基站閥控式鉛酸蓄電池的運(yùn)維管理

劉 榭

（中國移動通信集團(tuán)湖北荊門分公司網(wǎng)絡(luò)部，湖北 荊門 448001）

0 引 言

閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA電池，以下簡稱為“蓄電池”）具有免維護(hù)的特點(diǎn)，作為后備電源在移動通信基站中廣泛使用。它的設(shè)計(jì)壽命為8年，但實(shí)際應(yīng)用中許多基站電池壽命只有4～6年，條件惡劣者甚至2～3年后便會出現(xiàn)容量明顯下降的情況，不能保證基站設(shè)備的正常運(yùn)行甚至造成斷站。為此，使用過程中需要注意開關(guān)電源的參數(shù)設(shè)置，做好蓄電池的維護(hù)和容量測試，及時掌握蓄電池運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題分析和改善維護(hù)短板，從而提升放電時間，延長使用壽命，降低運(yùn)維成本。

1 蓄電池的特性

1.1 電化學(xué)反應(yīng)

放電：正極的PbO2和負(fù)極的Pb與電解液中的H2SO4反應(yīng)生成PbSO4，電解液密度降低。

充電：PbSO4還原為PbO2與Pb，電解液密度升高。充電過程中，正極析出氧氣，負(fù)極析出氫氣，通過氧復(fù)合技術(shù)抑制析氣量。

1.2 工作方式

移動通信基站中，蓄電池與開關(guān)電源整流器并聯(lián)組成直流浮充系統(tǒng)為通信負(fù)載供電。當(dāng)整流器故障停機(jī)或者交流電源中斷時，蓄電池是支持通信系統(tǒng)工作的后備電源。

1.3 溫度要求

基站蓄電池工作的環(huán)境溫度要求-15～+45 ℃，相對濕度10%～80%，最佳使用溫度為15～25 ℃。

閥控蓄電池充電中放熱，內(nèi)部無流動的電解液且緊密裝配，使電池?zé)崃侩y以散發(fā)。如不及時排除熱量，將造成電池失水或熱失控。

2 基站蓄電池的維護(hù)要點(diǎn)

2.1 常規(guī)要求

2.1.1 浮充電壓、浮充電流

浮充充電電壓為每2 V單體2.23～2.27 V（25 ℃時蓄電池正負(fù)端子測定值），充電電流設(shè)定為I10A。如單體電壓低于2.18 V，則需要進(jìn)行均衡充電。

2.1.2 均充電壓、均充電流

均充電壓一般為每2 V單體2.30～2.35 V（25 ℃時蓄電池正負(fù)端子測定值），充電電流設(shè)定為1～2I10A，均充頻率為每季度一次。浮充和均充電壓都要設(shè)置溫度補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償后每2 V單體的充電電壓應(yīng)控制在2.18～2.35 V。

2.1.3 均衡充電的情況

遇到下列情況之一時需進(jìn)行均衡充電：①浮充電壓有2只以上低于2.18 V；②放電深度超過額定容量的20%；③擱置不用時間超過3個月；④全浮充運(yùn)行達(dá)3個月以上。

2.2 日常維護(hù)

閥控蓄電池“免維護(hù)”僅指在使用壽命期間無需添加水和調(diào)整酸比重。為了保持電池性能良好，需要做一些必要的維護(hù)和管理工作。

2.2.1 測量電壓

（1）浮充狀態(tài)下測量蓄電池組電壓和單體電池電壓（一次/月），單體低于2.18 V時需均充，總電壓過低的還要檢查各連接處是否緊固、有無腐蝕、有無反極性。對于新安裝的電池，開通前需要補(bǔ)充充電，以彌補(bǔ)運(yùn)輸和貯存周期帶來的容量損失。

（2）浮充時全組各電池端電壓的最大差值不大于90 mV，如果單體電池壓差過大，可用I10A電流循環(huán)充放電1～2次。若沒有明顯改善，需要及時更換偏差過大的單體電池。

（3）電池放電時端子連接處壓降ΔU≤10 mV，如果某單體電池壓降過大且端子處連接處緊固，可能為電池制造質(zhì)量存在問題，無法正常工作的要及時更換。

2.2.2 測量溫度

在電池放電時，用紅外點(diǎn)溫計(jì)或紅外熱成像儀測量電池表面和極柱溫度。如果整組電池的各單體之間溫度差異較大，說明某些單體電池內(nèi)阻較大或散熱不良，需要查明內(nèi)阻偏大原因，如熱源影響、單體之間間隙過小、電池組通風(fēng)不暢等，并加以改進(jìn)。

2.2.3 物理檢查

用目測法檢查蓄電池的外觀有無漏液、冒酸、變形、裂紋、污跡以及極柱和連接條有無腐蝕等現(xiàn)象（1次/月）。每半年檢查一次連接處的牢固性。

2.2.4 電池管理參數(shù)檢查

檢查開關(guān)電源的電池管理參數(shù)，保證浮充電壓、均充電壓、浮充電流、充電終止電壓、充電限流值、告警電壓（低壓告警/高壓告警）以及負(fù)載下電/電池下電電壓等參數(shù)符合要求，具體的參數(shù)的參考設(shè)置值如表1所示。

表1 開關(guān)電源的電池管理參數(shù)

2.3 容量測試

蓄電池容量測試包括核對性放電測試和容量放電試驗(yàn)。其中，核對性放電測試放出額定容量的30%～40%，容量放電試驗(yàn)放出額定容量的60%～80%。測試周期方面，核對性放電試驗(yàn)每年一次，容量放電試驗(yàn)每3年一次（使用6年后每年一次）。

按放電測試過程中開關(guān)電源整流器的工作模式，蓄電池放電測試可分為開關(guān)電源整流器在線測試方式和離線測試方式，而每種測試方式又可劃分為多種測試方法。

2.3.1 開關(guān)電源整流器在線測試方式

這種測試方式在放電測試過程中不脫離供電系統(tǒng)，直接調(diào)低浮充電壓，電池直接向負(fù)載供電，有3種測試方法。

方法1：利用開關(guān)電源監(jiān)控模塊的電池測試功能開展測試。它是在低浮充電壓下，用實(shí)際負(fù)載對電池進(jìn)行核對性放電。此時，蓄電池電壓比整流器高，負(fù)載由蓄電池供電。監(jiān)控模塊自帶的測試軟件有電池容量計(jì)算公式，根據(jù)放電電壓、放電電流以及放電時長等可以計(jì)算實(shí)際放出容量。

方法2：通過動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的遙調(diào)功能遠(yuǎn)程調(diào)低開關(guān)電源浮充電壓，用實(shí)際負(fù)載對電池進(jìn)行核對放電，通過動環(huán)系統(tǒng)記錄的放電電壓、電流、測試時長等數(shù)值，估算電池的放電時長和大致容量。

方法3：到基站現(xiàn)場手動調(diào)低開關(guān)電源浮充電壓，用測試記錄表和萬用表，人工測量并記錄單體電池電壓和總電壓、負(fù)載電流等放電數(shù)據(jù)。

方法2、方法3通過手動操作實(shí)現(xiàn)，與開關(guān)電源自帶放電功能類似，但只能反映整組電池的情況，不能精確到每一只單體電池。

此外，日常工作中一些基站每年會存在各種原因的停電，可以查詢動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)告警，記錄停電開始及結(jié)束時間、放電開始及結(jié)束電壓等放電數(shù)據(jù)，進(jìn)而估算放電時長和大致容量；對于需要上站發(fā)電的，可現(xiàn)場人工記錄放電數(shù)據(jù)（類似于方法2和方法2）。這樣可以花最少的時間、用最低的成本得到電池最新的放電時間情況，為以后應(yīng)急發(fā)電搶修提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.3.2 開關(guān)電源整流器離線測試方式

方法4：這種方法是斷開開關(guān)電源的交流供電或者是關(guān)閉所有整流器。它面臨較大風(fēng)險(xiǎn)，如果電池放電過程中電壓陡降會影響設(shè)備用電，如果來不及恢復(fù)用整流模塊供電，甚至?xí)斐赏ㄐ旁O(shè)備供電中斷。

而“開關(guān)電源整流器在線”的各種測試方法不存在類似風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗鼪]有關(guān)斷整流器的輸入電源，也未關(guān)閉整流器的輸出，只是放電初始蓄電池電壓高于整流器，負(fù)載由電池來供電，整流器暫時不工作。當(dāng)電池持續(xù)放電電壓下降到測試設(shè)定電壓時，整流器會立即恢復(fù)工作，通信設(shè)備轉(zhuǎn)為由整流器來供電。

2.3.3 精準(zhǔn)測量

上述4種測試方法都只能得到整組電池容量和放電時長的粗略數(shù)據(jù)。若要獲得較精確的電池容量和放電時長數(shù)據(jù)，可攜帶智能蓄電池測試儀到基站現(xiàn)場，設(shè)定好測試中止電壓、放電時長、測試電流等參數(shù)后，采用“調(diào)低浮充電電壓在線測試”的方式進(jìn)行測試。測試過程中蓄電池測試儀會在線監(jiān)測測試過程，自動記錄及儲存各種測試數(shù)據(jù)。測試完成后還會生成測試報(bào)告，準(zhǔn)確反映出整組電池和各單體電池的實(shí)際容量以及存在的落后單體電池。

3 延長電池使用壽命

影響蓄電池使用壽命的主要原因是充放電次數(shù)、放電深度、充電電壓電流和環(huán)境溫度。

3.1 控制深度放電

深度放電發(fā)生在交流電源停電后，蓄電池長時間過度放電，生成的硫酸鉛在充電時不能完全恢復(fù)成活性物質(zhì)，導(dǎo)致電池容量下降，縮短使用壽命。

電池的充放電次數(shù)受供電部門制約難以控制，但電池放電深度要做好控制。對于長時間停電的基站，要根據(jù)容量測試數(shù)據(jù)在其放出實(shí)際容量的50%之前趕往基站發(fā)電，避免電池深度放電減少壽命。此外，為了杜絕放電后的長時間擱置，可以導(dǎo)出動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)站點(diǎn)的停電數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)其停電平均時長、間隔時長后，適當(dāng)縮短其均充間隔時間，如從常規(guī)的間隔3個月改為間隔1個月。

此外，頻繁停電且間隔時間過短、單次停電時間過長（＞8 h）等，易造成基站蓄電池在未充滿的情況下放電，出現(xiàn)電池累計(jì)欠充，容量下降嚴(yán)重而縮短其使用壽命。所以，對于停電間隔時間過短、來不及充滿的電池，需及時發(fā)電。

3.2 控制環(huán)境溫度

市電正常供電時，基站通過空調(diào)將室溫控制在28 ℃左右。但是，停電后空調(diào)停止工作，由于通信設(shè)備發(fā)熱及外界熱量的導(dǎo)入，會導(dǎo)致基站環(huán)境溫度急速上升，引起蓄電池溫度上升、內(nèi)阻減小。來電后充電電流將增大，可能引起過充電，析氣速度加快，電池失水、電解液干涸，容量將嚴(yán)重下降（電池在25 ℃的基礎(chǔ)上，每升高10 ℃，電池使用壽命減小一半）。

通常有4種解決方案：（1）根據(jù)負(fù)載大小適當(dāng)擴(kuò)容基站電池，減小停電后電池的放電深度；（2）開啟開關(guān)電源溫度補(bǔ)償功能，控制充電電流；（3）盡量縮短發(fā)電搶修時間，且發(fā)電時攜帶風(fēng)扇為機(jī)房通風(fēng)散熱，最好不使用輕質(zhì)板房、一體化機(jī)柜等夏季容易吸熱、不宜散熱的機(jī)房，以達(dá)到延長電池使用壽命的目的；（4）單體電池間距10 mm以上，保證良好的散熱。

3.3 控制充電電壓

3.3.1 過充電

浮充電壓過高，電池處于過充電狀態(tài)，使水分解反應(yīng)加劇，析氣量增大，氧復(fù)合反應(yīng)效率降低，造成電池失水，容量下降；正極板珊腐蝕加劇，電池壽命降低；浮充電流增大，電池溫度升高，造成電池?zé)崾Э氐取?/p>

3.3.2 欠充電

長期浮充電壓過低，使電池處于充電不足狀態(tài)，易造成極板硫化，最終縮短電池的壽命。

4 落后電池的維修

蓄電池失效主要因素有極板腐蝕、極板變形、活性物質(zhì)脫落、隔板失效、電解液干涸、極板短路以及極板硫化等。其中，極板硫化和電解液干涸導(dǎo)致的蓄電池落后占比高達(dá)90%。試驗(yàn)表明，額定容量為40%～80%的落后電池可以采取適當(dāng)?shù)男迯?fù)方法進(jìn)行修復(fù)。電池修復(fù)主要方法有高頻脈沖修復(fù)法、高電壓修復(fù)法、全充全放電修復(fù)法以及補(bǔ)水修復(fù)法等。

4.1 高頻脈沖修復(fù)法

蓄電池消除硫化和抑制電池硫化可采用高頻脈沖修復(fù)法，又分為在線式修復(fù)和離線式修復(fù)。

4.1.1 在線式修復(fù)

把高頻脈沖修復(fù)儀常年并聯(lián)在蓄電池極柱兩端，產(chǎn)生的高頻脈沖輸出到蓄電池組上，快速激活、打通蓄電池因硫化、疲勞而失效報(bào)廢的極板，降低內(nèi)阻，循序漸進(jìn)地達(dá)到除硫效果。對于沒有硫化的電池，可以抑制其硫化。

4.1.2 離線式修復(fù)

離線式修復(fù)是在對故障電池添加“修復(fù)液”后施加高壓脈沖諧波諧振，以每秒萬次以上的脈沖電流充分激活電池極板內(nèi)部、深層各處的活性物，并迅速破碎、分解蓄電池在長期使用過程中形成的硫酸鉛結(jié)晶體，使之重新參與電化學(xué)反應(yīng)，并有效防止重結(jié)晶現(xiàn)象的發(fā)生，從而使蓄電池極板始終保持足夠的活性物參與電化學(xué)反應(yīng)，使蓄電池恢復(fù)到正常水平，再使用一個壽命周期。特點(diǎn)：①無損修復(fù)，效果持久，修復(fù)后可再使用一個壽命周期；②修復(fù)時間短，大多數(shù)電池3～5 h即可修復(fù)，少數(shù)電池則需10 h；③無須反復(fù)充放電，修復(fù)過程即充電，一次充電即可。這種方法主要用來修復(fù)硫化嚴(yán)重的蓄電池。

4.2 高電壓修復(fù)法

高電壓修復(fù)法是采取充電時的持久高電壓（電池標(biāo)稱電壓的13～15倍）或大電流（平時充電電流的1.5～2.0倍）修復(fù)蓄電池的方法，多在高頻脈沖修復(fù)法效果不明顯時采用，但要注意掌握好充電時間，否則容易造成過充，使電池發(fā)熱、析氣、電解液干涸而造成損傷。

4.3 全充全放電修復(fù)法

全充全放電修復(fù)法是對蓄電池采取完全充滿電后再完全放電進(jìn)行電池修復(fù)的方法，對于輕度損傷的電池修復(fù)效果較好，能有效激活電池內(nèi)部的活性物質(zhì)，提高蓄電池容量，但不宜多次深度放電。

4.4 補(bǔ)水修復(fù)法

對因失水導(dǎo)致電解液干涸的蓄電池可采用補(bǔ)充蒸餾水降低電解液濃度以提高硫酸電化學(xué)反應(yīng)的方法修復(fù)。補(bǔ)水方法是指打開待修復(fù)單體電池的安全閥帽，用注射器添加一定量的蒸餾水后離線補(bǔ)充電，最好做2～3個充放電循環(huán)。

4.5 修復(fù)后的電池配組

修復(fù)后的電池應(yīng)遵循“先檢測、后整合”和“同廠家、同型號、同品牌”的“三同原則”配組使用。單體浮充端電壓超過2.25 V或低于2.22 V為落后電池，需做更換處理。

3 h放電率（放出50%）正常單體電池的取值，如表2所示。

表2 3 h放電率（放出50%）正常單體電池的取值

落后單體電池不及時處理將會影響同組電池中其他單體電池的充放電，使其他正常的單體電池性能也逐漸變差，最后造成整組電池的容量持續(xù)下降。因此，在實(shí)際配組應(yīng)用中，對于達(dá)不到表2要求的單體電池，配組時要予以剔除，符合表2條件的同廠家、同型號、同品牌，不同出廠日期的單體電池可以混合配組使用。

5 結(jié) 論

閥控式密封鉛酸蓄電池并非免維護(hù)電池，需要綜合性的維護(hù)管理，通過控制使用環(huán)境、合理設(shè)置電池參數(shù)、按要求開展日常維護(hù)和容量測試，及時發(fā)現(xiàn)落后電池并查找影響因素加以改進(jìn)，并對落后電池進(jìn)行修復(fù)，改善其使用狀況，才能有效延長蓄電池使用壽命。不僅可以減少環(huán)境污染、節(jié)約資源，而且有利于企業(yè)加強(qiáng)社會責(zé)任，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。