為了延長(zhǎng)閥控電池的使用壽命，必須了解不同充電方式的特點(diǎn)和要求，嚴(yán)格按照要求對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

一般密封鉛酸蓄電池投入使用的日期距出廠日期時(shí)間較長(zhǎng)，電池經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自放電，容量必然大量損失，并且由于單體電池自放電大小的差異，致使電池的比重、端電壓等出現(xiàn)不均衡，投入使用前應(yīng)對(duì)電池進(jìn)行一次均衡充電，否則，個(gè)別電池會(huì)進(jìn)一步發(fā)展成落后電池并會(huì)導(dǎo)致整組電池不可用。另外，如果蓄電池長(zhǎng)期不投入使用，閑置時(shí)間超過(guò)3個(gè)月后，應(yīng)該對(duì)電池進(jìn)行一次均衡充電。

在浮充狀態(tài)下，充電電流除維持電池的自放電以外，還維持電池內(nèi)的氧循環(huán)，但是浮充狀態(tài)下充電電流又是與電池的浮充電壓密切相關(guān)的。因此，為了使閥控鉛酸蓄電池有較長(zhǎng)的使用壽命，在電池使用過(guò)程中，要充分結(jié)合電池制造的原材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和環(huán)境溫度等幾方面的情況，設(shè)定浮充電壓。根據(jù)通信用閥控密封鉛酸蓄電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T799－2002的規(guī)定，在環(huán)境溫度25℃時(shí)浮充電壓允許變化范圍為2.20～2.27V。浮充電壓設(shè)置過(guò)低，電池長(zhǎng)期處于欠充電狀態(tài)，不僅會(huì)在電池極板內(nèi)部形成不可逆的硫酸鹽化，而且還會(huì)在活性物質(zhì)和板柵之間形成高電阻阻擋層，使電池的內(nèi)阻增加、容量下降。浮充電壓設(shè)置過(guò)高，電池長(zhǎng)期處于過(guò)充電狀態(tài)，使電池負(fù)極析出的H₂和正極析出的O₂難以全部再化合成H₂O，造成電池失水，板柵腐蝕加速，使用壽命提前終止。因此，在蓄電池的使用和維護(hù)管理過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)電池廠家提供的資料進(jìn)行浮充電壓設(shè)置。如電池廠家推薦的單體電池浮充電壓為2.25V，此時(shí)應(yīng)設(shè)置組合電源的浮充電壓為54V(2.25×24)。

根據(jù)《電信電源維護(hù)規(guī)程》規(guī)定，閥控鉛酸蓄電池遇到下列情況之一時(shí)，應(yīng)進(jìn)行均衡充電：

1）2只以上單體電池的浮充電壓低于2.18V；

2）放電深度超過(guò)20％；

3）閑置不用的時(shí)間超過(guò)3個(gè)月；

4）全浮充時(shí)間超過(guò)3個(gè)月。

3 溫度補(bǔ)償

在一些比較偏僻的通信站點(diǎn)，由于很少配有空調(diào)，環(huán)境溫度變化較大，這對(duì)電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速度有很大的影響。通常，電池靜置時(shí)要求環(huán)境溫度為0～40℃，溫度太高將會(huì)使得電池的自放電加劇。而電池在使用時(shí)對(duì)環(huán)境溫度的要求更苛刻，通常要求為20～25℃。在這種條件下，電池性能最佳，壽命最長(zhǎng)。低溫會(huì)使得電池容量降低，充電接收能力下降，充放電循環(huán)壽命下降；高溫會(huì)使得Pb＋2H₂O→PbO₂＋4H＋^＋4e^－反應(yīng)加劇，導(dǎo)致失水，板柵腐蝕增加。因此，通信電源監(jiān)控設(shè)備上應(yīng)有“電池過(guò)溫告警”的設(shè)置，一旦電池溫度過(guò)高，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出告警。當(dāng)電池不是工作在電池廠家推薦的最佳溫度下時(shí)，電池的充電電壓應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。溫度越高，充電電壓越低，稱為“溫度補(bǔ)償”。組合電源的監(jiān)控設(shè)備通過(guò)“溫度補(bǔ)償系數(shù)”這項(xiàng)參數(shù)來(lái)對(duì)充電電壓進(jìn)行調(diào)整，電壓調(diào)整值為

ΔV=－溫度補(bǔ)償系數(shù)(mV/℃)×（電池溫度－基準(zhǔn)溫度）×N（1）