针对德国阳光阀控密封铅酸蓄电池的特点进行节能环保容量试验方法分析（上）

在无人值守的中心动力直流供电系统中,后备是整个通信供电系统的后一道供电保障防线,又是电源维护工作的重点与难点,在通信设备供电中断的事故中,由蓄电池组引发的故障所占比重较大。其原因之一是蓄电池内部结构的复杂性及不可见性;其次是蓄电池组受环境温度、温度补偿、浮充、浮充电流、电池的深浅放电、市电供电质量等诸多因素的影响。到目前为止,除了对蓄电池容量放电实验外,很难对蓄电池组性能进行全面定性、定量的测试分析,特别是蓄电池组引发的障碍一旦发生,将会造成直流供电系统中断的事故。因此,为确保通信网络的供电安全,必须清楚地掌握中心机房蓄电池组的实际容量,以便机房市电停电后及时供电,确保通信设备安全运行。

根据联通动力维护规程,蓄电池组使用三年必须进行容量试验,使用六年后,每年进行一次容量试验,准确地监测电池组的实际容量,确保在市电和电源设备出现故障时蓄电池组能够保障通信设备正常运行的时间。

1   阀控式密封铅酸蓄电池的结构和特点

(1)电池的结构

电池的基本结构是由正负极板、超细玻璃纤维隔板、电解液、安全阀、导电端子以及壳盖、壳体组成。正负极板是电化学反应的区域,在板栅上敷涂铅膏经过固化、化成等工艺处理后形成。正极板有效成分为二氧化铅,负极板有效成分为海绵状铅,隔板为孔率在93%以上超细玻璃纤维组成。安全阀是一种排气装置,释放多余的气体,保持电池的气密性和液密性,并保持电池内部压力在佳的安全范围内。电池端子与负载连接起到传导电流的作用,电池槽和外壳由阻燃材料ABS或PP等树脂材料组成。

(2)蓄电池的特点

电池在充电过程中,负极反应近似为还原反应,所以负极也称为阴极。电池负极活性物质相对于正极有盈余,超细隔板透气性好,能吸附全部电解液,使电解液在电池内部无流动性,同时又有自动开、闭的安全阀,保证了正极产生的氧气,在电池内部循环的方式被阴极吸收,因而其原理称为 阴极吸附式。由于电池具有独特的内部设计结构,保证了电池内部氧气循环复合的有效建立,具有以下几个特点:电池在密封贫液状态下运行;不需要补酸和添加蒸馏水,无需测量电解液比重,电池内部使用了不流动电解液;有效防止了电解液分层,自放电率小,可以立式和卧式两个方向放置;能与通信设备同室安装,采用陶瓷过滤器基本无酸雾逸出;不漏液、不腐蚀设备,对环境污染小,但运行时对环境温度和浮充电压要求较高;没有记忆效应;比能量较高,具有较大电流放电能力。

2 阀控式密封铅酸蓄电池的充、放电性能

电池充电时,可分为浮充式、恒压限流或递增电压式三种,在电池放电时间短或补偿电池内部自放电而产生的容量损失时,采用浮充方式充电。当电池放电时间较长,电池容量损失较大或同组电池中各单体电池端电压差大于100mV时,应采用恒压限流或递增电压式充电。递增电压式也就是充电电压值小于或等于均充电压值。但是,若环境温度过高,造成电池内阻变化,则浮充电压提高,会导致充电电流增大,造成电池失水过快,电池容量下降,使电池寿命缩短,所以浮充电压必须随温度的变化进行相应补偿,标准温度为25℃,一般情况下,温度每增加或减少1℃,则浮充电压应减少或增加1～3mV。对于中心机房环境温度较好,电池温度补偿电压应设定每度补偿1mV为佳。
电池放电时,可分为放电时间率和放电电流率。放电时间率是在一定的放电条件下,放电到终止电压的时间长短,放电时间率有20h、10h、5h、3h、1h、0.5h率。而放电电流率,是比较标称容量不同的电池放电电流大小而定的,通常以10h电流放电率为标准,即电池在标准温度25℃时,按10h电流放电到电池端电压为1.8V/只(指额定值2V/只),电池所能达到的容量为电池的额定容量。

3   影响阀控式密封铅酸蓄电池的主要因素

(1)温度对蓄电池的影响

电池在浮充状态下,电池内部产生的气体通过氧复合反应被负极板吸收变成水回到电池内部,不会使电解液枯竭引起容量降低。但环境温度偏离标准温度而升高时,将使电池水分子过度损失,提高了电解液浓度,加速了合金腐蚀速度,若长期处于这一环境中,电池正、负极板板栅慢慢穿孔损坏,易使活性物质附着能力减弱而脱落。所以,环境温度的升高,虽使容量有所增加,但高温又会使电池正、负极板腐蚀剧增,严重地影响电极反应速度,同时环境温度过高时,电池内部气体产生的压力增加。当蓄电池内部压力到10～35kPa时,电池安全阀打开,内部水分子损失,降低了电池的额定容量,影响电池的使用寿命。所以要求电池室温度应在20℃～25℃,若温度大于标准温度10℃,则电池寿命将降低一半。

(2)对蓄电池的影响

由于环境温度变化,将引起参加反应的离子数、PbSO4溶解度、溶解速率等的变化,同时将引起电池内阻的变化,从而导致浮充电压随之变化。电池浮充电压过高,会使正极的析出量增加,气体再化合效率低,电池内部压力升高,在形成气泡的过程中,气压冲击正极板栅,使正极板栅腐蚀,活性物质与板栅结合力变差,甚至脱落。这样,影响正极活性物质的使用寿命,使电池的容量下降,而且使气阀开启次数增加,电池内部水分丧失,导致电池容量下降。同时由于电池结构上的密封性,又无游离电液,导致其散热条件比普通电池的散热条件要差。因而电池对环境温度变化引起的电池过充电更为严重。

若电池浮充电压过低,会使电池经常处于欠充电状态,极板就会逐渐形成一种坚硬的硫酸铅枝体结晶,该晶体几乎不溶解,用常规方法充电很难使其转化为有效的活性物质,进而大大减少了电池的实际容量,使电池在放电时放不到额定容量。一旦市电停电,柴油发电机组未及时起动供电,通信设备供电将中断,后果不堪设想,所以中心机房的电池组必须进行容量实验,确保直流供电系统的安全可靠。