凤凰蓄电池KB12550 KB产品系列说明
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在动力机房48V直流供电系统中,后备蓄电池组是整个通信供电系统的最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、浮充电压、充电限流、均充电压、均充周期、均充时间和电池的深浅放电、市电供电质量等诸多因素的影响。在浮充供电系统中蓄电池组长期处于后备状态下,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,必须科学有效地对电池进行维护,掌握机房蓄电池组的实际续航能力,确保通信设备直流供电安全稳定。
1 阀控式密封铅酸蓄电池的结构和特点
阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA-Valve Regulated Lead Acid Battery)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、壳体等组成。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,电池槽和外壳是由阻燃材料组成。
蓄电池在充电过程中,负极反应近似为还原反应,所以负极也称为阴极。蓄电池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,使电解液在蓄电池内部无流动性,同时又有自动开、闭的安全阀,保证了正极产生的氧气,在蓄电池内部以循环的方式被阴极吸收,即称为阴极吸附式原理。阴极吸收原理示意图如图1所示。
由于蓄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,在传统消氢和防酸隔爆铅酸蓄电池的基础上进行了改进,已成为一种新型的换代产品,并广泛地应用于通信行业。VRLA的电化学反应池工作原理图如图2所示。
VRLA与消氢和防酸隔爆式蓄电池相比,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,在标准温度下每月自放电小于3%,可以立放和卧放两个方向放置;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,具有大电流放电能力。
2 VRLA的充、放电性能
VRLA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,蓄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,造成蓄电池内阻的变化,则浮充电压提高,导致充电电流增大,造成蓄电池失水过快,蓄电池容量下降,使蓄电池寿命缩短,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℃,一般温度每增加或减少1℃,则浮充电压应减少或增加1～3mV。对于枢纽楼环境温度较好,电池温度补偿电压应设定每度补偿1mV为佳。
蓄电池放电时,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,放电到终止的时间长短,放电时间率有10、5、3h率。而放电电流是比较标称容量不同的蓄电池放电电流大小而定的,通常以10h电流放电率为标准,即蓄电池在标准温度25℃时,按10h电流放电到单体电池端电压为1.8V,电池所能达到的容量为电池的额定容量。
3 影响VRLA性能的重要因素
(1)环境温度对蓄电池的影响
蓄电池在浮充状态下,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,蓄电池正、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,但高温又会使蓄电池正、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,蓄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,蓄电池安全阀打开,内部水分子损失,降低了电池的额定容量,影响蓄电池的使用寿命。所以要求电池室应在20～25℃,若温度大于标准温度10℃,则电池寿命将降低一半。
(2)浮充电压对蓄电池的影响
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。蓄电池浮充电压过高,会使正极的析出量增加,气体再化合效率低,蓄电池内部压力升高,在形成气泡的过程中,气压强力冲击正极板栅,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,并且使气阀开启次数增加,蓄电池内部水分丧失,导致蓄电池容量下降。同时由于蓄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。因而蓄电池对环境温度变化引起的电池过充电更为严重。
若蓄电池浮充电压过低,会使蓄电池经常处于欠充电状态,负极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它转化为有效的活性物质,进而大大减少了蓄电池的实际容量,使蓄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,通信设备供电将中断,后果不堪设想。
(3)充电电流对蓄电池的影响
由于蓄电池在浮充工作时,其负极电位近似为开路平衡电极电位,浮充电流值仅与正极电位和环境温度有关,所以在同一浮充电压下,浮充电流会随温度的升高而增大,虽然各蓄电池厂家浮充电压与浮充电流和环境温度的特性略有不同,但是浮充电流是随浮充电压的增大而增加的,浮充电流随环境的温度升高而增加。这种现象可以从开关电源监控模块电池充电电流显示出来,它与用数字钳型电流表测试的数据一样。
(4)充电限流对蓄电池的影响
由于蓄电池组在停电后,电池组对通信设备放电保证设备不间断的供电,来电后开关电源对蓄电池进行补充电和对通信设备供电,若来电后不限流对蓄电池组补充电,电池组充电电流过大,致使电池内部剧烈氧化还原反应,电池内部气体产生的压力增加,当蓄电池内部压力达到10～35kPa时,蓄电池安全阀打开,内部水分子损失,降低了电池的额定容量,影响蓄电池的使用寿命。所以如何来限制蓄电池在浮充电压下的充电电流,必须利用开关电源监控模块的充电限流功能,设置开关电源按照0.1C10最大0.2C10设置,防止由于充电电流过大致使电解液过快消耗,而使电池容量降低,影响电池组的续航能力。
4 VRLA维护指标
根据联通动力维护规程,蓄电池组每年进行一次核对性放电试验,放出容量的30%～40%,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。
市电类别为一、二类、有发电机组保证、有空调的机房,其单体2V蓄电池浮充寿命应不低于8年;单体为6V或12V的蓄电池,寿命不低于6年。
市电类别为三类、有移动发电机组保证、有空调的机房,其单体2V蓄电池浮充寿命应不低于6年;单体为6V或12V的蓄电池,寿命不低于4年。
市电类别为四类,其单体2V蓄电池浮充寿命应不低于3年;单体为6V或12V的蓄电池,寿命不低于2年。