如何延长蓄电池的使用寿命.doc

如何延长蓄电池的使用寿命 动力专业培训教材 通信电源系统是整个通信系统的基础，阀控式铅酸蓄电池简称（VRLA）电池,目前已广泛装配于通信局、站。为市电停电后不间断供电，保证网络通信畅通发挥着十分重要的作用。但有相当一部分交换局，移动通信基站所配备的蓄电池未能达到维护规程所规定的，生产厂家所承诺的八年的使用期限，相当一部分仅使用了56年，短的甚至使用还不到12年，就放不出电量，市电停电半小时基站就断了。给移动通信用户造成不便，影响了网络的畅通，引起了网络维护部门的领导，全体维护人员的极大关注。因此，研究探讨如何延长阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命，分析造成蓄电池不能放出应有容量的原因，以便在日常维护工作中吸取教训，及时采取应急措施，让阀控式铅酸蓄电池在关键时刻发挥应有的作用。阀控式密封蓄电池的使用寿命包括使用期限和循环寿命。使用期限是指蓄电池可供使用的时间，包括蓄电池的存放时间。循环寿命是指蓄电池在保持输出一定容量的情况下，可供重复使用的次数。那么要想延长电池的使用寿命，首先，要弄清楚VRLA蓄电池影响和制约使用寿命的相关因素。一、 先分析一下VRLA蓄电池的工作原理和结构，VRLA蓄电池原理与传统铅酸蓄电池基本相同，阀控铅酸蓄电池是勿需加水密封的电池，其结构较原富液式电池有如下改进：（1） 负极容量相对于正极容量过剩，使其具有吸附氧气并将其化合成水的功能，以抑制氧气气体发生速率。（2） 固定电解液，采用吸液能力强的材料作隔膜，使较大浓度的电解液全部被其贮存，而电池内无游离酸（即贫液）或者使电解液与硅溶胶组合为触变胶体。（3） 改进栅板材料，采用无锑（或低锑）铅钙多元合金制作正极板栅，以提高抗腐蚀能力。采用铅钙合金制入负极板，以提高析氢过电位。（4） 电池端盖上装设单向节流阀（阀控帽）,如遇电池在异常情况下析出盈余气体，或延期运行中残存有气体，经过节流阀泄放之后减压关闭。它的正负板活性物质是二氧化铅（Pb02）负极板活性物质是海绵状金属铅（pb）电解质是稀硫酸（H2S04）当有充/放电反应进行时，正负极活性物质分别通过电解质与其放电态物质硫酸铅来回转换，其化学反应方程式为：放电充电Pb02+2HS04+Pb PbS04 +H20PbS04 I2HHHHHH0电池放电过程的化学反应： 当外电路接上负载后，4H20O铅蓄电池在正负极板间电位差的作用下，电流I从正极流出，经负载流向负极，也就是So4O4pbpbSo4说，负极上的电子经负载进入正极。2HO H2SO4减小蓄电池H20增多如图所示，同时在蓄电池内部产生化学反应： （VRLA蓄电池放电时的化学反应原理） 在负极板上，每个铅原子（Pb）放出二个电子，而成铅正离子（Pb+）因此负极板出现若干多余的电子，这些电子在电位差的作用下，将不断地经外电路进入正极板，而在电解液内部，因硫酸分子的电离，便有氢正离子（H+）和酸根负离子（SO4）存在，这时因电荷（离子）的静电作用，氢正离子（H+）移向正极板，酸根负离子（SO4）移向负极板，于是就形成了电池内部的离子电流，当酸根负离子（SO4）与负极板上的铅正离子（Pb+）相遇时，便生成硫酸铅（PbS04）分子附在负极板上。（3）在正极板上，由于电子自外电路进入，（PbO2）与水作用离解出来的四价的铅正离子（p+）在取得二个电子后化合变成二价铅的正离子硫酸铅分子（pb+）,再和正极板附近的酸根负离子（so4-）结合在一起，生成硫酸铅分子（pbso4）附在正极板上。随着蓄电池放电，硫酸逐渐消耗，电解质的质量发生变化，正负极板均变成了硫酸铅（pbso4）此时应及时进行对蓄电池进行充电，使其还原成正极板（pbso2）负极板（pb）为下次放电做准备。若VRLA蓄电池放完电后，延迟充电的时间越长，对电池的使用寿命影响就越大，一般不宜超过24小时，从化学反应方程式可以看出，电解质中的酸根负离子与正负极板上的pbo2和pb结合生成硫酸铅，时间久了pbso4 就会发生变化，失去活性，变为很不容易还原的硫酸铅结晶，造成极板硫酸盐化，从而降低电池容量并缩短电池使用寿命。这方面的教训是非常深刻的，记得我区华北电池厂基站建成投入运行一年后所租机房场地新旧业主之间发生了纠纷，（即金明房产与华北电池厂）各自双方都说自己拥有产权，意见闹的不可开交，采用断电、停水、断路、封楼等极端措施，至使我公司所在该单位基站设备正常运行受损，交流停电后，由VRLA蓄电池供电，电池放电完后，市电无法恢复供电，自备发电机无法进入该单位发电，VRLA电池深放电后正负极板形成的硫酸铅不能及时氧化还原，有效物质失去活性，出现极板硫酸化特征，仅一周的时间，电池容量全部丢失，用数字万用表测整组各只电池电压有半数为0V。由此可见，VRLA蓄电池充放电化学反应方程式其原理的可逆性是有条件的，充足电后可以不及时放电，但放完电后切记定要及时充电，以便保证正负极板上的有效物质的活性，失去活性，就意为着失去容量，失去寿命。防止深放电后不及时充电,或充电不足造成正负极板硫酸化是摆在每个维护人员面前的一项重要任务。我省部分县区今年供电形势严峻，出现拉闸限电时间长、次数多、范围广，这对于我们移动基站所配备的VRLA蓄电池的使用寿命是一个挑战，如何在现有的条件下，使深放电后的电池尽快还原，恢复活性，防止硫化，各地有不少好的经验可以借鉴。比如：有的县分公司维护人员利用数量有限的发电机轮流对停电基站的蓄电池及时补充充电，即延长了VRLA蓄电池供电时间，又使经过放电的电池尽快还原恢复，这样维护人员虽然增加了工作量，不断转移发电地点，但对延长VRLA蓄电池的使用寿命十分有利。有的市县区维护人员充分利用现有的发电设备（含自备、租赁等），遇有交流停电，不等不靠，及时积极组织力量展开发电，尽量减少VRLA蓄电池深放电的次数，延长蓄电池的使用寿命。石家庄分公司各县区维护人员根据县区基站分布距离远，停电后前往发电路程时间长等问题，采用在基站所在地村庄就近租赁发电机发电，按省、市公司指导租赁标准结算费用，为停电及时发电赢得了时间，与此同时积极与当地供电部门建立联系，遇有大面积停电时间较长，VRLA蓄电池快顶不住时，通过积极协调，加强攻关，送纪念品等做法，促使变电所合闸送电若干小时，以增加电池还原恢复的机会，为延长蓄电池的使用寿命，保障网络畅通进行了卓有成效的工作。二尽量避免VRLA蓄电池小电流长时间深放电 人们衡量VRLA电池放电终了的方法往往习惯以终止电压为参考当量，而小电流长时间深放电恰恰端电压下降很慢，容易造成放出电量超出了额定容量，端电压还不低于1.8V，所以小电流长时间深放电应以放出的实际电量来计算容量，端电压仅做为辅助参数。另外从前边VRLA电池放电反映原理图可知小电流长时间深放电，电解质中的硫酸（so4）根离子容易渗透到正负极板的纵深部位，在极板深处形成不容易还原的硫酸铅，这对电池的容量及使用寿命影响是严重的，维护人员遇有小电流长时间深放电应及时用小电流常时间补足充电，以使其极板深部有效物质充分还原，若充电不及时，或搁置时间过长，正负极板恢复活性的难度就更大。三.及时检查校对开关电源的各项参数设置VRLA蓄电池的运行状况，受控于与之联接配套的直流配电，模块整流，智能管理于一体化的高频开关电源，高频开关电源根据如何有利于延长VRLA蓄电池使用寿命的特性设计了智能化的科学管理模式。比如：1.电池深放电后交流来电时防止大电流对正负极板的冲击而设置了充电限流值。2.VRLA蓄电池在平时长时间使用为补充电池本身的自放电，延长使用寿命而设置了浮充电压值。3.为防止电池长时间过放电，留有充足的可逆性，而设置了输出低压断路器动作电压值（分一次下电，二次下电）及温度补偿，高低压保护等，这些参数在基站刚开通调测时虽然已进行了设置，但随着设备运行情况的不断变化，元器件的故障损坏，维护人员的更替等原因有可能发生变化，故维护人员巡检设备时应重点检查校对开关电源的各项参数设置，下面是几个主要配套电池厂家提供的部分参数设置建议值： 浮充电压 低压断路电压 均充电压 高压告警 充电限流哈尔滨光宇 53.52 43.2V 无需均充 57V 0.1C10A江苏双登 2.25V/单只 44V 2.35V/单只 57V 0.1C10A湖北宇奥 2.25V/单只 44V 2.30V/单只 57V 0.1C10A这些参数如果偏离了整定值，对VRLA蓄电池的危害是相当大的，比如浮充电压设置在54V，则按单只电池最佳状态要求的2.25V取2.25V24只54V经验表明此时VRLA电池除补足本身自放电外处于即不过充电，也不过放电的最佳状态，对延长使用寿命十分有利。若浮充电压由于某种原因偏离到54.6V，此时单只电池54.6V24只2.28V，长时间浮充于此值易对电池造成过量充电，其危害大致有正负极板有效物质的脱落、变形、增加电解液的损耗、干涸，过充电严重时易造成电池温度升高，自放电加速，外壳膨胀鼓包、变形等。若浮充电压向下偏离，则易造成电池充电不足，难以补充电池本身自放电，时间久了，即易形成极板硫酸化，影响VRLA的使用寿命。在机房环境温度环境温度255下，阀控密封铅酸蓄电池的100循环使用寿命可达300500次，设计使用年限在810年，这主要取决于标准的循环充放模式，即总电压低于43.2V单只终止电压低于1.8V时，低压断路器动作值要准确，此值在巡检时务必仔细检查，部分开关电源为检修维护方便起见，在断路器旁边又并联了旁路闸刀或保险，只有检修或断路器失效时才闭合旁路闸刀或保险，若平时不断开旁路闸刀或保险，低压断路器将失去作用，停电后VRLA电池得不到保护，放电将是毁灭性的，过度深放电给电池寿命造成严重影响，力戒避免。四.温度对VRLA蓄电池容量和使用寿命的影响VRLA蓄电池属于贫液式设计，加上紧装配结构，电池工作温度对容量具有重要影响，在环境温度1045范围内铅酸蓄电池容量随温度升高而增加。如VRLA蓄电池40下放电量比在25下放电量大10左右，但是超过一定温度范围，则相反。如在环境温度4550条件下放电，则电池容量明显减小低温（5）时电池容量随温度降低而减小，电解液温度降低时，其粘度增大，离子运动受到很大阻力，扩散能力降低，在低温下电解液的电阻也增大，电化学的反应阻力增加，结果导致蓄电池容量下降，其次低温还会导致负极活性物质利用率下降，影响电池容量。如电池在-10环境温度下放电，负极板容量仅达35额定容量。若阀控蓄电池工作环境温度过高，或充电设备电压失控，则电池充电量会增加过快，电池内部温度随之增加，密封式电池本身散热状况就不佳，从而产生过热，电池内阻下降，充电电流又进一步升高；反过来电流的升高又使电池内部温度再升高，内阻进一步降低。如此反复形成恶性循环，直至温度过高引发电池的热失控使电池壳体严重变形、鼓包，造成整组电池失效损坏。所以在巡检维护工作中要十分注意，装有VRLA蓄电池的机房温度，超过28发出告警信号，尽快组织处理，超过40发出严重告警信号，必须争分夺秒予以抢修，使空调尽快恢复制冷状态。这方面石家庄地区招待处基站，由于空调故障引发机房高温，导致VRLA电池热失控的教训，是非常深刻的，维护人员接到某机房、基站出现高温的告警信息后，首先想到的若不及时处理，就有可能出现蓄电池热失控的严重后果。在赶往故障基站的路上，无形中加快了脚步。出现机房、基站高温，引发VRLA电池热失控的概率，市区多于县区，这从基站的设备配置可以看出，市区近50个站装有900兆，收发信机3套，1800兆收发信机3套，6套收发信机同装在一个房间，内部元器件散发的大量热源，在门窗全部密封的房间内无处外泄，只有通过基站空调来吸收，所以市区传输动力中心的维护人员的责任更重要一些。而县区相同机房面积的装机量相对市区要小一些，有的仅12台收发信机、空调故障后，引发机房高温，导致电池热失控的概率，要相对小一些。但夏季高温季节环境温度3839,地表温度达60时也决不可掉以轻心，应始终抓紧维修。看来机房温度对VRLA电池的容量和使用寿命的影响，引起各级维护人员的足够重视。高温对蓄电池失水干沽，热失控，正极板栅腐蚀和变形等都起到加速作用，低温会引起负极失效，温度波动会加速枝晶短路等，（枝晶短路深放电之后的电池，其吸附式隔板中易出现铅绒或弥散型PBSO4沉淀，导致负极板微短路，称为枝晶短路），这些都将影响电池的使用寿命，除了以上导致电池寿命缩短的因素之外，电池本身还有因原材料（如隔膜）质量和生产过程控制引起的失效或达不到使用年限等因素。五、重质量，选品牌，严把订货关。 其实，提高维护质量，延长VRLA电池的使用寿命，让有限的资金发挥尽可能大的作用，不仅仅是维护人员的责任，重蓄电池产品质量，选品牌，严把订货关，让屡出问题，远达不到产品性能指标要求，维护人员反应生产厂家问题最多的欠佳产品进不了我们的网络，是摆在各级管理部门的一项艰巨任务。建议定期组织相关人员对几个蓄电池生产厂家的材料筛选，生产工艺、容量测试等进行调研。拿出文字性的调研报告，供领导参考，掌握生产产品的第一手资料。 根据我公司网上投入运行的蓄电池的运行状况，进行容量、使用年限，所能提供的充放电循环次数的比较，促使生产厂家提高和改进产品质量，在交流供电条件比较恶劣的县区，如：经常停电频次多、时间长、面积大，可选各厂家的同容量的VRLA蓄电池，分别按装于附近相邻基站，并每隔半年或一年测试、评估，对各品牌电池的保持容量，按质量分别排出名次，为今后选型订货做参考。 因为VRLA蓄电池的设计寿命为810年，如果某欠佳产品只用了23年就