通信设备用阀控密封蓄电池的维护和管理

0    引言

    随着电信公司业务的飞速发展，通信网络规模的逐渐扩大，高频开关电源、不间断电源（UPS）等电源设备的数量也随之急剧增加，从而使得蓄电池得到了广泛的应用。阀控式密封蓄电池以其体积小、防爆安全、电压稳定、无污染、重量轻、放电性能高、维护量小等特点，而成为通信电源系统的首选电池。但在实际使用中，因为种种原因，特别是一些维护不到位的因素造成电池使用寿命短，达不到理论预期寿命的案例比比皆是。本来应工作8～10年的电池，大都在2～3年内损坏，有的甚至连1年的寿命也达不到，从而给通信设备的正常工作带来了极大的安全隐患，同时造成了极大的经济损失。除去电池本身质量因素外，由于充放电控制不合理以及维护不当而造成电池提前报废的案例占了很大的比例。电池充放电控制的不合理产生的影响是巨大的，如电池早期容量损失、不可逆硫酸盐化、热失控、电解液干涸等都与充放电控制的不合理有关。合理可靠地对电池进行管理和维护，能够保证电池有较长的使用寿命，从而达到保证通信设备不间断用电并节约维护资金的目的。因此，在通信设备用电源系统的维护中，蓄电池的维护管理占了相当大的比重，怎样才能充分发挥蓄电池作为后备电源的作用，使用中尽量达到或接近其设计寿命，就成了维护人员需要深入探讨的一个问题。

1    影响电池寿命的因素

    目前，阀控密封铅酸蓄电池使用较多的是2V系列和12V系列。这两种电池的寿命差别较大，一般2V系列的设计寿命是8～10年，12V系列的设计寿命是3～6年。考虑到价格因素，目前在通信系统中对UPS一般配置的是12V系列的电池，对高频开关电源一般配置的是2V系列的电池。

    一般蓄电池制造商提供的蓄电池设计寿命为特定环境下的理论值，实际使用寿命与电池室的环境温度、整流器的参数设置、日常维护以及运行状况有很大关系。

1.1    环境温度的影响

    环境温度对蓄电池使用寿命的影响很大。环境温度的升高，将加速电池板栅的腐蚀和增加电池中水分的损失，从而使电池寿命大大缩短。一般情况下，温度每升高10℃，电池使用寿命将减少50％，温度越高影响越大。在通信设备用阀控密封铅酸蓄电池行业标准YD/T799－2002中规定，高温加速浮充寿命试验是以环境温度55℃下42天的一个充放电试验折合一年的正常使用寿命,由此可见高温对电池寿命的影响。蓄电池的最佳使用环境温度为20～25℃。

1.2    充电不足

    在正常条件下，电池在放电时形成硫酸铅结晶，在充电时能较容易地还原为铅。如果使用不当，例如长期处于充电不足的状态，负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅，它几乎不溶解，用常规方法很难使它转化为活性物质，从而减少了电池容量，甚至成为电池寿命终止的原因，这种现象称为极板的不可逆硫酸盐化。

1.3    过度充电

    蓄电池在长期过充电状态下，正极因析氧反应，水被消耗，氢离子浓度增加，导致正极附近酸度增加，板栅腐蚀加速，使电池容量降低。同时，因水损耗加剧，使蓄电池有干涸的危险，从而影响电池寿命。

1.4    过放电

    电池的过放电主要发生在交流电源停电后，蓄电池长时间为负载供电。当蓄电池被过度放电到终止电压或更低时（源于电源本身对电池放电终止电压设置不准，或有的根本没有过放电保护装置），导致电池内部有大量的硫酸铅被吸附到蓄电池的阴极表面，硫酸铅是一种绝缘体，必将对蓄电池的充放电性能产生很大的负面影响，因此，在阴极上形成的硫酸铅越多，蓄电池的内阻越大，蓄电池的充放电性能越差，使用寿命就越短。一次深度的过放电可能会使电池的使用寿命减少1～2年，甚至造成电池的报废。

1.5    长期处于浮充状态

    蓄电池在长期浮充状态下，只充电而不放电，其对电池的影响与过度充电相同。

2    均浮充控制

    通信用蓄电池的充电方式主要是浮充电和均衡充电两种。为了延长阀控电池的使用寿命，必须了解不同充电方式的特点和要求，严格按照要求对蓄电池进行充电。

    一般密封铅酸蓄电池投入使用的日期距出厂日期时间较长，电池经过长期的自放电，容量必然大量损失，并且由于单体电池自放电大小的差异，致使电池的比重、端电压等出现不均衡，投入使用前应对电池进行一次均衡充电，否则，个别电池会进一步发展成落后电池并会导致整组电池不可用。另外，如果蓄电池长期不投入使用，闲置时间超过3个月后，应该对电池进行一次均衡充电。

    在浮充状态下，充电电流除维持电池的自放电以外，还维持电池内的氧循环，但是浮充状态下充电电流又是与电池的浮充电压密切相关的。因此，为了使阀控铅酸蓄电池有较长的使用寿命，在电池使用过程中，要充分结合电池制造的原材料及结构特点和环境温度等几方面的情况，设定浮充电压。根据通信用阀控密封铅酸蓄电池行业标准YD/T799－2002的规定，在环境温度25℃时浮充电压允许变化范围为2.20～2.27V。浮充电压设置过低，电池长期处于欠充电状态，不仅会在电池极板内部形成不可逆的硫酸盐化，而且还会在活性物质和板栅之间形成高电阻阻挡层，使电池的内阻增加、容量下降。浮充电压设置过高，电池长期处于过充电状态，使电池负极析出的H₂和正极析出的O₂难以全部再化合成H₂O，造成电池失水，板栅腐蚀加速，使用寿命提前终止。因此，在蓄电池的使用和维护管理过程中，应根据电池厂家提供的资料进行浮充电压设置。如电池厂家推荐的单体电池浮充电压为2.25V，此时应设置组合电源的浮充电压为54V(2.25×24)。

    根据《电信电源维护规程》规定，阀控铅酸蓄电池遇到下列情况之一时，应进行均衡充电：

    1）2只以上单体电池的浮充电压低于2.18V；

    2）放电深度超过20％；

    3）闲置不用的时间超过3个月；

    4）全浮充时间超过3个月。

3    温度补偿

    在一些比较偏僻的通信站点，由于很少配有空调，环境温度变化较大，这对电池内部的化学反应速度有很大的影响。通常，电池静置时要求环境温度为0～40℃，温度太高将会使得电池的自放电加剧。而电池在使用时对环境温度的要求更苛刻，通常要求为20～25℃。在这种条件下，电池性能最佳，寿命最长。低温会使得电池容量降低，充电接收能力下降，充放电循环寿命下降；高温会使得Pb＋2H₂O→PbO₂＋4H＋^＋4e^－反应加剧，导致失水，板栅腐蚀增加。因此，通信电源监控设备上应有“电池过温告警”的设置，一旦电池温度过高，系统就会发出告警。当电池不是工作在电池厂家推荐的最佳温度下时，电池的充电电压应进行调整。温度越高，充电电压越低，称为“温度补偿”。组合电源的监控设备通过“温度补偿系数”这项参数来对充电电压进行调整，电压调整值为

    ΔV=－温度补偿系数(mV/℃)×（电池温度－基准温度）×N（1）

式中：基准温度通常是20℃或者25℃；

      N为电池组内电池节数，通常为24或12。

    由于各种电池采用的工艺和材料不同，实际应用中的温度补偿系数应根据电池厂家给出的数据进行调整。

    通信电源的温度补偿功能就是要将温度对电池的影响减至最小，但绝不是说有了对充电电压的温度补偿，电池就可以在任意环境温度下使用。要知道，温度低时，由于浮充电压增大，同样会引起浮充电流增大，板栅腐蚀加速等一系列的问题；而温度高时，浮充电压减小，也会形成电池充电不足等一系列问题。

4    在使用和维护过程中应注意的一些事项

4.1    使用环境

    蓄电池应安装在远离热源和易产生火花的地方，最好在清洁的环境中使用，电池室应通风良好，无太阳照射，温度保持在20～25℃。

4.2    电源的参数设置

    一些参数如浮充电压、均充电流、均充频率和时间、转均充判据、温度补偿系数、直流过压告警、欠压告警、充电限流值等要跟各蓄电池厂家沟通后确定。

4.3    容量配置

    一些电源所配置电池的容量偏小，致使交流停电时电池大电流放电，影响电池使用寿命。通常电池配置容量应在8～10小时率。

4.4    日常维护

    也许是受到了一些电池厂家以前对阀控式蓄电池冠以“免维护”名称的影响，个别维护人员便错误地认为阀控式电池无须维护，从而对其不闻不问。其实,蓄电池的变化是一个渐进的过程，为保证电池的良好状态，作好运行记录是相当重要的。每月应检查的项目如下：单体和电池组浮充电压；电池的外壳有无变形、膨胀、渗液；极柱、安全阀周围是否有渗液和酸雾溢出；连接条是否拧紧。

4.5    放电试验

    对于交流供电正常的交换局内的通信电源所配置的蓄电池，应周期性地进行核对性的放电试验。对于开关电源所配置的2V电池，建议每年做一次，放出额定容量的30％～40％；对于UPS所配置的12V电池，建议每季度或半年做一次，放出额定容量的30％～40％；记录电池单体电压和电池组总电压，及时更换故障电池。

4.6    容量测试

    对于2V电池，每三年应进行一次容量测试放电，放出额定容量的80％；对于12V电池应每年进行一次容量测试放电，放出额定容量的80％。详细记录放电过程中各单体电压和电池组总电压，进行分析，及时更换容量较差的单体电池。

4.7    放电前的准备工作

    放电前，先检查整组电池是否拧紧，再根据放电倍率来确定放电记录的时间间隔。在对一组电池放电前，应先保证另一组电池充好电。放电过程中要密切注意比较落后的电池，以防止某个单体电池的过放电。并将此次记录与前次记录进行比较，对整组电池的运行状态做到心中有数。