提高通信用V R L A蓄電池運行可靠性的策略分析

朱永平，周 三

（湖南郵電職業(yè)技術學院，湖南長沙 410015）

1 概述

閥控式密封鉛酸蓄電池（Valve Regulated Lead Acid Battery,VRLA） ,又稱為“免維護蓄電池”，由于早期人們對它認識不足，在日常維護工作中放松了對電池的管理，從而導致部分蓄電池質量下降較快，使用不久后不少電池的容量達不到通信電源維護規(guī)程的要求。例如，某通信公司的一套UPS系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)在運行不到兩年的某一天，因市電中斷，在斷電后，由于該系統(tǒng)6組后備電池完全不能給系統(tǒng)供電，幾秒鐘電壓就降到很低，導致系統(tǒng)癱瘓。給該公司帶來不小的損失。

因此，如何正確使用閥控電池，提高通信電源的運行可靠性，是電源專業(yè)非常重要的問題。下面，就影響通信用VRLA蓄電池性能的幾個主要因素以及在日常工作中需要做好的工作來進行具體分析，以提高其運行的可靠性。

2 影響蓄電池性能的幾個主要因素

2.1 生產(chǎn)工藝和質量的影響

VRLA蓄電池的使用壽命與生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質量有密切關系。由于廠家的各種原因，可能導致電池生產(chǎn)質量的先天不足。閥控式密封鉛酸蓄電池是密封電池，其內在質量無法用肉眼觀察，也無法用普通的萬用表來檢測，短時間使用也不能真正體現(xiàn)其實質。這樣，以次充好的閥控式密封鉛酸蓄電池很容易進入通信網(wǎng)。但是，可以從各廠家的蓄電池在投入使用時的驗收測試數(shù)據(jù)進行認真的比較，就不難發(fā)現(xiàn)差異。因此，各運營商在選擇蓄電池時，必須認真進行綜合評測，以保證蓄電池的質量，把好入門第一關。

2.2 蓄電池對充電設備的技術要求

蓄電池對充電設備（目前通常采用的是高頻開關整流器）的技術參數(shù)要求非常高。

1)穩(wěn)壓精度。穩(wěn)壓精度是指在輸入交流電壓或輸出負載電流這兩個擾動因素變化時，其充電設備在浮充或均充電壓范圍內輸出電壓偏差的百分數(shù)。例如：48v電源一般由24只VRLA蓄電池串接組成，那么充電整流器的浮充電壓應在2.25Vx24=54v（電池的浮充電壓以2.25v/只為例，忽略配電壓降）。如果充電整流器的穩(wěn)壓精度為±1%。其浮充電壓就要變化±540mv，每只VRLA蓄電池的浮充端電壓將會偏差±22.5mv。如果充電整流器的穩(wěn)壓精度差，將會導致蓄電池的過充或欠充，故穩(wěn)壓精度應優(yōu)于1%。

2)自動均充功能。VRLA蓄電池需要定期進行均充電，所謂均充電就是在原有浮充的狀態(tài)下提高充電器的工作電壓，使每只VRLA蓄電池的端電壓達到2.3v-2.35v。VRLA蓄電池進行均充的目的就是為了確保電池容量被充足，防止VRLA蓄電池的極板鈍化，預防落后電池的產(chǎn)生，使極板較深部位的有效活性物質得到充分還原。

3)溫度自動補償功能。目前對VRLA蓄電池的運行方式基本上實行低壓、恒壓、全浮充方式。為了能控制蓄電池浮充電流值，要求充電設備在溫度變化時能夠自動調整浮充電壓，也就是應具有輸出電壓的溫度自動補償功能。溫度補償?shù)碾妷褐低ǔ闇囟让可呋蚪档?℃，其浮充電壓就相應降低或升高（3-4） mv/只。

4)限流功能。電池的充電限流是根據(jù)電池容量來設定的，一般為O.15C10(A)左右，最大應控制在0.2C10(A)。

5)智能化管理功能。VRLA蓄電池是貧液式的密封鉛酸電池，其對浮充電壓、均充電壓、均充電流和溫度補償電壓都有嚴格控制。因而對蓄電池使用環(huán)境的變化，均充的開啟和停止、均充的時間、均充周期等智能化管理就顯得非常必要。通常最關心的問題是蓄電池在充電時的容量飽和度，以及電池的剩余容量和其使用壽命的檢測判定。對充電飽和度的控制一般以將電池容量充足而又不過充電為準則。VRLA蓄電池充電飽和度的控制方法通常有：充電終止電流變化率控制法；電壓-時間控制法；安時控制法等。

2.3 蓄電池對負載容量的選擇

閥控式鉛酸蓄電池的額定容量是10小時率放電容量。電池放電電流過大，則達不到額定容量。因此，應根據(jù)設備負載，電壓大小等因素來選擇合適容量電池。蓄電池總容量應按YD5040-97《通信電源設備安裝設計規(guī)范》中的規(guī)定配置，可以按下

式進行簡單估算：式中：

Q─蓄電池容量（Ah）；K─安全系數(shù)，取1.25；I─負荷電流（A）；

T─放電小時數(shù)（h）；η─放電容量系數(shù)；T─實際電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值。所在地有采暖設備時，按15℃考慮，無采暖設備時，按5℃考慮；

α─電池溫度系數(shù)（1/℃），當放電小時率≥10時，取α=0.006；當10>放電小時率≥1時，取α=0.008；當放電小時率<1時，取α=0.01。

2.4 運行環(huán)境對蓄電池使用壽命的影響

1）溫度的影響

環(huán)境溫度是影響電池壽命的一個非常重要的因素。電解液在溫度較高時，其離子運動速度增加，擴散能力加強，電解液內阻減小，放電時電流通過電池內部，壓降損耗減小，所以電池容量增大；當電解液溫度下降時，則容量降低。但環(huán)境溫度不能過高，若在環(huán)境溫度超過40℃條件下放電，則電池容量明顯減小。因為正極活性物質結構遭到破壞，若放電轉變?yōu)镻bSO4，其顆粒間就形成了電氣絕緣，所以電池容量反而減小。

2）過放電、過充電的影響

所謂過放電就是指VRLA蓄電池在放電終了時還繼續(xù)進行放電。過放電使正負極板上生成的PbSO4結晶顆粒變粗，從而使電化學極化增大，導致極化電阻的增大。同時電解液密度隨著過放電的深入而迅速減小，導致蓄電池歐姆內阻急劇增大，導致電池端電壓急劇下降。另一方面過放電所生成的PbSO4結晶顆粒的變粗，會使極板膨脹，甚至變形。而這種粗顆粒的PbSO4結晶在充電時不能完全還原成有效的活性物質，PbO2（正極）和絨狀Pb（負極）尤其是負極板中的活性物質將會發(fā)生硫酸鹽化，導致電池容量降低。此外，過放電容易造成電池反極。

所謂過充電就是電池被完全充電后，即正負極板中的有效活性物質已經(jīng)被完全還原，而仍繼續(xù)充電，就是過充電。蓄電池的充電接近完全充電時的電化反應主要是水的電解，這時電解水所產(chǎn)生氧氣的速度大于氧氣通過負極進行氧復合成水的速度，使VRLA蓄電池內氣體壓力加大，導致密封閥門打開，從而使電解液密度增加，正極板柵腐蝕加劇，同時由于過充電所產(chǎn)生的氣體對極板活性物質的沖擊，造成有效物質的脫落，使極板容量減小。

此外，VRLA蓄電池內部由于無流動的電解液，加之采用緊密裝配，充電反應中產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)，使蓄電池的溫度很快升高，甚至會造成熱失控。熱失控將會使端電壓急劇降低，危及安全供電，同時使電池迅速失水，使隔膜內電解液很快干涸，最終使電池失效。

3）浮充電壓設置偏低、偏高的影響

浮充電壓設置偏低，會影響電池容量飽和度。浮充電壓偏低，欠充，導致電池容量的下降。時間長了就會造成電池的正負極板上的有效活性減少，導致電池虧損，如果不及時糾正，將會使正極板上的有效活性物質鈍化，負極板上的有效活性物質硫酸鹽化，造成電池容量迅速下降。

浮充電壓設置過高會加劇正極板柵的腐蝕，過高的浮充電壓不僅使蓄電池內盈余氣體增多，影響氧再化合效率，而板柵腐蝕速度與浮充電壓高低成正比，過高的浮充電壓會使板柵腐蝕加劇，從而會使電池提前損壞。

3 蓄電池的日常維護與測量

日常維護是否落實到位是保障蓄電池質量的關鍵因素。蓄電池的維護在日常維護工作中占非常大的比重。任何一塊蓄電池的異常狀況都會影響到整個蓄電池組的整體質量。對蓄電池的日常監(jiān)測，性能測試，定期充放電、容量測試都必須到位。

3.1 電池組端電壓的均勻性及離散度的定期檢測

蓄電池的端電壓在出廠或初裝時一般都相差無幾，但經(jīng)過一段時間的運行，電池極柱與極板間焊接工藝上的缺陷，導致極柱與極板間的接觸內阻逐漸增大，或者由于電池安裝時某極柱間連接條上的螺栓沒有擰緊，造成該連接條接觸電阻增大，使能量消耗增加，時間一長，電池的端電壓均勻性就會變差。

蓄電池各單體間的最大值與最小值的端壓差，稱為端電壓極差，它是衡量電池均勻性的一個重要技術指標。測量蓄電池的端電壓極差需用4位半數(shù)字萬用表的電壓檔在其正負極柱的根部測得。一般端電壓極差在浮充或均充或放電狀態(tài)下應＜100mv；在靜止（開路） 狀態(tài)下應＜20mv。

蓄電池各單體端電壓與整組電池平均端電壓的偏差值，稱為端電壓標準偏差。它是衡量電池各單體電壓均勻性的一個重要技術指標。每只電池的端電壓與平均值的標準偏差應在士50mv以內，其測量方法與上面相同。

蓄電池的端電壓極差與該組電池平均端電壓之比的百分數(shù)，就是該組電池的端電壓離散度。端電壓離散度能夠直接反映該組電池端電壓均勻性的平衡度，因此它是檢驗蓄電池組端電壓均勻性的重要指標。電池端電壓離散度愈小，說明該電池組的端電壓均勻性就愈好。一般電池端電壓離散度應在4.5%以內。

3.2 電池組對浮充電壓的要求

當蓄電池在全浮充工作方式下，其充放電循環(huán)次數(shù)少，而自放電和深放電后的容量又能及時得到補足，所以其活性物質利用率高，使用壽命長。浮充電壓選擇依據(jù)：

1）充電電流能補足電池本身自放電損失的容量。2）充電電流足以維持電池內氧循環(huán)。

3）當蓄電池單獨向負載放電后，能夠依靠浮充而達到容量飽和度。

4）在滿足上述三條的前提下，浮充電壓取值宜低不宜高，以延長電池的使用壽命。

3.3 電池組的極柱溫升與壓降的定期測量

對于VRLA蓄電池連接條接觸處的可靠程度直接影響到整組電池的充放電效果，而電池組中連接條接觸好壞的檢測，通常通過測量電池連接兩極柱間的電壓降的方法來判斷。測量方法如下：

1）把整流器或開關電源的輸出電壓調到輸出下限值，使電池組單獨向負載放電；

2）用4位半數(shù)字萬用表在每根電池連接條的極柱根部測量連接壓降，測量時必須把兩根表棒分別緊貼在連接條的兩個極柱的根部處，并一一記錄每根連接條的極柱壓降，測量結束后把整流器或開關電源的輸出電壓，恢復到正常值；

3）把每個實測到的連接壓降值必須換算為該電池組額定容量1h率放電電流值下的標準極柱連接壓降；

4）換算成標準極柱連接壓降＜10mv為合格。除了測極柱間的電壓降外，還有一種檢測手段就是測量極柱連接條螺栓處的溫升。值得提出的是，用紅外測溫儀測量溫升，測量的電池組必須有一定的充放電電流，一般在均充狀態(tài)下或者在放電狀態(tài)下進行。

這兩種方法在日常維護中是經(jīng)常要用到的。

3.4 電池組容量的測試

蓄電池容量就是指電池在一定放電條件下的荷電量。蓄電池作為后備電源，它是保障供電系統(tǒng)永不間斷的生命線，一旦由蓄電池單獨供電時，不僅要保證供電的可靠性，而且還要保證供電的時效性。但VRLA蓄電池不像普通鉛酸電池那樣可通過觀察電池內正、負極板的情況，測其電解液密度。由于VRLA蓄電池密封結構所限，除能測量端電壓外，要想了解電池的實際荷電量，必須通過容量檢測才能達到。

蓄電池容量檢測方式主要有離線式和在線式兩種。離線式－般適用于新安裝，還未正式投入運行的蓄電池，可以用恒流（一般采用10h率）假負載或者根據(jù)實際負荷電流進行放電試驗，這樣得到的放電曲線和測得的電池容量都比較準確，可以作為原始檔案，以便以后進行容量檢測時的比照。而在實際投入運行的VRLA蓄電池，為了確保供電的可靠性，一般都采用在線式測試。在線式蓄電池容量檢測有3種方法：全放電法、核對性容量試驗法和單個電池的活化測試法。要求維護人員必須掌握測量方法。限于篇幅，具體步驟不再詳述。

4 小結

除了上述提到的幾個方面外，加強維護制度的管理，提高維護人員技術素質也是非常必要的。從歷年的通信電源事故來看，由蓄電池原因造成的占較大比重，維護人員責任心不強、技術素質較低，不能及時發(fā)現(xiàn)故障隱患也是主要因素之一。因此，加強對維護人員的業(yè)務知識的學習，全面提高維護人員的業(yè)務水平，在實際工作中要嚴格遵守各項運行維護制度，加強對蓄電池的觀察，及時發(fā)現(xiàn)問題，把故障消滅在萌芽狀態(tài)，是提高電池運行可靠性的又一重要因素。

[1]張雷霆.通信電源(第2版)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]朱品才,張華,薛觀東.閥控式密封鉛酸蓄電池的運行與維護[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[3]徐曼珍.新型蓄電池原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[4]秦鳴峰.蓄電池的使用與維護[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.