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電力通訊基站信源蓄電池的維護與修複

2018-5-30 9:00:44      點擊:

   為後備電源的大容量鉛酸蓄電池(以下簡稱“電池”)是基站電源的保障。在國内出現“電荒”的時候,後備電源的可靠性顯得格外重要。在長三角和珠三角地區,每周内停三供四的時間很多,甚至出現停四供三更加嚴重的局面。多數處于野外的基站,其供電是難以保證都是采用一、二類電源的,這樣,信源蓄電池的可靠性題目尤其嚴重。

  固然目前的科學技術飛速發展,近年鉛酸蓄電池的發展也比較快,基本上以大型閥控密封式鉛酸蓄電池代替了防酸隔爆型電池。就是大型閥控密封式鉛酸蓄電池近些年也在發展。但是大容量的固定電池還是以鉛酸蓄電池為唯一的選擇。如何延長鉛酸蓄電池的正常使用壽命,一直是業内人士探讨的主要題目。

  相同的電池,在不同的設備條件、不同的使用條件和不同維護條件下使用壽命相差很大。這就需要在設備條件、使用條件和維護條件上尋找其差異。而電池失效的的幾個主要現象是:

  a.正極闆軟化;

  b.正極闆闆栅腐蝕;

  c.負極闆硫化;

  d.失水;

  e.少數電池出現熱失控(包括電池鼓脹)。

  下面,就以電池失效模式來探讨設備條件、使用條件和維護條件對電池失效的影響及其應對方法。

  一、信源蓄電池的失效模式及其原因

  1、電池的正極闆軟化

  電池的正極闆是由闆栅和活性物質組成的,其中活性物質的有效成分就是氧化鉛。放電的時候氧化鉛轉為硫酸鉛,充電的時候硫酸鉛轉為氧化鉛。氧化鉛是由α氧化鉛和β氧化鉛組成的,在2種氧化鉛中以其中α氧化鉛荷電能力小但是體積大,比β氧化鉛堅硬,主要起支撐作用;β氧化鉛恰好相反,荷電能力大但是體積小,比α氧化鉛軟,主要起荷電作用。α氧化鉛是在堿性環境中天生的,在電池内部一旦出現參與放電以後,充電隻能夠生産β氧化鉛。正極闆的活性物質是多孔結構的,就與電解液——硫酸的接觸面積來說,多孔結構是平面的數十倍。假如α氧化鉛參與放電以後,重新充電以後隻能夠天生β氧化鉛,這樣就失往了支撐,不僅僅會産生正極闆活性物質脫落,而且脫落的活性物質還會堵塞正極闆的微孔,導緻正極闆參與反應的真實面積下降,形成電池容量的下降。後備電源的電池使用年限要求比較嚴格,對電池的容量要求比較寬,因此後備電源使用的電池α氧化鉛和β氧化鉛比例比深循環的動力型電池大一些。為了減少α氧化鉛參與放電,一般控制放電深度僅僅為40%。随着電池的使用時間的增加,電池的容量下降,新電池放電40%的電量,對于舊電池來說必然超過40%的,所以舊電池就相當于放電深度深,電池的正極闆軟化也會被加速。所以,電池的容量壽命曲線的後期下降速率遠遠高于中期。電池容量越小,放電深度越深,α氧化鉛損失也越多,正極闆軟化也越嚴重,導緻電池容量下降越快,形成了惡性循環。

  這樣,電池的放電深度需要嚴格控制。實現這個控制的是靠基站的電源治理系統的設置。目前控制電池放電深度的主要标準還是一次放電量和放電電壓。這樣,盡可能避免在應急的時候強制放電,而應該按照放電量來增加電池的容量。

  2、電池的正極闆腐蝕

  正極闆的闆栅中的鉛在充電過程中或被氧化為氧化鉛,并且不能夠再還原為鉛,形成正極闆腐蝕。而氧化鉛的體積比鉛的體積大,形成體積線性增加變形,使正極闆活性物質與闆栅脫離,導緻正極闆失效。而過充電會嚴重加速正極闆腐蝕。我們一般以為不會産生過充電狀态。實際上,基站的浮充電壓假如跟不上環境溫度的上升而進行下降的補償,過充電就産生了。如基站的空調不夠或者損壞,電池的過充電也會産生。這樣電池的正極闆闆栅在不同的使用條件下會有不同的腐蝕速度。長三角和珠三角地區的正極闆腐蝕也會比内地嚴重,這與電池的使用環境溫度關系密切。


  3、電池的負極闆硫化

  電池放電以後,負極闆的鉛轉換為硫酸鉛,假如不及時充電或者充電時間比較長,這些硫酸鉛晶體就會逐步聚積而形成粗大的硫酸鉛結晶,采用普通的充電方式是無法恢複的所以稱為不可逆硫酸鉛鹽化,簡稱硫化。

  在折合單格電壓為2.25V的浮充狀态下,電池基本布滿電需要一周的時間,完全布滿電需要28天的時間,其間電池就處于欠充電狀态。在電池放電以後的12小時,就可以發現産生粗大的硫酸鉛結晶。在發生電荒的地區,電池的硫化相當嚴重。

  在一般浮充狀态下使用,随着晝夜環境溫度的變化,硫酸鉛結晶也會聚積而形成粗大硫酸鉛結晶而導緻硫化。

  在冬季環境溫度比較低的時候,電池的浮充電壓應該相應的提升,假如浮充電設備沒有依據室溫相應的調解上升,電池欠充電就會産生,電池硫化也就産生了。

  失水的電池相當于電解液的硫酸濃度上升,也形成了加速電池硫化的條件。

  較快速的充電可以抑制電池的硫化,基站的充電電流相對都比較小,所以硫化程度比充電電流大的電池嚴重。另外,浮充電壓波動越小,浮充電流的擾動越小,也形成了電池硫化的條件。

  采用低銻合金的正極闆的電池,浮充電壓比較低,也比其它鉛鈣錫鋁合金電池更加輕易出現硫化。

  從上面的硫化失效原因看看,很多電池是無法避免的。特别是電池組發生單體電池落後的時候,個别落後的單體電池處于欠充電狀态,這樣該電池比其它電池更加輕易硫化。

  電池一旦出現硫化,靠單純的浮充和均充是無法解決的,必須采取其它措施。目前我公司的技術主要就是消除電池的硫化,使之恢複原有标稱容量,重新投進使用。

  4、電池的失水

  信源蓄電池充電達到單體電池2.35V(25℃)以後,就會進進正極闆大量析氧狀态,對于密封電池來說,負極闆具備了氧複合能力。假如充電電流比較大,負極闆的氧複合反應跟不上析氧的速度,氣體會頂開排氣閥而形成失水。假如充電電壓達到2.42V(25℃),電池的負極闆會析氫,而氫氣不能夠類似氧循環那樣被正極闆吸收,隻能夠增加電池氣室的氣壓,最後會被排出氣室而形成失水。電池具備負的溫度特性,其析氣也與溫度特性一緻。當電池溫升以後,電池的析氣電壓也會下降,溫升會導緻電池輕易析氣失水。長三角和珠三角地區夏季環境溫度比較高,假如沒有空調或者空調容量不足,會使電池失水增加。假如單體電池的浮充電壓折合為2.25V,在30℃的時候,電池失水比25℃條件下增加一倍,在40℃條件下,電池失水是25℃的8倍左右,除非相應的降低浮充電壓。

  假如電池的正極闆含銻,随着銻的循環,部分的轉移到負極闆上面。由于氫離子在銻還原的超電勢約低200mV,于是負極闆銻的積累會導緻電池的充電電壓降低,充電的大部分電流用來做水分解而形成失水。所以,在大型固定型電池中應該逐步淘汰低銻正極闆的電池。另外,對在電池生産過程中,應該嚴格控制鉛鈣錫鋁正極闆的含量。

  5、電池的熱失控

  電池在均充狀态時,充電電壓會達到折合單格2.4V,這個電壓超過了電池正極闆大量析氧的電壓,特别是在高溫環境中,大量析氧電壓會下降,這樣産生的析氧量會大幅度的增加。而正極闆産生的氧氣在負極闆會被吸收,吸收氧氣是明顯的放熱反應,電池的溫度會提升。假如電池已經出現失水,玻璃纖維隔闆的無酸孔隙增加,會加速負極闆吸收氧氣,産生的熱量會更多,電池溫升也更高。而電池的溫升也會加速正極闆析氧,形成惡性循環——熱失控。在熱失控狀态下,析氧量增加,電池内的氣壓增加,當達到塑料電池外殼的玻璃點溫度的時候,電池開始鼓脹變型,這種變型除了影響電池内部的機械結構以外,還會形成電池漏氣,而導緻更加嚴重的失水漏酸。


  盡管電池熱失控現象發生的未幾,但是一旦發生熱失控,電池的壽命會迅速提前結束。

  6、電池的不均衡

  新電池的容量、開路電壓和内阻應該進行嚴格的配組。所以新電池一般離散性比較小。随着電池使用,電池在制造工藝中必然存在的微小差距會被擴大。

  如電池開閥壓的區别,會導緻電池失水不同。失水多的電池相當于電池的硫酸比重提升,導緻電池開路電壓增加,也是該單體電池的充電電壓相當于其它電池電壓高,而在串聯電池組中的其它電池分配的電壓就會下降,形成其它電池的欠充電。欠充電的電池内阻會增加,放電的時候電池電壓會更低,充電電壓跟不上,導緻電池電壓高的更高,低的更低。

  電池正極闆軟化的差異随着充放電也會被擴大。當電池正極闆發生軟化的時候,脫落的活性物質會堵塞一部分微孔,正極闆上單位面積的電流密度會增加,而增加電流密度的反應部分的充放電活性物質的膨脹收縮更加厲害,導緻正極闆軟化被加速,這樣就形成容量落後的電池更加落後。

  信源蓄電池的負極闆發生硫化,放電電流的密度也會增加,相當于增加了放電深度,硫酸鉛結晶會比較集中在放電部位,形成較大的硫酸鉛結晶。硫酸鉛結晶體積越大,其吸附能力也相對增加,導緻硫化更加嚴重。而硫化的電池在放電過程中也相當于增加了放電深度,硫化也更加嚴重。所以,信源蓄電池容量的下降也會形成惡性循環。

  從電池的壽命容量曲線看,電池的容量總體上是逐步加速的。凡是電池出現不均衡,總是加速的。

  對于電池的不均衡,目前比較有效的方法是對落後單體電池通過再生複原技術進行容量恢複,使之不再落後。

  二、對策

  1、設備治理與改造

  a.機房環境溫度對電池的壽命影響至關重要。除了配備相應的空調設備以外,應該增加和完善機房溫度的遠測,在中心機房就可以發現任意一個機房溫度超溫(高溫順低溫)報警,以便及時處理。

  b.檢測浮充電壓和均充電壓與環境溫度的的關系,應該依據電池的特性具備-3mV~-4mV/℃/單格的特性。

  2、均衡充電和容量配組

  為了防止電池落後,對單格電壓低的電池進行單獨充電。現在已經開發了2V/50A的充電器,可以用來給落後的電池單獨充電。也可以通過2V/50A的放電器對進行精确的容量測試。以便進行容量配組。

  3、消除硫化


  消除電池硫化目前最有效的就是我公司的蓄電池超級再生複原技術,它能迅速消除電池硫化,恢複電池容量,使報廢電池重新投進使用。