通信设备UPS蓄电池的维护和保养

2018-02-16梁虎

通信电源技术 2018年12期

梁虎

（中国电信股份有限公司六安分公司，安徽六安 237000）

0 引言

现阶段，大多数通信设备UPS电源使用的是密封免维修保养的铅酸电池。UPS蓄电池具有寿命长、高性能、无污染、安全可靠以及免维修的优势。其中，免维修不是绝对不需要维护保养，而是维修工作量较小，不需要添加蒸馏水和调整电解液液面。若想确保UPS的可靠性，必须做好蓄电池的维护保养工作。

1 UPS蓄电池

1.1 蓄电池结构

从图1可以看出，铅酸蓄电池的主要构成部分有正负极板群、电解液以及隔板等。在蓄电池充电后，正极板会变成棕褐色的二氧化铅（PbO2），负极板则会变成海绵状铅（Pb），电解液是硫酸（H2SO4）水溶液。蓄电池的电化反应物是Pb和PbO2，也被称为活性物质。正负极在蓄电池放电后都会反应生成硫酸铅（PbS04）[1]。

图1 蓄电池的剖面

铅硫酸电池的正极板通常会影响其使用寿命。正极板在反应时会存在α-PbO2和β-PbO2两种属于斜方晶系的结晶形态Pb02，晶粒细表面积较大，存在多孔性，主要作用是参与充电放电。在重复充电放电时，一些α-PbO2会慢慢变成β-PbO2，致使电池容量在一定时间内随着充电放电而有所增加[1]。

1.2 UPS蓄电池原理

铅酸蓄电池的负极材料是铅（Pb），正极材料是二氧化铅（PbO2），电解液是硫酸（H2SO4）溶液。在使用直流电源对电池充电时，正极上会发生氧化反应：

随着不断的充电，正极会不断释放电子，电位会逐渐更正；负极则不断累积电子，电位会逐渐更负。蓄电池放电过程和充电过程是完全相反的两个过程，随着不断放电，正极会不断积累电子，电位慢慢降低，负极则不断释放电子，电位慢慢变高。蓄电池在不断放电的过程中，会将化学能逐渐转化为电能释放给负载[2]。

1.2.1 充放电过程

阳极和阴极在蓄电池外电路接负载后，会发生下面的化学反应，主要是因为阳极和阴极浸到了电解液稀硫酸中。

二价铅离子Pb2+、硫酸根负离子SO42-是正极板上硫酸铅在外界电流作用下通过离解得到的；游离于正极板周围的二价铅离子Pb2+由于外电源持续从正极吸取电子，会持续释放出两个电子作为补充，从而形成四价铅离子Pb4+；此后，在正极板上生成的二氧化铅PbO2是通过与水发生反应得来的；二价铅离子Pb2+、硫酸根负离子SO42-是负极板上硫酸铅在外界电流获得电子得到的，因此二价铅离子Pb2+被中和为铅（Pb）游离，并以绒状铅依附在负极板上。

正极中产生的游离氢离子H+、硫酸根离子SO42-和负极中产生的硫酸根离子SO42-，都是在电解液中产生的，而氢离子H+游离至负极、硫酸根离子SO42-游离至正极是在电场作用下形成的，进而形成电流。在后期充电的外电流作用下[3]，溶液还会产生水电解反应：

1.3 铅硫酸电池充电后电解液的变化

从电化学反应可以得出，铅酸蓄电池在充电过程中会持续耗费电解液中的水分子，持续生产硫酸分子，使得溶液比重提升。水分子在放电时会渐渐增多，硫酸分子会持续减少，溶液比重会下降。所以，在现实工作中，可以依据电解液的比重变化来评判铅酸蓄电池的充电情况[3]。

2 影响蓄电池容量和寿命的几个主要因素

2.1 影响蓄电池容量的主要因素

2.1.1 放电终了电压

铅蓄电池在环境温度为25 ℃完全放光电量后进行再次充电的过程中有最长低电压，导致电池放电时间有所变化，这种电压就是放电终了电压。通过合理设置放电终了电压，可以确保电池最低电量值，从而有效避免由于过度放电而致使电池出现损耗而产生铅蓄电池容量下降的问题[4]。

2.1.2 环境温度作用

对蓄电池使用寿命影响最大的是环境温度。环境温度逐渐升高，会使电池板栅加快腐蚀，当中的水分会加速损失，对电池寿命有极大影响。一般来说，电池使用寿命随着温度每升高10 ℃减少50%，且影响会随着温度升高而变大。研究实践显示，蓄电池的最佳使用环境温度是在20～25 ℃[5]。

2.1.3 老化

蓄电池由于长时间使用，容易受各种因素的影响而产生磨损等问题，同时蓄电池的老化现象会随着使用时间变得更加严重，且其容量会在出现老化现象后有所下降。

2.2 影响蓄电池电池寿命的主要因素

2.2.1 过放电

过放电会破坏转换条件，缩减蓄电池寿命。一次深度的过放电可能减少电池1～2年的寿命，严重情况下可能直接作废。

2.2.2 过充电

过充电实际上是延续正常充电，充电量过多，主要弥补正常充电不足的问题。在过充电情况下，因为充电是浮充电压较高或最高电压充电时间不符合规定值，从而致使正负极板活性物质降低。如果蓄电池长期处于浮充情况，只充电而不放电，其结果和过放电一样。

2.2.3 欠充电

当浮充电压过低，自放电耗损的容量不能得到及时补充时，极板深处的活性物质难以参与化学反应，在蓄电池长时间运作后内阻增大，寿命减小。

2.2.4 温度过低或过高

温度过高时，蓄电池寿命会因为严重失水和极板腐蚀加速而锐减；温度过低时，蓄电池不仅循环寿命逐减，而且其容量也会减低。

3 UPS蓄电池的维护和保养

3.1 重视蓄电池的日常检查维护工作

设置蓄电池参数是使用蓄电池的首要工作，同时需要相关工作人员定期检测蓄电池电压，以确保电压的性能。此外，在对UPS蓄电池日常维护保养工作中，需有效清洗UPS蓄电池。在此期间，不能使用带有有机溶液和肥皂成分的水清洗UPS蓄电池，应尽量使用湿布擦拭或者使用干布进行擦拭，因为干布不会和UPS蓄电池发生静电摩擦反应。同时，需要定期检查蓄电池，以防出现问题，确保蓄电池电压正常使用，延长其使用寿命。

3.2 定期充放电

蓄电池最好是在环境温度为5～35 ℃下进行充电。如果环境温度超出或低于这个范围，会加大蓄电池容量，从而影响蓄电池的正常使用寿命。同时，应合理安排设置充电电压，在固定的电压范围中尽量避免各种因素对蓄电池带来的不利影响，从而保障蓄电池的容量和使用寿命。

3.3 避免蓄电池深度放电

蓄电池的主要作用是有效转化能量，如果在此期间深度放电，会使蓄电池内部的极板和电解液之间产生不良反应，在蓄电池表面形成一层硫酸盐化物质，致使蓄电池内部电阻值增大，最终导致蓄电池出现严重的反极问题而损坏蓄电池，严重时会使蓄电池直接作废。因此，通常应避免蓄电池深度放电。有效避免深度放电问题的正确操作是在检测蓄电池容量时，将规定的容量控制在30%～50%。

3.4 定期检测电池容量

权衡蓄电池容量最有效的方法是容量检测。检测判定蓄电池性能优劣工作，需要根据容量检测对策。有关人员应定期对蓄电池进行容量检测，从而确保蓄电池在实际运作中有充足的容量可以应对市电偶尔断电问题。此外，需要在发现劣化电池的同时，及时选择有效对策加以补救，以此延长蓄电池组的使用寿命。值得注意的是，检测蓄电池时，不可使用打火机，因为打火机对蓄电池有一定损害。

3.5 蓄电池的环境温度补偿

一般来说，蓄电池在静置情况下要求的环境温度是0～40 ℃，而温度过高会加速电池的自放电问题。使用时，需要将蓄电池的环境温度把控在20～25 ℃。在这种环境温度中，蓄电池的性能较佳，使用寿命较长。过高温度会致使失水，板栅加剧腐蚀，过低温度会降低电池容量，使受电能力下降，减少充放电循环次数。如果电池不能在最佳环境温度中运行，需要调整电池的充电电压。适度越高，则充电电压越低，也称“温度补偿”，可将温度对电池的不良影响降到最低。但是，这种做法也不能无限缓解环境温度带来的影响。低温时浮充电压增大，会致使浮充电流增大、板栅加剧腐蚀等各项问题；高温时浮充电压减小，会出现电池充电不足等问题[5]。