4 合理管理的效果
根據(jù)以上的介紹分析，蓄電池的運行狀況,，受控于與之聯(lián)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(guān)電源,。蓄電池在容量正常時，就是在網(wǎng)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(tài)下及使用環(huán)境較惡劣,，加上開關(guān)電源對蓄電池充電方式的技術(shù)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(guān)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(xiàn)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(guān)電源的均充電是根據(jù)電池組剩余容量,、電池充電電流為依據(jù)，控制電池由浮充轉(zhuǎn)入均充,，以充電電流,，充電時間為依據(jù),，控制電池再由均充轉(zhuǎn)入浮充,。在蓄電池容量下降后或出現(xiàn)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(guān)電源設(shè)備,，因此解決蓄電池容量下降問題更本出路在于開關(guān)電源充電問題,。
在蓄電池組實際運行時，開關(guān)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(jié)電池組，則整組電池電壓設(shè)為：24×2.25=54V;這時,，由于電池生產(chǎn)過程中材料,、工藝等非一致性，導(dǎo)致了單體電池性能參數(shù)的非一致性,，每個單體電池并沒有按理想設(shè)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(tài)的，在不同的使用環(huán)境(如溫度影響),、使用年份(如充放電次數(shù))等物理因素和蓄電池內(nèi)部硫酸鹽化進程等因素的作用下會發(fā)生不規(guī)則的變化,，造成蓄電池單節(jié)的自放電率出現(xiàn)差異， 導(dǎo)致保有容量出現(xiàn)差異,，這種狀況在現(xiàn)行的充電運行方式下是無法干預(yù)的,。因此在達到現(xiàn)行的所謂電池充足標(biāo)準(zhǔn)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(tài),，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(zhì)的脫落,、變形、增加電解液的損耗,、干涸,，過充電嚴(yán)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(chǎn)生更大的波動,，加強了過充和欠充現(xiàn)象。
圖4描述了充電電壓與極板腐蝕速率的關(guān)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(guān)系
在對實際運行的蓄電池組浮充電壓數(shù)據(jù)進行分析后，開關(guān)電源充電不足造成浮充電壓的偏離現(xiàn)象是普遍存在的,，特別是在網(wǎng)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(guān)性,，但是浮充電壓的離散度卻和電池性能有相關(guān)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(chǎn)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(tài)，7#電池處于長期過充電狀態(tài),。
圖5 兩個電池的浮充電壓對比
圖6所示的放電數(shù)據(jù)完全證實了這一判斷,，1#電池由于長期處于欠充電狀態(tài)，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(tài)，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(xiàn)了內(nèi)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?shù)據(jù),，可以看到某幾節(jié)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(tài),，放電測試也同樣驗證了分析結(jié)果,。
從以上分析和數(shù)據(jù)可以得出：
(1)開關(guān)電源充電參數(shù)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(chǎn)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(dǎo)致了實際使用中浮充電壓離散性不可避免的存在,。
當(dāng)蓄電池由于多種原因?qū)е绿濍姾螅偈褂煤銐撼潆姺绞竭M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(xiàn)象不能完全消除,，蓄電池投入使用后,，又容易再次發(fā)生虧電故障。如此不良循環(huán)的惡果就是,，蓄電池極板表面硫化現(xiàn)象越來越嚴(yán)重,，蓄電池的容量越來越小，蓄電池的技術(shù)狀態(tài)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(guān)電源的輸出電壓,，始終是在開關(guān)電源設(shè)計者認(rèn)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(guān)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(guān)電源的容量不夠，那就必定會造成開關(guān)電源的過載燒毀,。經(jīng)過改進后的恒壓限流充電方式,，為了能保障蓄電池和開關(guān)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(shù)的開關(guān)電源設(shè)有環(huán)境溫度變化的跟蹤補償能力,，但是開關(guān)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(tài)，極板極易產(chǎn)生硫化,，而恒壓充電方式又很難消除極板硫化現(xiàn)象,，充電時較大的充電電流除用于消除極板硫化現(xiàn)象外，還會電解水,，所以充電時蓄電池很快就產(chǎn)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(fā)現(xiàn),，極板硫化的蓄電池充電時,，很快就能產(chǎn)生大量氣泡，而正常的蓄電池則是在充電終了時才會產(chǎn)生大量氣泡,。僅從氣泡產(chǎn)生的時間就是不一樣的,，是有較大區(qū)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(fù)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(fù)雜的電化學(xué)過程,。一般地說,充電電流在充電過程中隨時間呈指數(shù)規(guī)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(huán)境溫度等的不同,都會使充電產(chǎn)生很大的差異,。隨著放電狀態(tài)、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(huán)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(yán)重的問題。并且失水是大量發(fā)生的嚴(yán)重的問題,，維護的重要環(huán)節(jié)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(zhì)的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成就已經(jīng)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(xiàn)實的,。至此，我們可以看出,，造成閥控式蓄電池使用中出現(xiàn)早期性能下降和損失容量的重要原因,，大多是傳統(tǒng)蓄電池充電技術(shù)落后與過程控制不力所致,。
5 開關(guān)電源蓄電池參數(shù)設(shè)置的基本方法
由于閥控電池平時一直處于浮充電狀態(tài),，所以只有三種可能，即正常浮充狀態(tài),、過充狀態(tài),、欠充狀態(tài)。這一狀態(tài)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(yīng)該通過一段時間的電壓數(shù)據(jù)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(nèi)阻的變化，才能較為準(zhǔn)確的獲得浮充電狀態(tài),。
5.1.對確認(rèn)過充的電池,，予以在線活化。
當(dāng)電池處于長期過充電狀態(tài),，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(xiàn),，并依據(jù)本文提及的分析方法得出判斷,，通過在線對過充電池適當(dāng)調(diào)整浮充電壓，可改善過充對電池造成的損害,，并使電池恢復(fù)到正常浮充電狀態(tài),。
5.2對確認(rèn)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(dǎo)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(xiàn)，并依據(jù)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(xiàn)的硫化現(xiàn)象,，使電池恢復(fù)到正常浮充電狀態(tài)。
5.3保持良好的浮充狀態(tài)
決定電池壽命的要素主要有三個：第一是產(chǎn)品原始質(zhì)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(tài),。
單體浮充電壓是根據(jù)電池廠家要求設(shè)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(guān)系,。
圖8 浮充電壓和壽命的關(guān)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(lián)供電于負載,，如圖9所示。當(dāng)交流電正常供應(yīng)時,，負載電流由交流電經(jīng)整流后直接供電于負載,，蓄電池處于微電流充電狀態(tài);當(dāng)交流電停供時才由蓄電池單獨供電于負載，故蓄電池經(jīng)常處于充足狀態(tài),，大大減少了充放電循環(huán)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(guān)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(jīng)常充電不足而導(dǎo)致電池加速報廢,。
整流器穩(wěn)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(tài),，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(yīng)按電池的容量,、自放電的多少而定，而不應(yīng)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(yīng)增加一個自放電的指標(biāo),。
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(chǎn)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(huán)需要。但在實際工作中還需根據(jù)電池組工作年限及各種情況來定,，需考慮電池結(jié)構(gòu)狀態(tài),，正極極柵腐蝕速率,，電池內(nèi)氣體的排放,，通信設(shè)備在浮充系統(tǒng)基礎(chǔ)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(diào)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(shè)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(shè)定
5.5.1電池在使用過程中，有時會發(fā)生容量,、端電壓不一致的情況,。為防止其發(fā)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(shè)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(shè)置的。如溫差較大，故常年溫度在-20℃～35℃之間,，室內(nèi)一般在0℃～45℃之間變化,。如空調(diào)沒有在一直運行，需對均充電壓定期調(diào)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(shè)均充電壓,，即只有浮充電壓,。當(dāng)電池放電后需充電時，仍依浮充電壓值充電,，而設(shè)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(nèi)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(nèi)并定期作容量試驗可設(shè)置為60天,，如發(fā)生個別電池經(jīng)常充電不足的現(xiàn)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(jīng)過治療性修復(fù)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(zhì)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(nèi)并定期作容量試驗蓄電池良好可設(shè)置為10～12小時，蓄電池組已出現(xiàn)落后電池可根據(jù)具體情況設(shè)在對均充電壓調(diào)整后,仍可設(shè)定為6～12小時,。
5.5.4轉(zhuǎn)浮充參考電流
一般為在線運行一年內(nèi)并定期作容量試驗,，蓄電池良好可設(shè)置為8～10A. 蓄電池組已出現(xiàn)落后電池的，可根據(jù)具體情況設(shè)在對均充浮充電壓調(diào)整后,可設(shè)定為6～3A.
5.5.5衡壓均充時間
一般為在線運行一年內(nèi)并定期作容量試驗蓄電池良好可設(shè)置為3小時,，蓄電池組已出現(xiàn)落后電池可根據(jù)具體情況設(shè)在對均充浮充電壓調(diào)整后,，可設(shè)定為4～5小時。如遇到特殊情況可進行手動調(diào)整,。
5.5.6轉(zhuǎn)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(jīng)過—次充放電循環(huán)周期,，構(gòu)成正負極板的分子就要從靜態(tài)經(jīng)過一次膨脹和收縮的動態(tài)過程,。不管蓄電池放出多少容量就均充都會造成焦耳熱，嚴(yán)重會使蓄電池出現(xiàn)熱失控,。熱失控將會使蓄電池迅速失水,，隔膜內(nèi)電解液很快干枯，并會使有效物質(zhì)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(shè)置方法可根據(jù)以往統(tǒng)計蓄電池放電情況靈活設(shè)定,。在線運行一年內(nèi)并定期作容量試驗蓄電池良好可設(shè)置為70～85%。蓄電池組已出現(xiàn)落后電池可根據(jù)具體情況設(shè)在對均充浮充電壓調(diào)整后,可設(shè)定為85～95%,。
5.5.7轉(zhuǎn)均充判斷電池電壓
根據(jù)在線蓄電池具體情況,，對均充浮充電壓調(diào)整可設(shè)定為48.75～47.8V。
5.5.8 轉(zhuǎn)均充判斷放電時間
根據(jù)在線蓄電池具體情況,，對均充浮充電壓調(diào)整后,充電時間可設(shè)定為0～3小時.
5.5.9蓄電池充電效率
根據(jù)在線蓄電池具體情況,，對均充浮充電壓及限流值調(diào)整后,運行1年以上的蓄電池組可設(shè)定為97～120%，運行2～4年以上的蓄電池組可設(shè)定為93～95%.
5.5.10蓄電池充電過流點
如果當(dāng)高電壓充電不限流時,，電池內(nèi)因過大充電電流使電極上活性物質(zhì)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(xué)極化綜合速度的要求必然產(chǎn)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(yīng)限制在0.25C10A以內(nèi),。
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(dāng)電池失水較多時往往熱失控就發(fā)生在放電過后的充電過程中，因此,，充電最大電流應(yīng)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(yīng)考慮氧循環(huán)的需要及蓄電池放電次數(shù),，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,。