通信設備用閥控密封蓄電池的維護和管理

0 引言

隨著(zhù)電信公司業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò )規模的逐漸擴大，高頻開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源（UPS）等電源設備的數量也隨之急劇增加，從而使得蓄電池得到了廣泛的應用。閥控式密封蓄電池以其體積小、防爆安全、電壓穩定、無(wú)污染、重量輕、放電性能高、維護量小等特點(diǎn)，而成為通信電源系統的首選電池。但在實(shí)際使用中，因為種種原因，特別是一些維護不到位的因素造成電池使用壽命短，達不到理論預期壽命的案例比比皆是。本來(lái)應工作8～10年的電池，大都在2～3年內損壞，有的甚至連1年的壽命也達不到，從而給通信設備的正常工作帶來(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不當而造成電池提前報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)。合理可靠地對電池進(jìn)行管理和維護，能夠保證電池有較長(cháng)的使用壽命，從而達到保證通信設備不間斷用電并節約維護資金的目的。因此，在通信設備用電源系統的維護中，蓄電池的維護管理占了相當大的比重，怎樣才能充分發(fā)揮蓄電池作為后備電源的作用，使用中盡量達到或接近其設計壽命，就成了維護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系列的設計壽命是8～10年，12V系列的設計壽命是3～6年?？紤]到價(jià)格因素，目前在通信系統中對UPS一般配置的是12V系列的電池，對高頻開(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計壽命為特定環(huán)境下的理論值，實(shí)際使用壽命與電池室的環(huán)境溫度、整流器的參數設置、日常維護以及運行狀況有很大關(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。在通信設備用閥控密封鉛酸蓄電池行業(yè)標準YD/T799－2002中規定，高溫加速浮充壽命試驗是以環(huán)境溫度55℃下42天的一個(gè)充放電試驗折合一年的正常使用壽命,由此可見(jiàn)高溫對電池壽命的影響。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)形成硫酸鉛結晶，在充電時(shí)能較容易地還原為鉛。如果使用不當，例如長(cháng)期處于充電不足的狀態(tài)，負極就會(huì )逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛，它幾乎不溶解，用常規方法很難使它轉化為活性物質(zhì)，從而減少了電池容量，甚至成為電池壽命終止的原因，這種現象稱(chēng)為極板的不可逆硫酸鹽化。

1.3 過(guò)度充電

蓄電池在長(cháng)期過(guò)充電狀態(tài)下，正極因析氧反應，水被消耗，氫離子濃度增加，導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，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(cháng)時(shí)間為負載供電。當蓄電池被過(guò)度放電到終止電壓或更低時(shí)（源于電源本身對電池放電終止電壓設置不準，或有的根本沒(méi)有過(guò)放電保護裝置），導致電池內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，必將對蓄電池的充放電性能產(chǎn)生很大的負面影響，因此，在陰極上形成的硫酸鉛越多，蓄電池的內阻越大，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，甚至造成電池的報廢。

1.5 長(cháng)期處于浮充狀態(tài)

蓄電池在長(cháng)期浮充狀態(tài)下，只充電而不放電，其對電池的影響與過(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(cháng)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，嚴格按照要求對蓄電池進(jìn)行充電。

一般密封鉛酸蓄電池投入使用的日期距出廠(chǎng)日期時(shí)間較長(cháng)，電池經(jīng)過(guò)長(cháng)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、端電壓等出現不均衡，投入使用前應對電池進(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 )導致整組電池不可用。另外，如果蓄電池長(cháng)期不投入使用，閑置時(shí)間超過(guò)3個(gè)月后，應該對電池進(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(cháng)的使用壽命，在電池使用過(guò)程中，要充分結合電池制造的原材料及結構特點(diǎn)和環(huán)境溫度等幾方面的情況，設定浮充電壓。根據通信用閥控密封鉛酸蓄電池行業(yè)標準YD/T799－2002的規定，在環(huán)境溫度25℃時(shí)浮充電壓允許變化范圍為2.20～2.27V。浮充電壓設置過(guò)低，電池長(cháng)期處于欠充電狀態(tài)，不僅會(huì )在電池極板內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，使電池的內阻增加、容量下降。浮充電壓設置過(guò)高，電池長(cháng)期處于過(guò)充電狀態(tài)，使電池負極析出的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管理過(guò)程中，應根據電池廠(chǎng)家提供的資料進(jìn)行浮充電壓設置。如電池廠(chǎng)家推薦的單體電池浮充電壓為2.25V，此時(shí)應設置組合電源的浮充電壓為54V(2.25×24)。

根據《電信電源維護規程》規定，閥控鉛酸蓄電池遇到下列情況之一時(shí)，應進(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 溫度補償

在一些比較偏僻的通信站點(diǎn)，由于很少配有空調，環(huán)境溫度變化較大，這對電池內部的化學(xué)反應速度有很大的影響。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(cháng)。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^－反應加劇，導致失水，板柵腐蝕增加。因此，通信電源監控設備上應有“電池過(guò)溫告警”的設置，一旦電池溫度過(guò)高，系統就會(huì )發(fā)出告警。當電池不是工作在電池廠(chǎng)家推薦的最佳溫度下時(shí)，電池的充電電壓應進(jìn)行調整。溫度越高，充電電壓越低，稱(chēng)為“溫度補償”。組合電源的監控設備通過(guò)“溫度補償系數”這項參數來(lái)對充電電壓進(jìn)行調整，電壓調整值為

ΔV=－溫度補償系數(mV/℃)×（電池溫度－基準溫度）×N（1）