提高通信用V R L A蓄电池运行可靠性的策略分析

朱永平，周 三

（湖南邮电职业技术学院，湖南长沙 410015）

1 概述

阀控式密封铅酸蓄电池（Valve Regulated Lead Acid Battery,VRLA） ,又称为“免维护蓄电池”，由于早期人们对它认识不足，在日常维护工作中放松了对电池的管理，从而导致部分蓄电池质量下降较快，使用不久后不少电池的容量达不到通信电源维护规程的要求。例如，某通信公司的一套UPS系统，该供电系统在运行不到两年的某一天，因市电中断，在断电后，由于该系统6组后备电池完全不能给系统供电，几秒钟电压就降到很低，导致系统瘫痪。给该公司带来不小的损失。

因此，如何正确使用阀控电池，提高通信电源的运行可靠性，是电源专业非常重要的问题。下面，就影响通信用VRLA蓄电池性能的几个主要因素以及在日常工作中需要做好的工作来进行具体分析，以提高其运行的可靠性。

2 影响蓄电池性能的几个主要因素

2.1 生产工艺和质量的影响

VRLA蓄电池的使用寿命与生产工艺和产品质量有密切关系。由于厂家的各种原因，可能导致电池生产质量的先天不足。阀控式密封铅酸蓄电池是密封电池，其内在质量无法用肉眼观察，也无法用普通的万用表来检测，短时间使用也不能真正体现其实质。这样，以次充好的阀控式密封铅酸蓄电池很容易进入通信网。但是，可以从各厂家的蓄电池在投入使用时的验收测试数据进行认真的比较，就不难发现差异。因此，各运营商在选择蓄电池时，必须认真进行综合评测，以保证蓄电池的质量，把好入门第一关。

2.2 蓄电池对充电设备的技术要求

蓄电池对充电设备（目前通常采用的是高频开关整流器）的技术参数要求非常高。

1)稳压精度。稳压精度是指在输入交流电压或输出负载电流这两个扰动因素变化时，其充电设备在浮充或均充电压范围内输出电压偏差的百分数。例如：48v电源一般由24只VRLA蓄电池串接组成，那么充电整流器的浮充电压应在2.25Vx24=54v（电池的浮充电压以2.25v/只为例，忽略配电压降）。如果充电整流器的稳压精度为±1%。其浮充电压就要变化±540mv，每只VRLA蓄电池的浮充端电压将会偏差±22.5mv。如果充电整流器的稳压精度差，将会导致蓄电池的过充或欠充，故稳压精度应优于1%。

2)自动均充功能。VRLA蓄电池需要定期进行均充电，所谓均充电就是在原有浮充的状态下提高充电器的工作电压，使每只VRLA蓄电池的端电压达到2.3v-2.35v。VRLA蓄电池进行均充的目的就是为了确保电池容量被充足，防止VRLA蓄电池的极板钝化，预防落后电池的产生，使极板较深部位的有效活性物质得到充分还原。

3)温度自动补偿功能。目前对VRLA蓄电池的运行方式基本上实行低压、恒压、全浮充方式。为了能控制蓄电池浮充电流值，要求充电设备在温度变化时能够自动调整浮充电压，也就是应具有输出电压的温度自动补偿功能。温度补偿的电压值通常为温度每升高或降低1℃，其浮充电压就相应降低或升高（3-4） mv/只。

4)限流功能。电池的充电限流是根据电池容量来设定的，一般为O.15C10(A)左右，最大应控制在0.2C10(A)。

5)智能化管理功能。VRLA蓄电池是贫液式的密封铅酸电池，其对浮充电压、均充电压、均充电流和温度补偿电压都有严格控制。因而对蓄电池使用环境的变化，均充的开启和停止、均充的时间、均充周期等智能化管理就显得非常必要。通常最关心的问题是蓄电池在充电时的容量饱和度，以及电池的剩余容量和其使用寿命的检测判定。对充电饱和度的控制一般以将电池容量充足而又不过充电为准则。VRLA蓄电池充电饱和度的控制方法通常有：充电终止电流变化率控制法；电压-时间控制法；安时控制法等。

2.3 蓄电池对负载容量的选择

阀控式铅酸蓄电池的额定容量是10小时率放电容量。电池放电电流过大，则达不到额定容量。因此，应根据设备负载，电压大小等因素来选择合适容量电池。蓄电池总容量应按YD5040-97《通信电源设备安装设计规范》中的规定配置，可以按下

式进行简单估算：式中：

Q─蓄电池容量（Ah）；K─安全系数，取1.25；I─负荷电流（A）；

T─放电小时数（h）；η─放电容量系数；T─实际电池所在地最低环境温度数值。所在地有采暖设备时，按15℃考虑，无采暖设备时，按5℃考虑；

α─电池温度系数（1/℃），当放电小时率≥10时，取α=0.006；当10>放电小时率≥1时，取α=0.008；当放电小时率<1时，取α=0.01。

2.4 运行环境对蓄电池使用寿命的影响

1）温度的影响

环境温度是影响电池寿命的一个非常重要的因素。电解液在温度较高时，其离子运动速度增加，扩散能力加强，电解液内阻减小，放电时电流通过电池内部，压降损耗减小，所以电池容量增大；当电解液温度下降时，则容量降低。但环境温度不能过高，若在环境温度超过40℃条件下放电，则电池容量明显减小。因为正极活性物质结构遭到破坏，若放电转变为PbSO4，其颗粒间就形成了电气绝缘，所以电池容量反而减小。

2）过放电、过充电的影响

所谓过放电就是指VRLA蓄电池在放电终了时还继续进行放电。过放电使正负极板上生成的PbSO4结晶颗粒变粗，从而使电化学极化增大，导致极化电阻的增大。同时电解液密度随着过放电的深入而迅速减小，导致蓄电池欧姆内阻急剧增大，导致电池端电压急剧下降。另一方面过放电所生成的PbSO4结晶颗粒的变粗，会使极板膨胀，甚至变形。而这种粗颗粒的PbSO4结晶在充电时不能完全还原成有效的活性物质，PbO2（正极）和绒状Pb（负极）尤其是负极板中的活性物质将会发生硫酸盐化，导致电池容量降低。此外，过放电容易造成电池反极。

所谓过充电就是电池被完全充电后，即正负极板中的有效活性物质已经被完全还原，而仍继续充电，就是过充电。蓄电池的充电接近完全充电时的电化反应主要是水的电解，这时电解水所产生氧气的速度大于氧气通过负极进行氧复合成水的速度，使VRLA蓄电池内气体压力加大，导致密封阀门打开，从而使电解液密度增加，正极板栅腐蚀加剧，同时由于过充电所产生的气体对极板活性物质的冲击，造成有效物质的脱落，使极板容量减小。

此外，VRLA蓄电池内部由于无流动的电解液，加之采用紧密装配，充电反应中产生的热量难以散发，使蓄电池的温度很快升高，甚至会造成热失控。热失控将会使端电压急剧降低，危及安全供电，同时使电池迅速失水，使隔膜内电解液很快干涸，最终使电池失效。

3）浮充电压设置偏低、偏高的影响

浮充电压设置偏低，会影响电池容量饱和度。浮充电压偏低，欠充，导致电池容量的下降。时间长了就会造成电池的正负极板上的有效活性减少，导致电池亏损，如果不及时纠正，将会使正极板上的有效活性物质钝化，负极板上的有效活性物质硫酸盐化，造成电池容量迅速下降。

浮充电压设置过高会加剧正极板栅的腐蚀，过高的浮充电压不仅使蓄电池内盈余气体增多，影响氧再化合效率，而板栅腐蚀速度与浮充电压高低成正比，过高的浮充电压会使板栅腐蚀加剧，从而会使电池提前损坏。

3 蓄电池的日常维护与测量

日常维护是否落实到位是保障蓄电池质量的关键因素。蓄电池的维护在日常维护工作中占非常大的比重。任何一块蓄电池的异常状况都会影响到整个蓄电池组的整体质量。对蓄电池的日常监测，性能测试，定期充放电、容量测试都必须到位。

3.1 电池组端电压的均匀性及离散度的定期检测

蓄电池的端电压在出厂或初装时一般都相差无几，但经过一段时间的运行，电池极柱与极板间焊接工艺上的缺陷，导致极柱与极板间的接触内阻逐渐增大，或者由于电池安装时某极柱间连接条上的螺栓没有拧紧，造成该连接条接触电阻增大，使能量消耗增加，时间一长，电池的端电压均匀性就会变差。

蓄电池各单体间的最大值与最小值的端压差，称为端电压极差，它是衡量电池均匀性的一个重要技术指标。测量蓄电池的端电压极差需用4位半数字万用表的电压档在其正负极柱的根部测得。一般端电压极差在浮充或均充或放电状态下应＜100mv；在静止（开路） 状态下应＜20mv。

蓄电池各单体端电压与整组电池平均端电压的偏差值，称为端电压标准偏差。它是衡量电池各单体电压均匀性的一个重要技术指标。每只电池的端电压与平均值的标准偏差应在士50mv以内，其测量方法与上面相同。

蓄电池的端电压极差与该组电池平均端电压之比的百分数，就是该组电池的端电压离散度。端电压离散度能够直接反映该组电池端电压均匀性的平衡度，因此它是检验蓄电池组端电压均匀性的重要指标。电池端电压离散度愈小，说明该电池组的端电压均匀性就愈好。一般电池端电压离散度应在4.5%以内。

3.2 电池组对浮充电压的要求

当蓄电池在全浮充工作方式下，其充放电循环次数少，而自放电和深放电后的容量又能及时得到补足，所以其活性物质利用率高，使用寿命长。浮充电压选择依据：

1）充电电流能补足电池本身自放电损失的容量。2）充电电流足以维持电池内氧循环。

3）当蓄电池单独向负载放电后，能够依靠浮充而达到容量饱和度。

4）在满足上述三条的前提下，浮充电压取值宜低不宜高，以延长电池的使用寿命。

3.3 电池组的极柱温升与压降的定期测量

对于VRLA蓄电池连接条接触处的可靠程度直接影响到整组电池的充放电效果，而电池组中连接条接触好坏的检测，通常通过测量电池连接两极柱间的电压降的方法来判断。测量方法如下：

1）把整流器或开关电源的输出电压调到输出下限值，使电池组单独向负载放电；

2）用4位半数字万用表在每根电池连接条的极柱根部测量连接压降，测量时必须把两根表棒分别紧贴在连接条的两个极柱的根部处，并一一记录每根连接条的极柱压降，测量结束后把整流器或开关电源的输出电压，恢复到正常值；

3）把每个实测到的连接压降值必须换算为该电池组额定容量1h率放电电流值下的标准极柱连接压降；

4）换算成标准极柱连接压降＜10mv为合格。除了测极柱间的电压降外，还有一种检测手段就是测量极柱连接条螺栓处的温升。值得提出的是，用红外测温仪测量温升，测量的电池组必须有一定的充放电电流，一般在均充状态下或者在放电状态下进行。

这两种方法在日常维护中是经常要用到的。

3.4 电池组容量的测试

蓄电池容量就是指电池在一定放电条件下的荷电量。蓄电池作为后备电源，它是保障供电系统永不间断的生命线，一旦由蓄电池单独供电时，不仅要保证供电的可靠性，而且还要保证供电的时效性。但VRLA蓄电池不像普通铅酸电池那样可通过观察电池内正、负极板的情况，测其电解液密度。由于VRLA蓄电池密封结构所限，除能测量端电压外，要想了解电池的实际荷电量，必须通过容量检测才能达到。

蓄电池容量检测方式主要有离线式和在线式两种。离线式－般适用于新安装，还未正式投入运行的蓄电池，可以用恒流（一般采用10h率）假负载或者根据实际负荷电流进行放电试验，这样得到的放电曲线和测得的电池容量都比较准确，可以作为原始档案，以便以后进行容量检测时的比照。而在实际投入运行的VRLA蓄电池，为了确保供电的可靠性，一般都采用在线式测试。在线式蓄电池容量检测有3种方法：全放电法、核对性容量试验法和单个电池的活化测试法。要求维护人员必须掌握测量方法。限于篇幅，具体步骤不再详述。

4 小结

除了上述提到的几个方面外，加强维护制度的管理，提高维护人员技术素质也是非常必要的。从历年的通信电源事故来看，由蓄电池原因造成的占较大比重，维护人员责任心不强、技术素质较低，不能及时发现故障隐患也是主要因素之一。因此，加强对维护人员的业务知识的学习，全面提高维护人员的业务水平，在实际工作中要严格遵守各项运行维护制度，加强对蓄电池的观察，及时发现问题，把故障消灭在萌芽状态，是提高电池运行可靠性的又一重要因素。

[1]张雷霆.通信电源(第2版)[M].北京：人民邮电出版社，2009.

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[3]徐曼珍.新型蓄电池原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2005.

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