通信用阀控密封铅酸蓄电池的使用与维护探究

2023-09-15汤连军

数字通信世界 2023年8期

汤连军

(新华通讯社，北京 100803)

1 蓄电池在通信行业的应用

随着互联网尤其是移动互联网的日益普及，以及各种移动互联生活场景的产生和发展，国民经济各行业及人们的日常生活已经无法离开通信网络。如何确保通信系统不间断地可靠运行，已成为通信企业的重点课题，而保障通信设备电源的不间断供电就是这其中重要的一环。

根据不同的市电及环境情况，蓄电池在通信局站的作用可分为后备应用、后备+循环应用和纯循环应用。后备应用是指通信枢纽楼、交换机房、IDC机房等使用的蓄电池，这类蓄电池长期处于浮充后备状态，只有在外部电源中断或直流充电系统发生故障时，蓄电池组才向负荷设备供电。后备+循环应用是指在移动通信基站、一些接入网站点及室外一体化基站，尤其是乡村或偏远地区市电状况相对差一些的站点，蓄电池大多数时间处于浮充后备状态，少部分时间处于循环应用状态，电池需要相对较深放电及循环使用。对于有季节性长时间停电的通信基站或根本就没有市电的太阳能供电站点，蓄电池长期处于充放电循环应用状态，要求蓄电池具有良好的深度放电性能及良好的充电接受性能。

2 阀控密封铅酸蓄电池的工作原理与特点

早期，通信系统局站使用的蓄电池大部分是普通铅酸蓄电池，需要经常加酸、加水和测比重等，维护工作量大。

阀控密封铅酸蓄电池就是为了解决普通铅酸电池水分子的损失问题，通过化学反应使氧离子与氢离子再次化合形成水，避免水分的流失。

阀控密封铅酸蓄电池负极板涂抹了海绵状铅，它在湿润状态下性质活跃，能与氧气快速反应生成水，从而抑制了氢气的产生并补充了水分。其充电过程前期与普通铅酸电池没有区别，后期或出现过充电时充电电流仍会分解水分子，但分解产生的氧离子会与电解液中的硫酸及负极海绵状铅发生反应。这一化学反应使负极板处于部分放电状态，使氧离子与负极板产生的氢离子化合反应生成水，并使负极板在后来的充电过程中又转化为海绵状铅[1]。

阀控密封铅酸蓄电池有以下特点：①维护工作中不需要补加水。②进行大电流放电的性能优良，尤其是冲击放电性能极佳。③自放电率小、容量损耗小，在25℃环境温度下每月自放电率在2%以下，只有普通铅酸电池的1/5至1/4。④密封性好，不漏液、无酸雾，不腐蚀设备，不伤人，对电子设备无腐蚀，因此对通信设备的运行条件改善大有好处。⑤使用寿命长，在25℃环境下浮充电状态使用，其使用寿命可达10～15年。⑥结构紧凑、密封性好，不存在漏液等问题，可与设备同室安装，可立式或卧式安装，占地面积小，抗震性能好。⑦没有镉镍电池的记忆效应，放电不完整经活化容量可恢复。

3 影响阀控密封铅酸蓄电池使用寿命的因素

很多人将阀控密封铅酸蓄电池称为“免维护电池”，那是对它的误解。它只是不用进行补水、补酸等繁杂维护而已。实际上，要想延长阀控密封铅酸蓄电池的使用寿命，必须对其进行正确的使用和维护。

3.1 充电电流的倍数

蓄电池当大电流充电时，电解液分解产生的气体将超过负极板吸收的气体，壳体内压力升高使气体从安全阀排出，造成电解液流失，从而使蓄电池的使用寿命降低。一般来说，水分流失10%以上电池的容量就会降低10%以上。

3.2 浮充电的电压

电压设置太高，电池经常处于过充电状态，极板、隔板等发生氧化反应，使板栅腐蚀老化，并使海绵状铅松动，对气体的吸收效率进一步降低，产气加速进而造成水分流失引起容量降低。电压设置过低，电池充电不足使极板硫化、内阻增大而缩短电池寿命。浮充电流太大时电池将出现热累积，使温度升高，可导致浮充电流进一步加大，进入电池温升和电流加大的恶性循环，出现热失控现象。

3.3 放电的深度

阀控密封铅酸蓄电池是贫液蓄电池，随着放电时间的增长，蓄电池的内阻增长较快，端电压下降得较大。当达到蓄电池生产厂家规定的放电终止电压时，应立即终止放电过程并按要求进行充电，否则将会导致蓄电池过放电。如果蓄电池反复过放电，即使进行活化其容量也无法恢复，导致其使用寿命缩短。

3.4 放电电流的倍率

阀控密封铅酸蓄电池的充放电要按规定要求进行，若放电的电流太小、放电太慢，极板深层的有效物质将参加反应；充电时的电流大，只是极板表面物质发生反应被还原，深层物质无法还原，使极板被硫化造成内阻增大，也将缩短电池寿命。

此外，影响电池寿命的因素还有充电设备、温度、密封性等。

4 阀控密封铅酸蓄电池的使用与维护

为保证通信设备后备电源可靠运行，提高蓄电池组使用寿命，对通信用阀控密封铅酸蓄电池的使用和维护必须按照以下要求进行。

4.1 放电方法和要求

应尽可能避免出现放电电压超过终止电压的情况，即不能使蓄电池出现过放电。当采用小电流放电时终止电压需按较高点设置，以免放电时间过长导致极板硫化，以保护电池。当采用大电流放电时，电池终止电压的设定相对较低。可按表1中的放电终止电压进行不同电流的放电。

表1 终止电压与放电电流的关系

例如，电池型号为UXL220—2(220Ah/10Hr)，则它的放电电流=0.1×200＝20(A)。

4.2 充电的方法和操作要求

硫酸铅是铅酸电池放电时的产物，它的电阻很大、导电性不强，如果不尽快将其转化掉，电池将处于充电不足状态，使电池的放电容量下降，电池使用寿命也随之缩短。因此，电池组必须处于充足电的状态。阀控密封铅酸蓄电池应采用“恒压充电制”，在不同的使用状态下又可分为浮充电和均充电两种方式。

（1）浮充电。通信设备的蓄电池组都直接接在充电模块上，与用电设备处于并联状态，属于在线式电池组，以作为通信设备的后备直流电源的方式进行工作。在这种情况下，蓄电池组都采用浮充的方式进行充电，使单个蓄电池电压长期维持在2.24 V左右。处于浮充电状态的电池组，在日常运行、维护中要定期测量并记录它的浮充电压的变化情况，防止充电电压太高或者太低的情况出现。同时要对单个电池的电压进行测量，如果发现有电压偏低的情况，说明电池充电不足，容量不够，应注意跟踪并尽快进行处理。

（2）均充电。电池组连续浮充使用三个月以上，或在浮充状态下发现有落后电池即单个电池的电压小于2.2 V，应对电池组进行一次均充充电。均充时应将单个电池的电压控制在2.31～2.36 V之间，充电的时间控制在6～8小时。每次均充时间不应过长，均充完成后要立即将充电模式调回浮充电模式，并测量落后电池的电压有无升高。如果落后电池的电压仍未达到2.23～2.24 V，应于第三周再对该电池组进行一次均充电。通常，经过3到6个月充电活化，整个电池组内每个电池的浮充电压会趋于均衡。

（3）温度系数。铅酸蓄电池可以适应很宽的工作温度，从—15℃到＋45℃范围内都可以运行。当然阀控密封铅酸电池最佳的运行温度是25℃左右。如果设备安装地点的温度变化较大，那么必须按照一定的系数对蓄电池的充电电压进行调整，一般是按照—3 mV/℃进行。具体可按表2列出的浮充电压值进行设定。

表2 不同温度下的浮充电压值

4.3 维护方法

4.3.1 每半年要对蓄电池组进行一次核对性的充放电测试

通过对蓄电池的核对性放电测试，可以评估蓄电池的电量、电压以及内阻等重要参数，从而判断蓄电池的使用寿命和碳化程度。对于已经损坏或者损伤的蓄电池，可以使用蓄电池活化技术进行修复。

4.3.1.1 测试性放电操作

通过放电检查蓄电池的实际放电容量是否正常。测试性放电采用10小时率放电，有条件的可以连接测试性假负载进行放电操作，以便准确测量电池的放电容量。从现场操作方便的角度考虑，在实际中多是直接用日常用电负荷进行放电，操作时将直流充电装置停电，用蓄电池组给设备供电。考虑到设备运行的安全，在这种情况下，放电容量一般应控制在额定容量的30%～50%。如果现场条件允许、设备可靠性较高，可将蓄电池放电到更深的状态，以便检查蓄电池是否存在问题。放电时每小时要逐个测量电池的电压，计算蓄电池容量，并按照表3中列出的单个电池的电压值，判断每个电池是否存在问题。

表3 不同容量时的电池标准电压（10小时率）

电池放出容量=[放电电流值×放电时间/电池额定容量]×100%。在一定的电池放出容量下，其单个电池的电压值应等于或大于对应电压值说明蓄电池的容量正常，低于对应电压则说明电池容量不足。

4.3.1.2 活化充电操作

进行测试性放电后应尽快对蓄电池进行充电，放电后的放置时间不能太长。充电开始时按不大于0.2C（A）控制电流，如10 0 A h电池充电电流应不大于20 A。充电电流变小后再逐步将充电电压提高到均充电压，均充状态维持6 h后再将电压调回浮充电压。

通过测试性充放电测得出电池放电容量和电压值判断每只电池的工况，发现有不合格的电池应及时进行更换，避免因一只电池的损坏拖累整组电池，造成整组电池的损坏。更换的新电池必须具备与其应用场景相匹配的充放电性能。

4.3.2 蓄电池的内阻

蓄电池的内阻是评估蓄电池健康状况的重要指标之一，也是衡量蓄电池自放电程度的主要因素。内阻过高会导致蓄电池输出电压降低，从而影响通信设备的正常工作。如果内阻大到蓄电池电力无法正常释放出来，此电池也就报废了。一般情况下，蓄电池的内阻会随着使用时间的增加而增大。为此，需要定期进行蓄电池内阻检测和维护，以确保蓄电池组的正常工作和延长蓄电池寿命。