通信基站電池的在線維護(hù)與修復(fù)

宋清山 ，牛 鑫，王 賓，劉冰洋，段萬普

（1.駐新鄉(xiāng)地區(qū)軍事代表室，河南 新鄉(xiāng) 453600；2.鄭州現(xiàn)代電動車研究設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000）

1 概述

由于通信行業(yè)的特殊要求，必須時(shí)刻保持暢通。為了保障基站的安全運(yùn)行，一般都安裝大容量電池作為后備電源，通常采用閥控式鉛酸電池。雖然隨著化工技術(shù)的發(fā)展，鉛酸電池的研發(fā)制造技術(shù)在突飛猛進(jìn)，基站電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)也有較大的提升，特別是維護(hù)的工作量和維護(hù)頻率大大降低，但相同類型的電池，在不同的設(shè)備、不同的使用和維護(hù)條件下使用壽命相差很大。適宜的工作環(huán)境，嚴(yán)格的維護(hù)程序，良好的維護(hù)工作，不僅能夠大大延長電池的壽命，而且能夠保證供電系統(tǒng)的正常工作，提高基站的運(yùn)行質(zhì)量，確保通信時(shí)時(shí)暢通，樹立通信企業(yè)的良好信譽(yù)。

2 基站電池的現(xiàn)狀和維護(hù)

根據(jù)某省通信公司基站專項(xiàng)維修保養(yǎng)計(jì)劃和有關(guān)要求，我們對該公司電池系統(tǒng)故障較多的某市分公司進(jìn)行了電池普查和檢測。該分公司共有 44 個基站，由于條件和環(huán)境的制約，本次只進(jìn)行了 31個基站的檢測，占該公司基站的 70.45%。下面就根據(jù)該通信公司的基站電池普查、檢測和維護(hù)情況來討論通信基站電池的現(xiàn)狀、維護(hù)方法。以供通信公司決策者、基站管理者、電池工作者參考。

2.1 基站電池普查測量方法

根據(jù)基站供電要求，在市電斷電的情況下，電池組需要保障供電 4 h，這就要求單只電池的負(fù)荷端電壓在 1.65 V 以上，因此，模擬實(shí)際工作條件，在電池的兩極加載 200 A 負(fù)載，通過儀器在 3 s 末自動記錄電池的端電壓，1.65 V 以上為合格。

2.2 基站電池的普查情況

根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，歸納整理后基站電池的情況如下，在檢測 31 個基站之中，供電系統(tǒng)正常的17 個，占檢測普查基站的 54.84%。電池保有容量低、電池失效、電池缺失的 9 個，占檢測普查基站的 29.03%?？刂圃O(shè)備不正常的 5 個，占檢測普查基站的 16.13%。電源系統(tǒng)不能正常工作的基站接近半數(shù)，這對正常的通信構(gòu)成了很大的潛在威脅，當(dāng)市電檢修、出現(xiàn)故障停電時(shí)，極有可能造成大面積通信中斷。各個基站供電系統(tǒng)的具體情況見表1。

表1 基站電池故障情況統(tǒng)計(jì)表

3 基站電池的故障模式、原因分析

根據(jù)目前基站大量使用閥控式鉛酸電池的現(xiàn)狀，以及基站電池的工作環(huán)境分析，基站電池失效主要有以下幾種模式。

3.1 電池的正極板軟化和板柵氧化腐蝕

像××倍特基站有 14 只電池容量低下的情況，除非是正常的使用時(shí)間長，電池壽命終止外，電池的故障原因是因?yàn)槌潆娍刂圃O(shè)備沒有根據(jù)電池的實(shí)際容量變化和天氣溫度的變化情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，造成電池的正極板軟化和板柵氧化腐蝕。

基站后備電源的工作模式是淺充放，這正是閥控式電池的工作特點(diǎn)，因此，新電池能夠很好地完成任務(wù)。但是隨著使用時(shí)間的延長，電池的實(shí)際容量將會降低，同樣的放電時(shí)間，意味著放電深度的增加，這樣就會有較多的活性物質(zhì)參與化學(xué)反應(yīng)，使活性物質(zhì)硬度下降，這樣電池極板就失去了支撐，活性物質(zhì)就會脫落，脫落的活性物質(zhì)還會堵塞極板的微孔，導(dǎo)致參與反應(yīng)的活性物質(zhì)量和極板真實(shí)表面積同時(shí)下降，造成電池有效容量的下降，形成惡性循環(huán)的趨勢，最終造成極板軟化。

由于通信基站的浮充電壓隨環(huán)境溫度的變化調(diào)整不及時(shí)，就會形成過充電狀態(tài)。電池正極板柵中的部分鉛在充電過程中會被氧化為氧化鉛，而過充電會嚴(yán)重加速這一過程，且是不可逆的，最終就會形成正極板板柵氧化腐蝕，體積增大變形，使活性物質(zhì)與板柵脫離，導(dǎo)致正極板失效。一般，溫度較高的地區(qū)正極板柵腐蝕相對嚴(yán)重，而在溫度較低的環(huán)境中使用的電池，正極板柵腐蝕相對較輕。

3.2 電池的負(fù)極板硫酸鹽化

像××裝飾城基站，兩組電池的保險(xiǎn)裝置均處于斷裂狀態(tài)，形成嚴(yán)重的硫酸鹽化。電池使用后，如果不及時(shí)進(jìn)行充電或充電電流過小，活性物質(zhì)就會聚積形成粗大的硫酸鉛結(jié)晶，采用普通的充電方法無法將其轉(zhuǎn)化為正常的活性物質(zhì)，稱為硫酸鹽化。電池硫酸鹽化的形成原因很多，主要是充電電流過小，充電時(shí)間較長；溫度的季節(jié)和晝夜變化；電池失水，電解液濃度增大；不同電池材料等因素。很多基站電池的硫酸鹽化是無法避免的，特別是在電池組內(nèi)發(fā)生單體電池容量差別較大的情況下，落后的電池處于欠充電狀態(tài)，該電池的硫酸鹽化程度會更大。像××工業(yè)總公司基站、××倉庫基站、××科教儀廠基站的充電控制器損壞，但電池狀態(tài)較好的情況很少見，可能是損壞時(shí)間較短，還沒有對電池造成大損傷，硫酸鹽化較輕，經(jīng)過充放電循環(huán)完全能夠恢復(fù)。像××小區(qū)基站，浮充電壓低 1 V，電池容量少 30%這種情況如果不能及時(shí)調(diào)整，就會造成電池的硫酸鹽化。像××農(nóng)村站 1基站，雖然浮充電壓略低，但如果不能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，隨著時(shí)間的延長，也會造成電池的硫酸鹽化。

3.3 電池的失水

像××工業(yè)總公司基站、××倉庫基站、××科教儀廠基站的充電控制器損壞，無法正常充電的情況，如果是充電電流和電壓無法很好地控制，導(dǎo)致充電電流和電壓增大和升高，當(dāng)單體電池充電達(dá)到 2.35 V（25 ℃）以后，就進(jìn)入大量析氧狀態(tài)，如果充電電流比較大，氣體會頂開排氣閥釋放氣體而形成失水。電池溫升后，析氣電壓會下降，會導(dǎo)致電池更容易析氣失水。

3.4 電池的不均衡

像××中心基站、××化工廠基站有一個電池保有容量低下的情況，就是隨著使用時(shí)間的延長，電池的不均衡造成的。新電池的容量、開路電壓和內(nèi)阻都進(jìn)行了嚴(yán)格的配組，新電池離散性比較小。隨著電池在各種環(huán)境條件下使用，電池在制造工藝中存在的微小差距會被擴(kuò)大，產(chǎn)生各種不均衡，導(dǎo)致各個電池之間容量相對差別增大，最終導(dǎo)致個別電池容量消耗殆盡，無法工作。

4 基站電池的維護(hù)和保養(yǎng)

在對 31 個基站的電池進(jìn)行了檢測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納，并對形成的原因進(jìn)行了分析。由于條件制約，未能對所有的基站進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，對其中的 3 個基站電池系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的維護(hù)、保養(yǎng)操作，具體程序和步驟如下。

4.1 備份電池的篩選、檢測和處理

首先選擇、制作備份電池。在庫存的 500 多只廢品電池中，抽取 385 只電池進(jìn)行檢測，初步檢測選出 210 只電池具備維護(hù)后繼續(xù)使用的條件，從上述 210 只電池中抽取了 48 只電池，進(jìn)行放電、充電、除硫化后制作備份電池，在 200 A 負(fù)載條件下，3 s 末電池的端電壓的鎖定值在 1.82～1.96 V 之間，能夠滿足直接供電的能力；備品電池的自放電決定著備品電池的可靠性，檢測考核這項(xiàng)指標(biāo)需要較長的時(shí)間，可在 3 個月一次的巡檢中檢測并處理。

4.2 基站電池的維護(hù)和保養(yǎng)程序

在選出備份電池后，對基站電池維護(hù)和保養(yǎng)。

a）對運(yùn)行中的基站電池進(jìn)行規(guī)格、型號登記，運(yùn)用儀器設(shè)備對電池進(jìn)行在線檢測，找出不能正常供電和完全失效的電池單體。此項(xiàng)工作實(shí)際上是對電池的在線容量檢測維護(hù)的一項(xiàng)內(nèi)容，本次已經(jīng)提前進(jìn)行了檢測。

b）按照規(guī)格、型號匹配的原則，將維護(hù)后的備品電池安裝上線，替換檢測中發(fā)現(xiàn)的工作不正常的電池，使供電能力達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)。

c）給基站其他電池按工藝要求補(bǔ)加水分，改善電池的化學(xué)反應(yīng)條件。

d）根據(jù)環(huán)境條件，調(diào)整校準(zhǔn)電池的浮充電壓達(dá)到符合規(guī)定值。

4.3 試驗(yàn)過程及結(jié)果

對 31 個基站的電池，進(jìn)行保有容量、容量均衡性等指標(biāo)的檢測，需要補(bǔ)充、更換的電池有 63只，由于電池和備品在規(guī)格、型號上存在差異，不能全部互換通用。將制作的備品電池在能夠適用的基站安裝試用，分別更換了失效單節(jié)。使基站電池的供電能力得到有效提高，具體結(jié)果見表2。

5 專項(xiàng)維修的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

要正確認(rèn)識“免維護(hù)”電池，很多基站的管理者認(rèn)為 “免維護(hù)”電池，就是不維護(hù)。事實(shí)上，“免維護(hù)”是早期的通俗叫法，主要是指不需要測量電解液的密度，無需添加水分。現(xiàn)在科學(xué)規(guī)范的名稱是“閥控式鉛酸蓄電池”?；镜沫h(huán)境條件是復(fù)雜多變的，浮充電壓調(diào)整、溫度的調(diào)節(jié)等因素不能完全滿足電池的科學(xué)使用狀態(tài)，在使用中，不同的時(shí)間段、不同的環(huán)境都會有不同程度的欠充、過充的現(xiàn)象，因此，都會存在不同程度的硫酸鹽化、失水、不均衡等現(xiàn)象，電池在實(shí)際使用狀態(tài)下，應(yīng)定期進(jìn)行檢查維護(hù)。

環(huán)境溫度較高的使用環(huán)境，會造成電池失水，干涸失效成為電池報(bào)廢的主要原因之一[1]?，F(xiàn)在大部分閥控式鉛酸電池的控制閥是密封固定的，用正常方法無法打開，無法補(bǔ)加水分，只能由生產(chǎn)廠家的專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)補(bǔ)水，以延長電池的使用壽命。現(xiàn)在有部分特殊行業(yè)定制電池，控制閥采用螺紋結(jié)構(gòu)，使用者能夠在專業(yè)人員指導(dǎo)下定期定量補(bǔ)加水分，在環(huán)境溫度高、濕度低的使用環(huán)境可以采購此類電池。

表2 基站電池維護(hù)后的數(shù)據(jù)表

部分基站電池持續(xù)放電能力測試檢查不規(guī)范，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池及控制設(shè)備的故障，導(dǎo)致關(guān)鍵時(shí)候無法供電。應(yīng)定期模擬市電停電，用備用電源供電，檢查和試驗(yàn)備用電源的供電能力，同時(shí)能夠起到活化維護(hù)電池的作用。

6 幾點(diǎn)工作建議

（1）建立電池檔案，對在線電池和報(bào)廢電池進(jìn)行普查統(tǒng)計(jì)，對在線蓄電池的規(guī)格、型號和使用年限進(jìn)行登記，準(zhǔn)確掌握電池狀況，科學(xué)、合理配備電池。

（2）對電池管理要貫穿于電池采購、安裝、維護(hù)直到報(bào)廢各個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都制定具體要求，實(shí)行全面管理。電池在線維護(hù)越早效果就越好，如果電池一直處于“免維護(hù)”狀態(tài)，使用 3 a以上的電池，內(nèi)部失水損壞就比較嚴(yán)重，維護(hù)的效果可能會不穩(wěn)定[2]。對使用 2 a 左右的電池，由于失水損壞相對比較輕，效果會較好。如果從新電池時(shí)就開始進(jìn)行不間斷的維護(hù)運(yùn)行，就會避免這樣的情況發(fā)生。

（3）不同基站的電池互相配組使用能夠節(jié)省成本保護(hù)環(huán)境，采用其他基站報(bào)廢的電池制作的備品電池很多能夠達(dá)到在線電池的安全使用標(biāo)準(zhǔn)，可以大大降低新電池的采購數(shù)量、節(jié)省大量成本，同時(shí)能夠大大降低報(bào)廢電池的數(shù)量、減少環(huán)境污染、降低處置成本[2]。

（4）完善自動化檢測設(shè)施，采用自動化技術(shù)，加強(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（5）加強(qiáng)電池使用環(huán)境的建設(shè)，環(huán)境對電池的壽命至關(guān)重要，除了配備相應(yīng)的空調(diào)設(shè)備以外，應(yīng)該增加和完善機(jī)房溫度的控制措施，檢測浮充電壓與環(huán)境溫度的關(guān)系，具備根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整電池浮充電壓的功能。同時(shí)，加強(qiáng)基站外圍的環(huán)境建設(shè)，基站周圍的環(huán)境對電源系統(tǒng)的運(yùn)行也有很大的影響，比如，在基站建筑附近種植藤蔓植物就能夠大大降低機(jī)房的溫度，濕度也會明顯提高[1]。

[1] 宋清山.閥控式鉛酸蓄電池在微波通信站的應(yīng)用及故障原因分析[J].蓄電池, 2000 (4): 7-9.

[2] 段萬普, 等.蓄電池使用技術(shù)[M].2 版.昆明: 云南科技出版社, 2008.