4 合理管理的效果

　　根據以上的介紹分析，蓄電池的運行狀況，受控于與之聯接配套的直流配電模塊整流和智能管理于一體化的高頻開關電源。蓄電池在容量正常時，就是在網運行1～3年該充電方法是完全可行的。但是移動基站移動通信基站蓄電池時常處在頻繁放電、深放電、過放電狀態下及使用環境較惡劣，加上開關電源對蓄電池充電方式的技術的局限性。如蓄電池只有在完全放電的情況下才能夠檢測到其真實容量，而在正常使用情況下是無法檢測到。開關電源所采集的蓄電池放電電壓、放電電流以及放電時間，來實現簡單的容量估算。另外，蓄電池在沒有充電飽和的情況下放電，所計算出來的容量也不是真實容量。每次開關電源的均充電是根據電池組剩余容量、電池充電電流為依據，控制電池由浮充轉入均充，以充電電流，充電時間為依據，控制電池再由均充轉入浮充。在蓄電池容量下降后或出現硫化后以上的判斷條件將無法滿足充電要求。由于移動通信基站蓄電池日常充電維護管理主要靠開關電源設備，因此解決蓄電池容量下降問題更本出路在于開關電源充電問題。

　　在蓄電池組實際運行時，開關電源并不是對每個電池單獨控制充電的，而是控制整組電池的充電電壓。如要求單體浮充電壓為2.25V時，對通信電源的24節電池組，則整組電池電壓設為：24×2.25=54V;這時，由于電池生產過程中材料、工藝等非一致性，導致了單體電池性能參數的非一致性，每個單體電池并沒有按理想設定的浮充電壓(2.25V)在充電!雖然流過各單體電池的浮充電流是相同的，但由于電池組中各單體電池特性存在離散性，這個浮充電流對某些電池可能是過量的，對某些電池又是欠量的，而且這種過量和欠量又是動態的，在不同的使用環境(如溫度影響)、使用年份(如充放電次數)等物理因素和蓄電池內部硫酸鹽化進程等因素的作用下會發生不規則的變化，造成蓄電池單節的自放電率出現差異， 導致保有容量出現差異，這種狀況在現行的充電運行方式下是無法干預的。因此在達到現行的所謂電池充足標準下，各電池其實處于程度不等的“荷不滿”。由于電池處于“荷不滿”狀態，試圖用各種方法去檢測其容量，也就變得毫無意義，因為電池單體處在不同的起跑線上。

　　圖3記錄了一組電池使用初期單體電池浮充電壓的變化。

圖3 一組蓄電池的電壓變化

　　顯然，單體電池浮充電壓波動很大，高的超過了2.30V以上，低的在2.20V以下，這就為蓄電池的失效埋下了種子。

　　過高的浮充電壓意味著對電池的過充，加速了正極板腐蝕并減少了電池壽命;這就會造成個別單體蓄電池長時間均浮充造成過量充電，其危害大致有正負極板有效物質的脫落、變形、增加電解液的損耗、干涸，過充電嚴重時易造成電池溫度升高，自放電加速，外殼膨脹鼓包、變形等。

　　同樣，過低的浮充電壓意味著對電池的欠充，加速負極板腐蝕，也減少了電池壽命;并且同時會造成個別單體蓄電池充電不足，難以補充電池本身自放電，時間久了，即易形成極板硫酸化。

　　電池組中各單體電池電壓會相互影響，產生更大的波動，加強了過充和欠充現象。

　　圖4描述了充電電壓與極板腐蝕速率的關系，顯示了過高和過低的充電電壓對極板腐蝕的影響。

圖4 充電電壓與腐蝕速度的關系

　　在對實際運行的蓄電池組浮充電壓數據進行分析后，開關電源充電不足造成浮充電壓的偏離現象是普遍存在的，特別是在網運行2～3年的蓄電池組。盡管理論和實踐都證明，單體電池的浮充電壓和電池容量沒有相關性，但是浮充電壓的離散度卻和電池性能有相關性，通過放電測試驗證了浮充電壓長期偏離對容量的影響，尤其是浮充電壓離散度更能表征對電池容量產生的影響。

　　圖5中是蘭州苦水移動基站一組蓄電池組中其中1#與7#電池的浮充電壓與平均浮充電壓的比較圖，顯然1#電池處于長期欠充電狀態，7#電池處于長期過充電狀態。

圖5 兩個電池的浮充電壓對比

　　圖6所示的放電數據完全證實了這一判斷，1#電池由于長期處于欠充電狀態，放電電 壓明顯低于平均電壓，且在放電終止時回升緩慢，而7#電池由于處于長期過充電狀態，放電電壓也明顯低于平均電壓，但在放電終止時迅速跳躍回升，表現了內阻較大的作用。

圖7 兩個電池的放電對比

　　圖7中是蘭州師?；镜母〕潆妷簲祿?，可以看到某幾節電池浮充電壓明顯的偏離平均電壓，有些蓄電池處于長期欠充狀態，放電測試也同樣驗證了分析結果。

　　從以上分析和數據可以得出：

　　(1)開關電源充電參數會對閥控式鉛酸蓄電池的浮充電壓會對電池容量和壽命產生影響;

　　(2)由于電池制造工藝的非一致性，也由于蓄電池總是成組使用的，導致了實際使用中浮充電壓離散性不可避免的存在。

　　當蓄電池由于多種原因導致虧電后，再使用恒壓充電方式進行補充充電，因恒壓充電方式固有的不足，蓄電池不能完全充足，極板表面硫化現象不能完全消除，蓄電池投入使用后，又容易再次發生虧電故障。如此不良循環的惡果就是，蓄電池極板表面硫化現象越來越嚴重，蓄電池的容量越來越小，蓄電池的技術狀態越來越差。這是造成移動通信基站蓄電池提前報廢的一個主要原因。

　　恒壓充電法，我們看到開關電源的輸出電壓，始終是在開關電源設計者認為蓄電池安全受電的最高允許電壓上，低于這個電壓，將無法使蓄電池充滿，這個電壓是否真的安全?

　　充電過程中，如果單體蓄電池的充電電壓比電池自身實時的電壓高出100mV，通過蓄電池的充電電流要比蓄電池的最大安全受電電流要增大10倍以上。而充電前蓄電池一般都是在放完電后，這時的蓄電池是處在最低的電壓上。如單體鉛酸蓄電池，放電后一般為2.0V，而此時的充電電壓如果是恒定在2.25～2.4V，可見充電器輸出的電壓和蓄電池電壓的差已遠遠大于100mV。這樣的恒壓充電，通過蓄電池的充電電流將是蓄電池最大安全電流的幾十倍，如果開關電源的輸出功率與容量足夠大的話，必定會造成蓄電池的損壞，如果開關電源的容量不夠，那就必定會造成開關電源的過載燒毀。經過改進后的恒壓限流充電方式，為了能保障蓄電池和開關電源不致遭到損壞的厄運，卻降低了充電效率，增加了損耗，延長了充電時間，雖然絕大多數的開關電源設有環境溫度變化的跟蹤補償能力，但是開關電源此時還保存著最大的電流輸出能力。

　　我們知道，蓄電池較長時間虧電狀態，極板極易產生硫化，而恒壓充電方式又很難消除極板硫化現象，充電時較大的充電電流除用于消除極板硫化現象外，還會電解水，所以充電時蓄電池很快就產生了大量氣泡，給人以蓄電池已充足電的假象。如果仔細觀察就會發現，極板硫化的蓄電池充電時，很快就能產生大量氣泡，而正常的蓄電池則是在充電終了時才會產生大量氣泡。僅從氣泡產生的時間就是不一樣的，是有較大區別的。由于極板硫化，蓄電池的容量就會大大降低，直接影響蓄電池的正常使用。也就是說，使用恒壓充電方式很難恢復蓄電池的額定容量。

　　理論和實踐證明，蓄電池的充放電是一個復雜的電化學過程。一般地說,充電電流在充電過程中隨時間呈指數規律下降,不可能自動按恒流或恒壓充電。充電過程中影響充電的因素很多,諸如電解液的濃度、極板活性物的濃度、環境溫度等的不同,都會使充電產生很大的差異。隨著放電狀態、使用和保存期的不同,即使是相同型號、相同容量的同類蓄電池的充電也大不一樣。

　　但對于“用時間長了”的蓄電池，其失效原因各種各樣。尤其是移動通信基站長期頻繁停電或環境溫度達不到蓄電池組的要求，這是目前電池正極板軟化最嚴重的問題。并且失水是大量發生的嚴重的問題，維護的重要環節就是補加水。。事實上，所有的鉛酸蓄電池，只要使用一段時間，其正極板的活性物質的結構和化學組成就已經改變了，也就是說，所有“用時間長了”的蓄電池，其正極板都或多或少存在著問題。如果采取同一種模式和方法進行蓄電池充電管理，是不可行也是完全不現實的。至此，我們可以看出，造成閥控式蓄電池使用中出現早期性能下降和損失容量的重要原因，大多是傳統蓄電池充電技術落后與過程控制不力所致。

　　5 開關電源蓄電池參數設置的基本方法

　　由于閥控電池平時一直處于浮充電狀態，所以只有三種可能，即正常浮充狀態、過充狀態、欠充狀態。這一狀態的判別，并不是簡單的在某一時刻去測量單體電池浮充電壓，而是應該通過一段時間的電壓數據分析，如自身離散度的變化、相對整組離散度的變化等，再輔以內阻的變化，才能較為準確的獲得浮充電狀態。

　　5.1.對確認過充的電池，予以在線活化。

　　當電池處于長期過充電狀態，將加速正極板的腐蝕，影響電池容量。過充的電池會在浮充電壓中得到表現，并依據本文提及的分析方法得出判斷，通過在線對過充電池適當調整浮充電壓，可改善過充對電池造成的損害，并使電池恢復到正常浮充電狀態。

　　5.2對確認欠充的電池，予以在線補充電。

　　長期充電不足或是在放電后沒有及時完全充電，將導致負極板的硫酸鹽化，使原本處于欠充的負極板PbSO4無法得到還原，并影響電池容量。欠充的電池會在浮充電壓中得到表現，并依據本文提及的分析方法得出判斷，及時予以在線補充電，改善可能出現的硫化現象，使電池恢復到正常浮充電狀態。

　　5.3保持良好的浮充狀態

　　決定電池壽命的要素主要有三個：第一是產品原始質量;第二是維護是否合理;第三是電池是否處于良好的浮充運行狀態。

　　單體浮充電壓是根據電池廠家要求設定的，閥控電池一般在2.23～2.27V 之間。單體浮充電壓對閥控電池的壽命有著明顯的影響，圖8說明了這一影響的關系。

圖8 浮充電壓和壽命的關系

　　可以看出同樣的溫度下，浮充電壓過低(2.21V)或過高(2.30V)對電池壽命都是不利的。

　　浮充運行是指整流器與蓄電池并聯供電于負載，如圖9所示。當交流電正常供應時，負載電流由交流電經整流后直接供電于負載，蓄電池處于微電流充電狀態;當交流電停供時才由蓄電池單獨供電于負載，故蓄電池經常處于充足狀態，大大減少了充放電循環周期，延長了電池壽命。

圖9 浮充原理圖

　　5.4浮充電壓的選擇

　　蓄電池浮充電壓的選擇是對電池維護得好壞的關鍵。如果選擇得太高，會使浮充電流太大，不僅增加能耗，對于密封電池來說，還會因劇烈分解出氫氧氣體而使電池爆炸。如果選擇太低，則會使電池經常充電不足而導致電池加速報廢。

　　整流器穩壓精度必須達到±1%;IC為蓄電池充電電流，主要是補充蓄電池的自放電;由于蓄電池處于浮充(充足)狀態，E2和r02基本不變。對于開口型電池，因電解液由各使用單位自行配制，故充電開始有所差異。對閥控式密封鉛酸蓄電池，出廠時已成為定值，為此:

　　式中，Q為蓄電池組的額定容量;r%為電池一晝夜自放電占額定容量的百分比，則:

　　由此可見，浮充電壓應按電池的容量、自放電的多少而定，而不應千篇一律，照抄國外或沿用老資料，特別是閥控式密封鉛酸蓄電池，其自放電很小，故可降低浮充電壓。對于閥控式密封鉛酸蓄電池，因電解液、隔離板均由廠家出廠時密封為定值，故應增加一個自放電的指標。

　　合理選擇浮充電壓。各種蓄電池浮充電壓不盡相同，在理論上需要浮充電壓產生的電流是以達到補償自放電電量以及單放電電量，和維持氧循環需要。但在實際工作中還需根據電池組工作年限及各種情況來定，需考慮電池結構狀態，正極極柵腐蝕速率，電池內氣體的排放，通信設備在浮充系統基礎電壓的要求等。有些長時間電池放電后需長時間補充能量，則臨時需調高浮充電壓。對于如負載電流為40～50A,300AH 蓄電池放電時間只有2～4小時。浮充電壓設置方法為24h自放電量及充放電效率，故需比平常提高浮充電壓0.1～0.5V。

　　5.5均充電壓的設定

　　5.5.1電池在使用過程中，有時會發生容量、端電壓不一致的情況。為防止其發展為故障，電池要定期履行均衡充電。此外，電池單獨向通信負荷供電在15min以上，也依均衡充電來補足電池的容量。一般均充電壓比浮充電壓高出0.05～0.07V/只，以限流定時來進行。

　　充電所需的時間，由蓄電池放電深度、限流值選擇的大小、電池充電期間的溫度以及充電設備的性能等因素決定。通常為 0.15～0.25C10A。但也有的為0.1 C10A和0.3C10A設置的。如溫差較大，故常年溫度在-20℃～35℃之間，室內一般在0℃～45℃之間變化。如空調沒有在一直運行，需對均充電壓定期調整,均充電壓提高0.1～0.3v。充電時間一般以放出電量的1.2倍估算，IC20～30小時率充電時間一般以放出電量的1.6～1.8倍估算。

　　也有個別廠家不設均充電壓，即只有浮充電壓。當電池放電后需充電時，仍依浮充電壓值充電，而設置最大充電電流值為0.2～0.25C10A。

　　要注意對于均充電時間不宜過長，不然將使電池內盈余氣體增多，影響氧再化合效率，而且使板柵腐蝕度增加，從而損壞電池。

　　5.5.2定時均充周期

　　一般為在線運行一年內并定期作容量試驗可設置為60天，如發生個別電池經常充電不足的現象，即形成“落后電池”。因此，通常每個月對蓄電池組進行—次均充電，蓄電池經過治療性修復后要及時更改為正常值。否則后造成健康電池便陪隨著落后電池過充電，使有效物質從極扳柵跌落，影響電池壽命、造成新的落后電池及電池容量下降。

　　5.5.3定時均充時間

　　一般為在線運行一年內并定期作容量試驗蓄電池良好可設置為10～12小時，蓄電池組已出現落后電池可根據具體情況設在對均充電壓調整后,仍可設定為6～12小時。

　　5.5.4轉浮充參考電流

　　一般為在線運行一年內并定期作容量試驗，蓄電池良好可設置為8～10A. 蓄電池組已出現落后電池的，可根據具體情況設在對均充浮充電壓調整后,可設定為6～3A.

　　5.5.5衡壓均充時間

　　一般為在線運行一年內并定期作容量試驗蓄電池良好可設置為3小時，蓄電池組已出現落后電池可根據具體情況設在對均充浮充電壓調整后，可設定為4～5小時。如遇到特殊情況可進行手動調整。

　　5.5.6轉均充判斷電池容量

　　蓄電池放電是極板膨脹過程，充電是極板縮小過程，也就是說，每經過—次充放電循環周期，構成正負極板的分子就要從靜態經過一次膨脹和收縮的動態過程。不管蓄電池放出多少容量就均充都會造成焦耳熱，嚴重會使蓄電池出現熱失控。熱失控將會使蓄電池迅速失水，隔膜內電解液很快干枯，并會使有效物質從極板柵掉下變成沉淀物，引起極板有效面積減少，容量降低，直至報廢。

　　一般的設置方法可根據以往統計蓄電池放電情況靈活設定。在線運行一年內并定期作容量試驗蓄電池良好可設置為70～85%。蓄電池組已出現落后電池可根據具體情況設在對均充浮充電壓調整后,可設定為85～95%。

　　5.5.7轉均充判斷電池電壓

　　根據在線蓄電池具體情況，對均充浮充電壓調整可設定為48.75～47.8V。

　　5.5.8 轉均充判斷放電時間

　　根據在線蓄電池具體情況，對均充浮充電壓調整后,充電時間可設定為0～3小時.

　　5.5.9蓄電池充電效率

　　根據在線蓄電池具體情況，對均充浮充電壓及限流值調整后,運行1年以上的蓄電池組可設定為97～120%，運行2～4年以上的蓄電池組可設定為93～95%.

　　5.5.10蓄電池充電過流點

　　如果當高電壓充電不限流時，電池內因過大充電電流使電極上活性物質小孔中電解液濃度急劇增加，而電解液的擴散速度此時不能滿足濃差極化與電化學極化綜合速度的要求必然產生很大的過電位的趨向，影響了充電深度。因此充電過流點應限制在0.25C10A以內。

　　5.5.11 蓄電池充電限流點

　　充電初始電流過大，對電池損害較大，當電池失水較多時往往熱失控就發生在放電過后的充電過程中，因此，充電最大電流應掌握到0.10～0.23C10A為好。充電電流以理論計算滿足自放電補償電量需要浮充電流以42mA/100AH。實際工作中還應考慮氧循環的需要及蓄電池放電次數，最大充電電流不能大于20小時率充電電流的1.6倍及10小時率充電電流的1.2倍。