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蓄电池在通信系统中的应用及其维护 【摘要】本文主要论述了蓄电池，特别是阀控式密封铅酸蓄电池在通信系统中的应用及其维护，对蓄电池的浮充充电、放电、温度、容量、内阻等参数进行了分析和说明， 对其维护和使用中应注意的问题也进行了相应的分析和阐述。 【关键词】蓄电池 维护 浮充 蓄电池是一种将化学能和电能相互转换的设备，在有市电的情况下先将电能以化学能的形式存储在蓄电池中，当市电由于某种原因中断时，蓄电池又将化学能转换成电能输出。它是通信系统不间断通信的电源保障，在系统中扮演着不可替代的角色。以酸性水溶液为电解质的称为酸蓄电池，以碱性水溶液为电解质的称为碱蓄电池。因为酸蓄电池是以铅及其氧化物为材料，又常称为铅酸电池。铅酸电池按其工作环境可分为移动式和固定式两大类。固定式铅酸电池按电池槽的结构分为半阀控式和阀控式，半阀控式又分为防酸式和消氢式。目前在通信系统中比较先进和适用的是阀控式密封铅酸蓄电池，这是一种免维电池，这里的免维是指在规定的条件下使用期间不须维护的蓄电池，是相对与传统的蓄电池而言的，仅指在使用期间勿须加水，并不等于对电池不维护，相反对阀控式密封铅酸蓄电池的维护不仅必须而且对维护者的技能要求也较高。 一、阀控式密封铅酸蓄电池 阀控式密封铅酸蓄电池 VRLAB（Valve Regulated Lead Acid Battery）是一种新型蓄电池，被巴黎国际电池会议认为是未来铅酸电池的主流。阀控式密封铅酸蓄电池兴起于80年代初，后迅速在电信、电子和电力行业中采用。我国在1985年将其列为八五计划重大科技项目。由于市场需求，发展很快，1995年比1991年增长了 7倍，特别是在通信行业几乎全部取代了普通铅酸电池和碱性电池。 阀控式密封铅酸蓄电池主要有以下几个优点：l、单体电池电压较高，达2.0V，放电电压平稳：2、电池内阻小，量级在10毫欧以下，适合于大电流放电；3、温度对电池容量影响较小：4、铅酸电池原料丰富，制造工艺简单，因此其价格低；5、电化学反应效率高，达95；6、自放电率低，VRLAB每月自放电5，而普通铅酸电池为25；7、高倍率放电性能好；8、无流动电解液，电池可以任意方向放置；9、比普通铅酸电池寿命长 3倍以上。 二、蓄电池浮充电压的选择 考虑到市电不稳或停电，电池进行浅度放电后，经过一段时间的浮充充电，电池的容量可以得到补充。如果浮充电压选得过低，会造成电池充电不足，在放电时的放电深度自然加大，而在下一次的再充电过程中导致更大程度的充电不足，如此循环下去会造成电池的过放电和失效损坏；相反如果浮充电压选得过高，会使得电池失水，从而缩短电池寿命。 浮充电压的选择主要考虑以下几个因素：l、电解液密度对浮充电压的影响。电池的电极平衡电位与过电位可以对浮充电压造成影响。一般地，电解液密度越大，正极平衡电位也越大，而过电位是指有电流流过时，由于电池内阻、浓差极、电化反映的滞后引起的电池电压变化。2、极栅合金对浮充电压的影响。合金中的锑对浮充电压及其电压偏差会产生影响，锑使电极过电位降低，又由于锑对电池负极的污染在每个电池中并不均匀，故会引起单体电池浮充电压的偏差较大。VRLAB由于无锑或很少的锑，故偏差较小，约0.01V。因此 VRLAB的浮充电压可以比普通电池高一些。根据浮充电压选择的原则及各种因素对浮充电压的影响，对VALAB国外一般选择稍高的浮充电压，一般在2.25V2.33V，国内稍低，一般在223V227V。3、浮充电压的温度补偿。浮充电压和环境温度有着密切的关系，普通电池对环境温度要求不高，而VRLAB要求按温度补偿系数对浮充电压进行补偿。温度补偿系数一般为一3myoC，及要求温度每升高loC浮充电压应降低0刀03V。因此应尽量保持环境温度恒定，一般宜选择在20oC25C。 三、蓄电池浮充电流的选择 浮充电流的大小与以下几个因素有关：l、自放电大小；2、电池结构；3、电池的新旧程度；4、浮充电压；5、浮充时负载的变化；6、电解液浓度和温度；7、电池绝缘情况；8、浮充前电池的状态。 一般地，浮充电压升高，浮充电流就增大，浮充电压每升高100mv，浮充电流就提高10倍。温度对浮充电流也有影响，一般地，温度每上升10 C，浮充电流加倍，反之温度降低10 C，浮充电流减半。VRLAB与一般开口式铅酸电池的浮充电流有很大的不同。 在同一的浮充电压下以环境温度25 C为例，当浮充电压为225V时，一般电池的浮充电流为14mA/100Ah，而VRLAB则为45mA/100Ah，可见VRLAB比普通电池的浮充。电流高出22倍。其原因在于普通开口式电池在电池容量已100充足后，浮充电流全部用于 水解，即在正极析出O 2电流和在负极析出H 2电流均为14mA/100Ah：而对于VRLAB，当电池容量充足后，负极电位停留在开始电位，不以H 2析出电压来确定，同时不受电流密度与温度的影响。因此45mA/100Ah的浮充电流90用于补偿内部气体的循环，不足10 的电流用于产生多余的O 2和H 2，这正是VRLAB浮充电流大于普通电池的原因。 四、电池应按需有控进行均衡充电 均衡充电电压一般选择为2.30V2.35V，这时电化反应剧烈，电池正极周围有相当数量的水被电解成一定数量的氢和氧，同时电池内部热量大，产生的气体多，排气不及时会引起电池壳体变形，甚至发生爆炸。因此在正常使用情况下，一般勿须进行均衡充电，频繁的进行均衡充电也会缩短电池的使用寿命。另一方面铅酸电池长期在全浮充状态下运行，在一组电池中难免产生落后电池，若不作均充，很可能发生充电不足的情况。解决的办法是在一定的控制条件下对电池进行均衡充电，目的是使充入的容量略高于放出的容量，又使产生的氢和氧充分复合，以保持电池内部压力的适中。如何选择合适的均充电压以及如何确定均充时间长短是两个重要的问题，目前较先进的充电设备有相应的均衡充电管理功能，而大多数的设备都没有，这就要求管理者对电池的状态进行监控。 五、电池内阻 电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻由极板、极柱、溶液、隔膜组成，极化电阻主要由化学极化和浓差极化组成，蓄电池在完全充足电时的内阻最小，内阻随放出的电量增多而变大，而其中的极化内阻会随着放电状态的不同而发生变化，电池内阻可以在一定程度上反映电池的好坏，然而要准确测量电池内阻也不是一件容易的事。一般地，在同系列的蓄电池中，额定容量大的电池内阻小，额定容量小的电池内阻大，数量级在几个毫欧或更小。目前提出的测量内阻的方法主要有：瞬态测量法；示波器观察法；交流电桥法。电池的欧姆内阻在给定放电条件下随放电深度增加而增加，而极化电阻与放电深度呈线性递减关系，因此欧姆电阻和极化电阻都可以反应电池的容量状况，但两者变化趋势相反，如何从电池内阻中将欧姆内阻和极化电阻分离开是一件不容易的事情。 六、环境温度对蓄电池的影响 电池的使用寿命和额定容量都是在标准温度下而言的，一般把 25 C设定为标准温度。如果环境温度高于标准温度，电池的寿命将缩短。如果在 25 C的标准温度下电池的使用寿命是20年，那么27.5C时的电池寿命就只有16年，30 C时只有13年，35 C只有10年，如果温度达到 55C，就只有25年了。一般规律是环境温度每增加 SC电池寿命缩短30。研究发现，电池长期在高温下工作，其内部水分蒸发快，化学反应剧烈。板极腐蚀不仅在充放电时发生，而且在被搁置时也会发生，搁置时的环境温度和时间对电池寿命有很大影响，温度越高，腐蚀愈大，且其程度基本上与温度的倒数呈线性关系；搁置时间愈长，电池腐蚀层的厚度愈厚，如在015C的环境温度下电池一般只能搁置12 年，1630C时只能搁置6年，3140C时只能搁置5年，4150C时只能搁置3年。这就告诉我们在购进新电池后必须及时对电池进行处理，要么将其放在浮充状态下，要么定期给电池充电，不管那种方式，对环境温度的控制都是十分重要的，有条件的地方最好能配有空调等设备环境温度不仅影响电池的使用寿命，而且对电池的容量也有影响。在标准温度如25C以上，电池容量略有增加，在标准温度以下，容量有较大的减少。这是因为在低温状态下，电池负极的活性物质利用率极低，如在零下10C时，电池容量就只有标准温度时的5570O，零下15C时，容量将不足35%。相反，温度升高，活性物质反应剧烈，电解液的粘度降低，减少了浓差极化的影响，如在40C下电池放出的电 量比25C时增加 1015。但当温度达到4550C时，电池容量又明显减少，这是因为电池的活性物质已达到了其极限温度，其化学结构将遭到破坏，这种活性物质在高温放电后会变成另外一种具有绝缘特性的颗粒状物质，因此电池容量会减少。另外温度对电池内阻和充电效率也有不同程度的影响。温度升高，内阻加大，电池在0 30C工作时电解液的导电性是最好的。我国的南、北方气候差异大，电池使用的条件不同，因而即使是同一的电池，如果使用和维护不当，在不同的使用地区会产生不同的效果，这一点应引起大家的注意。 七、电池的维护 一般维护。经常测量电池的浮充电压，检查电池连接处有无松动，根柱、安全阀周围是否有渗酸和酸雾逸出，电池壳体有无渗漏和变形。 蓄电池的充电和放电。对于VRLAB电池，使用前不需初充电，但应作补充充电 和一次容量检查。有下列情况之一时应对电池进行充或均衡充电：在一组电池中发现有2只以上电池浮充电压低于2.18V；电池已放出20以上的额定容量；电池搁置不用时间超过3个月；全浮充运行达3个月。蓄电池的放电要求如下：每年应以实际负荷作1次核对性放电，放出额定容量的3040；每3年作一次容量试验，电池使用6年后宜每年作一次；蓄电池放电期间，每小时应测量1次端电压和放电电流。在电池全浮充状一态下，浮充电压应按说明书规定进行，电池端的螺栓及螺母应连接牢靠，必要时可涂导电膏，放电时电池间的连 接电压降应小于10mv，浮充时电池组各单体电池的浮充电压之差应小于50mv。每月应对各电池的端电压测量一次。电池的容量检查是十分重要时一个环节，而方法不当将损坏电池，应引起高度重视。一般有两种方法，一是放电测试，用假负载按10小时放电率放电，放电时测量每个电池的端电压，如果放电电压低于规定要求如 18V则认为放电结束。第二种方法是带载；放电，即用负载直接放电，放电前及放电时应对每个电池测量电压，并记录放电电流，如果放电电压低于规定要求，放电应立即结束，根据电流、电压、时间计算出电池容量。 VRLAB放电容量不足60的即认为电池寿命中止，在60以上的电池应进行补充充电。 一般不宜同时并、串联不同厂家、不同制造日期、不同型号的电池。 八、蓄电池的使用现状g 国内市场使用不同国家和国内的VRLAB，国外的有英国的霍克、科莱；日本的汤浅； 美国的GNB和法国的欧登马；台湾的赛特；就总水平来说，国内产品比国外产品落后约5 年，但也不排除部分国内产品达到或超过同外产品水平。我国VRLAB电池的制造厂家已经 有50多家，发展速度非常迅速，引进技术主要以美国和日本为主。 通过统计调查发现，目前国内在使用电池时出现的问题主要有：渗漏、膨胀、漏液、 电压不均、容量下降、酸雾溢出。由于电池在全浮充状态时未对其进行必要的维护或维护不当，缺乏必要的测试仪器和手段，在某些地区，当市电中断时，蓄电池不能很好地工作， 造成了通信长时间中断的重大事故。随着通信业的迅猛发展，不仅在电信部门，而且在其它一些部门如电力、水力、铁道等部门，只要是有通信网、交换机的地方，蓄电池的维护和使用越来越成为一个比较突出的问题。通信的目的就是在各种情况下保证信息的畅通，特别是在重大事件或事故发生时。而通信电源的不间断和可靠是最基础的保障条件，蓄电池在其中扮演的重要角色是可以想见的。 目前许多国外公司，如美国的Sporton公司，德国的Varta公司已针对蓄电池维护和测量 的特殊问题开发出了