朱永平，周 三

（湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410015）

1 概述

閥控式密封鉛酸蓄電池（Valve Regulated Lead Acid Battery,VRLA） ,又稱為“免維護(hù)蓄電池”，由于早期人們對(duì)它認(rèn)識(shí)不足，在日常維護(hù)工作中放松了對(duì)電池的管理，從而導(dǎo)致部分蓄電池質(zhì)量下降較快，使用不久后不少電池的容量達(dá)不到通信電源維護(hù)規(guī)程的要求。例如，某通信公司的一套UPS系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)在運(yùn)行不到兩年的某一天，因市電中斷，在斷電后，由于該系統(tǒng)6組后備電池完全不能給系統(tǒng)供電，幾秒鐘電壓就降到很低，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。給該公司帶來不小的損失。

因此，如何正確使用閥控電池，提高通信電源的運(yùn)行可靠性，是電源專業(yè)非常重要的問題。下面，就影響通信用VRLA蓄電池性能的幾個(gè)主要因素以及在日常工作中需要做好的工作來進(jìn)行具體分析，以提高其運(yùn)行的可靠性。

2 影響蓄電池性能的幾個(gè)主要因素

2.1 生產(chǎn)工藝和質(zhì)量的影響

VRLA蓄電池的使用壽命與生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量有密切關(guān)系。由于廠家的各種原因，可能導(dǎo)致電池生產(chǎn)質(zhì)量的先天不足。閥控式密封鉛酸蓄電池是密封電池，其內(nèi)在質(zhì)量無法用肉眼觀察，也無法用普通的萬用表來檢測(cè)，短時(shí)間使用也不能真正體現(xiàn)其實(shí)質(zhì)。這樣，以次充好的閥控式密封鉛酸蓄電池很容易進(jìn)入通信網(wǎng)。但是，可以從各廠家的蓄電池在投入使用時(shí)的驗(yàn)收測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的比較，就不難發(fā)現(xiàn)差異。因此，各運(yùn)營(yíng)商在選擇蓄電池時(shí)，必須認(rèn)真進(jìn)行綜合評(píng)測(cè)，以保證蓄電池的質(zhì)量，把好入門第一關(guān)。

2.2 蓄電池對(duì)充電設(shè)備的技術(shù)要求

蓄電池對(duì)充電設(shè)備（目前通常采用的是高頻開關(guān)整流器）的技術(shù)參數(shù)要求非常高。

1)穩(wěn)壓精度。穩(wěn)壓精度是指在輸入交流電壓或輸出負(fù)載電流這兩個(gè)擾動(dòng)因素變化時(shí)，其充電設(shè)備在浮充或均充電壓范圍內(nèi)輸出電壓偏差的百分?jǐn)?shù)。例如：48v電源一般由24只VRLA蓄電池串接組成，那么充電整流器的浮充電壓應(yīng)在2.25Vx24=54v（電池的浮充電壓以2.25v/只為例，忽略配電壓降）。如果充電整流器的穩(wěn)壓精度為±1%。其浮充電壓就要變化±540mv，每只VRLA蓄電池的浮充端電壓將會(huì)偏差±22.5mv。如果充電整流器的穩(wěn)壓精度差，將會(huì)導(dǎo)致蓄電池的過充或欠充，故穩(wěn)壓精度應(yīng)優(yōu)于1%。

2)自動(dòng)均充功能。VRLA蓄電池需要定期進(jìn)行均充電，所謂均充電就是在原有浮充的狀態(tài)下提高充電器的工作電壓，使每只VRLA蓄電池的端電壓達(dá)到2.3v-2.35v。VRLA蓄電池進(jìn)行均充的目的就是為了確保電池容量被充足，防止VRLA蓄電池的極板鈍化，預(yù)防落后電池的產(chǎn)生，使極板較深部位的有效活性物質(zhì)得到充分還原。

3)溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能。目前對(duì)VRLA蓄電池的運(yùn)行方式基本上實(shí)行低壓、恒壓、全浮充方式。為了能控制蓄電池浮充電流值，要求充電設(shè)備在溫度變化時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)整浮充電壓，也就是應(yīng)具有輸出電壓的溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能。溫度補(bǔ)償?shù)碾妷褐低ǔ闇囟让可呋蚪档?℃，其浮充電壓就相應(yīng)降低或升高（3-4） mv/只。

4)限流功能。電池的充電限流是根據(jù)電池容量來設(shè)定的，一般為O.15C10(A)左右，最大應(yīng)控制在0.2C10(A)。

5)智能化管理功能。VRLA蓄電池是貧液式的密封鉛酸電池，其對(duì)浮充電壓、均充電壓、均充電流和溫度補(bǔ)償電壓都有嚴(yán)格控制。因而對(duì)蓄電池使用環(huán)境的變化，均充的開啟和停止、均充的時(shí)間、均充周期等智能化管理就顯得非常必要。通常最關(guān)心的問題是蓄電池在充電時(shí)的容量飽和度，以及電池的剩余容量和其使用壽命的檢測(cè)判定。對(duì)充電飽和度的控制一般以將電池容量充足而又不過充電為準(zhǔn)則。VRLA蓄電池充電飽和度的控制方法通常有：充電終止電流變化率控制法；電壓-時(shí)間控制法；安時(shí)控制法等。

2.3 蓄電池對(duì)負(fù)載容量的選擇

閥控式鉛酸蓄電池的額定容量是10小時(shí)率放電容量。電池放電電流過大，則達(dá)不到額定容量。因此，應(yīng)根據(jù)設(shè)備負(fù)載，電壓大小等因素來選擇合適容量電池。蓄電池總?cè)萘繎?yīng)按YD5040-97《通信電源設(shè)備安裝設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定配置，可以按下

式進(jìn)行簡(jiǎn)單估算：式中：

Q─蓄電池容量（Ah）；K─安全系數(shù)，取1.25；I─負(fù)荷電流（A）；

T─放電小時(shí)數(shù)（h）；η─放電容量系數(shù)；T─實(shí)際電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值。所在地有采暖設(shè)備時(shí)，按15℃考慮，無采暖設(shè)備時(shí)，按5℃考慮；

α─電池溫度系數(shù)（1/℃），當(dāng)放電小時(shí)率≥10時(shí)，取α=0.006；當(dāng)10>放電小時(shí)率≥1時(shí)，取α=0.008；當(dāng)放電小時(shí)率<1時(shí)，取α=0.01。

2.4 運(yùn)行環(huán)境對(duì)蓄電池使用壽命的影響

1）溫度的影響

環(huán)境溫度是影響電池壽命的一個(gè)非常重要的因素。電解液在溫度較高時(shí)，其離子運(yùn)動(dòng)速度增加，擴(kuò)散能力加強(qiáng)，電解液內(nèi)阻減小，放電時(shí)電流通過電池內(nèi)部，壓降損耗減小，所以電池容量增大；當(dāng)電解液溫度下降時(shí)，則容量降低。但環(huán)境溫度不能過高，若在環(huán)境溫度超過40℃條件下放電，則電池容量明顯減小。因?yàn)檎龢O活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，若放電轉(zhuǎn)變?yōu)镻bSO4，其顆粒間就形成了電氣絕緣，所以電池容量反而減小。

2）過放電、過充電的影響

所謂過放電就是指VRLA蓄電池在放電終了時(shí)還繼續(xù)進(jìn)行放電。過放電使正負(fù)極板上生成的PbSO4結(jié)晶顆粒變粗，從而使電化學(xué)極化增大，導(dǎo)致極化電阻的增大。同時(shí)電解液密度隨著過放電的深入而迅速減小，導(dǎo)致蓄電池歐姆內(nèi)阻急劇增大，導(dǎo)致電池端電壓急劇下降。另一方面過放電所生成的PbSO4結(jié)晶顆粒的變粗，會(huì)使極板膨脹，甚至變形。而這種粗顆粒的PbSO4結(jié)晶在充電時(shí)不能完全還原成有效的活性物質(zhì)，PbO2（正極）和絨狀Pb（負(fù)極）尤其是負(fù)極板中的活性物質(zhì)將會(huì)發(fā)生硫酸鹽化，導(dǎo)致電池容量降低。此外，過放電容易造成電池反極。

所謂過充電就是電池被完全充電后，即正負(fù)極板中的有效活性物質(zhì)已經(jīng)被完全還原，而仍繼續(xù)充電，就是過充電。蓄電池的充電接近完全充電時(shí)的電化反應(yīng)主要是水的電解，這時(shí)電解水所產(chǎn)生氧氣的速度大于氧氣通過負(fù)極進(jìn)行氧復(fù)合成水的速度，使VRLA蓄電池內(nèi)氣體壓力加大，導(dǎo)致密封閥門打開，從而使電解液密度增加，正極板柵腐蝕加劇，同時(shí)由于過充電所產(chǎn)生的氣體對(duì)極板活性物質(zhì)的沖擊，造成有效物質(zhì)的脫落，使極板容量減小。

此外，VRLA蓄電池內(nèi)部由于無流動(dòng)的電解液，加之采用緊密裝配，充電反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)，使蓄電池的溫度很快升高，甚至?xí)斐蔁崾Э?。熱失控將?huì)使端電壓急劇降低，危及安全供電，同時(shí)使電池迅速失水，使隔膜內(nèi)電解液很快干涸，最終使電池失效。

3）浮充電壓設(shè)置偏低、偏高的影響

浮充電壓設(shè)置偏低，會(huì)影響電池容量飽和度。浮充電壓偏低，欠充，導(dǎo)致電池容量的下降。時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)造成電池的正負(fù)極板上的有效活性減少，導(dǎo)致電池虧損，如果不及時(shí)糾正，將會(huì)使正極板上的有效活性物質(zhì)鈍化，負(fù)極板上的有效活性物質(zhì)硫酸鹽化，造成電池容量迅速下降。

浮充電壓設(shè)置過高會(huì)加劇正極板柵的腐蝕，過高的浮充電壓不僅使蓄電池內(nèi)盈余氣體增多，影響氧再化合效率，而板柵腐蝕速度與浮充電壓高低成正比，過高的浮充電壓會(huì)使板柵腐蝕加劇，從而會(huì)使電池提前損壞。

3 蓄電池的日常維護(hù)與測(cè)量

日常維護(hù)是否落實(shí)到位是保障蓄電池質(zhì)量的關(guān)鍵因素。蓄電池的維護(hù)在日常維護(hù)工作中占非常大的比重。任何一塊蓄電池的異常狀況都會(huì)影響到整個(gè)蓄電池組的整體質(zhì)量。對(duì)蓄電池的日常監(jiān)測(cè)，性能測(cè)試，定期充放電、容量測(cè)試都必須到位。

3.1 電池組端電壓的均勻性及離散度的定期檢測(cè)

蓄電池的端電壓在出廠或初裝時(shí)一般都相差無幾，但經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，電池極柱與極板間焊接工藝上的缺陷，導(dǎo)致極柱與極板間的接觸內(nèi)阻逐漸增大，或者由于電池安裝時(shí)某極柱間連接條上的螺栓沒有擰緊，造成該連接條接觸電阻增大，使能量消耗增加，時(shí)間一長(zhǎng)，電池的端電壓均勻性就會(huì)變差。

蓄電池各單體間的最大值與最小值的端壓差，稱為端電壓極差，它是衡量電池均勻性的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。測(cè)量蓄電池的端電壓極差需用4位半數(shù)字萬用表的電壓檔在其正負(fù)極柱的根部測(cè)得。一般端電壓極差在浮充或均充或放電狀態(tài)下應(yīng)＜100mv；在靜止（開路） 狀態(tài)下應(yīng)＜20mv。

蓄電池各單體端電壓與整組電池平均端電壓的偏差值，稱為端電壓標(biāo)準(zhǔn)偏差。它是衡量電池各單體電壓均勻性的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。每只電池的端電壓與平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)在士50mv以內(nèi)，其測(cè)量方法與上面相同。

蓄電池的端電壓極差與該組電池平均端電壓之比的百分?jǐn)?shù)，就是該組電池的端電壓離散度。端電壓離散度能夠直接反映該組電池端電壓均勻性的平衡度，因此它是檢驗(yàn)蓄電池組端電壓均勻性的重要指標(biāo)。電池端電壓離散度愈小，說明該電池組的端電壓均勻性就愈好。一般電池端電壓離散度應(yīng)在4.5%以內(nèi)。

3.2 電池組對(duì)浮充電壓的要求

當(dāng)蓄電池在全浮充工作方式下，其充放電循環(huán)次數(shù)少，而自放電和深放電后的容量又能及時(shí)得到補(bǔ)足，所以其活性物質(zhì)利用率高，使用壽命長(zhǎng)。浮充電壓選擇依據(jù)：

1）充電電流能補(bǔ)足電池本身自放電損失的容量。2）充電電流足以維持電池內(nèi)氧循環(huán)。

3）當(dāng)蓄電池單獨(dú)向負(fù)載放電后，能夠依靠浮充而達(dá)到容量飽和度。

4）在滿足上述三條的前提下，浮充電壓取值宜低不宜高，以延長(zhǎng)電池的使用壽命。

3.3 電池組的極柱溫升與壓降的定期測(cè)量

對(duì)于VRLA蓄電池連接條接觸處的可靠程度直接影響到整組電池的充放電效果，而電池組中連接條接觸好壞的檢測(cè)，通常通過測(cè)量電池連接兩極柱間的電壓降的方法來判斷。測(cè)量方法如下：

1）把整流器或開關(guān)電源的輸出電壓調(diào)到輸出下限值，使電池組單獨(dú)向負(fù)載放電；

2）用4位半數(shù)字萬用表在每根電池連接條的極柱根部測(cè)量連接壓降，測(cè)量時(shí)必須把兩根表棒分別緊貼在連接條的兩個(gè)極柱的根部處，并一一記錄每根連接條的極柱壓降，測(cè)量結(jié)束后把整流器或開關(guān)電源的輸出電壓，恢復(fù)到正常值；

3）把每個(gè)實(shí)測(cè)到的連接壓降值必須換算為該電池組額定容量1h率放電電流值下的標(biāo)準(zhǔn)極柱連接壓降；

4）換算成標(biāo)準(zhǔn)極柱連接壓降＜10mv為合格。除了測(cè)極柱間的電壓降外，還有一種檢測(cè)手段就是測(cè)量極柱連接條螺栓處的溫升。值得提出的是，用紅外測(cè)溫儀測(cè)量溫升，測(cè)量的電池組必須有一定的充放電電流，一般在均充狀態(tài)下或者在放電狀態(tài)下進(jìn)行。

這兩種方法在日常維護(hù)中是經(jīng)常要用到的。

3.4 電池組容量的測(cè)試

蓄電池容量就是指電池在一定放電條件下的荷電量。蓄電池作為后備電源，它是保障供電系統(tǒng)永不間斷的生命線，一旦由蓄電池單獨(dú)供電時(shí)，不僅要保證供電的可靠性，而且還要保證供電的時(shí)效性。但VRLA蓄電池不像普通鉛酸電池那樣可通過觀察電池內(nèi)正、負(fù)極板的情況，測(cè)其電解液密度。由于VRLA蓄電池密封結(jié)構(gòu)所限，除能測(cè)量端電壓外，要想了解電池的實(shí)際荷電量，必須通過容量檢測(cè)才能達(dá)到。

蓄電池容量檢測(cè)方式主要有離線式和在線式兩種。離線式－般適用于新安裝，還未正式投入運(yùn)行的蓄電池，可以用恒流（一般采用10h率）假負(fù)載或者根據(jù)實(shí)際負(fù)荷電流進(jìn)行放電試驗(yàn)，這樣得到的放電曲線和測(cè)得的電池容量都比較準(zhǔn)確，可以作為原始檔案，以便以后進(jìn)行容量檢測(cè)時(shí)的比照。而在實(shí)際投入運(yùn)行的VRLA蓄電池，為了確保供電的可靠性，一般都采用在線式測(cè)試。在線式蓄電池容量檢測(cè)有3種方法：全放電法、核對(duì)性容量試驗(yàn)法和單個(gè)電池的活化測(cè)試法。要求維護(hù)人員必須掌握測(cè)量方法。限于篇幅，具體步驟不再詳述。

4 小結(jié)

除了上述提到的幾個(gè)方面外，加強(qiáng)維護(hù)制度的管理，提高維護(hù)人員技術(shù)素質(zhì)也是非常必要的。從歷年的通信電源事故來看，由蓄電池原因造成的占較大比重，維護(hù)人員責(zé)任心不強(qiáng)、技術(shù)素質(zhì)較低，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患也是主要因素之一。因此，加強(qiáng)對(duì)維護(hù)人員的業(yè)務(wù)知識(shí)的學(xué)習(xí)，全面提高維護(hù)人員的業(yè)務(wù)水平，在實(shí)際工作中要嚴(yán)格遵守各項(xiàng)運(yùn)行維護(hù)制度，加強(qiáng)對(duì)蓄電池的觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，把故障消滅在萌芽狀態(tài)，是提高電池運(yùn)行可靠性的又一重要因素。

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