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接入网蓄电池使用与维护

来源:中国绿色数据中心 作者:机房360 更新时间:2009-7-16 17:55:57

摘要:蓄电池对于接入网直流供电系统的质量和可靠性具有举足轻重的作用。由于它属于易耗品,有其使用期限,一方面要求用户加强对蓄电池的维护管理,延长使用寿命;一方面要求在蓄电池接近寿命终止前及时更换,保证系统正常工作。

  近年来,接入网发展迅速,在电信网全网数字化、少局所、大容量、广覆盖网络的建设中,在解决城市网管紧张及网络基础建设延伸等方面发挥着重要作用,使其需求保持着近40%的年增长率。
  
  蓄电池对于接入网直流供电系统的质量和可靠性具有举足轻重的作用。由于它属于易耗品,有其使用期限,一方面要求用户加强对蓄电池的维护管理,延长使用寿命;一方面要求在蓄电池接近寿命终止前及时更换,保证系统正常工作。实际使用中常见的蓄电池问题主要表现为:容量不足、电池组充放电过程一致性差、电池寿命过早衰减、漏酸等现象。本节通过对上述问题的分析,对接入网蓄电池的选配方向进行了有益的探讨。
  
  一、接入网设备蓄电池的配置
  
  接入网48V直流电源系统一般采用单组4只12V100Ah或12V50Ah电池,设计容量介于50~300Ah,存在多组电池(每组4只电池串联)并联情况,如ONU-512线容量的机型负载电流平均为6~7A,。蓄电池放电终止保护电压为43.2V。
  
  接入网设备应用范围广泛,使用环境往往差别较大,如省会及中心城市接入网用于新建小区、高档楼宇等,使用环境一般都配备空调,环境温度基本在30℃以下;而农村地区一般为自然使用环境,冬季低至0℃以下,夏季高达45℃以上,对配套蓄电池的温度适应性提出了较高要求。
  
  二、常见问题分析
  
  1、12V系列蓄电池现状
  
  12V系列蓄电池的主要应用领域为UPS系统,设计使用寿命一般为3~5年,从蓄电池内部结构来看,提供设计使用寿命为6~8年与3~5年的蓄电池没有本质区别。其中UPS配套产品中知名度较高的品牌如Dynasty、Yuasa、Deka、松下等产品常常用于接入网系统。
  
  2、蓄电池容量
  
  蓄电池的容量与放电电流、环境温度密切相关,在终止电压一定的情况下,放电电流越大,电池可放出的容量越小。以12V100Ah电池为例,以20小时率电流5A放电,终止电压1.8V/单格,放出容量可达100Ah,若以10A放电时,电池放出容量一般不足90Ah。
  
  电池选型还需考虑使用环境温度,一般来讲,温度每下降1℃,容量下降0.6%。如果在选配电池时,把20小时率容量的电池按10小时率容量来计算,所选电池容量将达不到设计要求。另外,在停电频繁地区,若电池尚未充满电即又进入放电状态,也会产生容量不足的现象。在这种情况下,提高充电电压(均衡充电),及时将电池充满电,可保持电池容量,但蓄电池长期处于充电不足状态会造成蓄电池无法恢复而失效。
  
  3、蓄电池实际使用寿命与厂家提供的数据相差悬殊
  
  现在全国有400多大小生产厂家,鱼龙混杂,使用2~9个月的电池必然存在。我们了解几个UPS用户,他们反应VRLA只用3个月~3年,没有超过3年的。目前国内的生产厂家所用的材料、技术参数区别不大,短时间难以达到理想的水平。由此看来,蓄电池使用寿命不足3年的情况是大量存在的。蓄电池的设计使用寿命指的是一种特定条件下的理论值,如要求环境温度为20~25℃,每个月总放电量不超过额定容量;而蓄电池实际寿命与使用条件密切相关,环境温度、放电深度和断电频度等因素都对蓄电池实际使用寿命都有着不同程度的影响,具体分析如下:
  
  (1)温度。高温使用环境是使蓄电池实际寿命不能达到设计寿命的最主要原因。电池温度每升高10℃,恒定电压下的充电电流接受量将增加一倍。电池寿命受过度充电总累积电量增加的影响而缩短,高温时,浮充电流的增加,加快了过充电量的累积,同时也加快了板栅腐蚀速度和气体的生成逸出,缩短了电池寿命。
  
  蓄电池使用温度每增加10℃,在恒定的浮充电压下,电池寿命会缩短50%。
  
  低温使用环境同样会对蓄电池产生有害影响。蓄电池负极活性物质为绒状铅粒,充放电过程中,铅的溶解和结晶在电极反应过程中占重要地位,具有化学活性的PbSO4是一种直径为10-5~10-3cm的斜方形晶粒,如在低温状态下放电,极易生成细微的晶粒(粒子大小在10-5cm直径以下),这种粒子排列过于紧密,孔隙少,构成细微致密的PbSO4层,减小了充电过程电极反应面积,在停电较为频繁的地区,蓄电池会产生充电不足现象,长积的累计结果有可能导致负极板的硫酸盐化。
  
  (2)放电深度。放电深度是在相同放电倍率情况下,实际放电容量与额定放电量的比率。放电深度越大,蓄电池使用寿命越短,下图为20℃环境温度下循环使用寿命与放电深度的关系。实际使用环境更为复杂,因此蓄电池的预计使用寿命只是一个大致的估算。
  
  (3)充电电压。蓄电池的使用寿命与其浮充电压有很大关系,浮充电压过高,会加速板栅腐蚀与电解液损失,缩短电池寿命;浮充电压过低则容易造成电池充电不足,影响电池容量。
  
  蓄电池的浮充电压必须随温度的变化而调整。浮充电压应随着温度的升高而降低,如果浮充电压保持不变,则浮充电流将会增加,正极极化增大,板栅腐蚀速度随之加快,从而导致电池寿命的缩短。反之,随着温度的降低,需要提高充电电压,否则会受低温影响而使电池充电接受能力下降,导致电池充电不足,同样会缩短电池寿命。为减小温度对蓄电池寿命的影响,建议选用温度适应性较广的蓄电池。
  
  (4)过放电现象。过放电会使生成的PbSO4在充电时不能恢复为活性物质,从而导致电池容量下降。实际使用过程中,由于蓄电池提供负载的放电电流本来就较小,反应生成物晶核生长速度慢、数量少,放电时生成粗大的PbSO4(直径在10-3cm以上)晶粒,充电时很难在H2SO4溶液中溶解。即使放电电流较大,若放电至终止保护电压时仍继续放电,则会造成蓄电池过放电,导致PbSO4过量析出,再加上放电后不及时充电,久而久之,PbSO4粒子再生成新的集合体,变成粗大的颗粒,使充电发生困难,甚至完全丧失活性,从而缩短了蓄电池寿命。
  
  (5)充放电过程中,个别电池端电压不一致的问题
  
  蓄电池组的每只电池的端电压一致性对整组电池性能有着直接影响,蓄电池组中各个电池的开路电压最高值与最低值之差应≤60mV,浮充电压最高值与最低值相差应≤600mV。当蓄电池处于浮充状态下,若个别电池电压小于13.2V,则电池内部存在短路的可能;当蓄电池深度放电之后,隔板内电解液游离Pb2+猛增,破坏了硫酸铅溶解与沉淀的平衡,使Pb2+在饱和H2SO4溶液中沉积为PbSO4的速率增加,导致在隔板内产生铅绒或弥散型PbSO4沉淀,造成正负极板微短路(又称为枝晶短路);而蓄电池极板伸延造成的短路也有可能出现,但一般通过改善合金配方和结构设计可以有效避免这一情况。若个别电池电压大于14.5V,电池内部则存在单格失效的可能,其形成的主要原因为极群或串联连接存在虚焊、负极板极耳产生泥状或长期过放电造成硫酸盐化。
  
  因此,必须加强对蓄电池的日常维护,一旦发现蓄电池电压异常,必须立即采取有效的防范措施,如均衡充电或更换电池。
  
  (6)蓄电池漏液的问题。蓄电池发生漏液事故,除了运输、搬运造成的机械损伤外,主要是由于制造缺陷引起的,如电解液注入量过多、密封不严、密封材料不合格或老化等。有些厂家在制造蓄电池过程中,在极柱周围涂抹了硅油,用来增强电池外壳的密封性能,在使用中极柱周围可能会有非酸性液体渗出,这属正常现象,不是漏液,应注意区分
  
  三、接入网蓄电池选配原则
  
  不同电源设备对其配套的蓄电池要求不尽相同,通信设备所采用的蓄电池也有其特殊的要求,如设计寿命长、良好的深放电恢复性能、备电时间长、可靠性高、电池均一性好、浮充电压与设备相匹配、低倍率放电性能优等。而目前12V系列蓄电池通常是为UPS用途而设计的,较适应于高倍率短时间放电,下表为通信用途蓄电池与UPS用途蓄电池的对比。
  
  通信用固定型蓄电池与UPS用蓄电池比较表

    
通信用途电池
UPS用途(普通型)电池
1、依据标准
符合YD/T799-1996标准
JISC 8702-1995
2、设计取向
针对8h以上长时间、小电流、深放电 的应用条件优化设计,强调深度放电恢复能力和电池可靠性
UPS标准配置备用时间约15分钟左右,放电深度一般在20-30%之间,强调大电流放电性能
3、制造成本
较高
较低
4、设计寿命
10年以上
3-5年
5、铅膏
长寿命铅膏配方,循环寿命长,60%放电深度可达900次以上
大功率铅膏配方,提高铅膏孔率,提高电池大电流放电能力,但不适于小电流深放电情况,循环寿命短
6、电池密封      方式
一般采用高可靠性设计,一般采用2 层以上极柱密封,以确保在长时间使用中不会出现酸液渗漏。部分产品采用三层复合密封方式
设计可靠性较通信用途蓄电池低,一般利用在电池盖上预埋铅嵌件与极柱之间手工烧焊进行密封
7、外壳材料
阻燃ABS材料,安全性高
PP材料,强度一般,或普通ABS
8、蓄电池
      正极板
较厚,一般在3.5mm以上
较薄,2.5-3.0mm之间
9、板栅合金
高耐蚀、抗伸延合金,低钙高锡配方,耐蚀、抗张能力较普通配方高1倍
普通铅钙合金配方,锡含量一般0.3-0.5%,成本较低
10、电解液            密度
较低,一般小于1.30g/mm3
较高,一般大于1.30g/mm3
11、过放电         恢复能力
由于采用了高锡含量的板栅合金,提高了板栅/活物质界面的导电性,电池一般具有良好的过放电恢复能力
由于成本等原因及应用领域一般不会出现过放电的情况,一般情况下对过放电的恢复能力不重视
12、隔板
采用多层粗细纤维交织搭配型隔板,隔板的装配厚度一般大于1.2mm
为提高电池的大电流放电能力,采用高孔率大孔径隔板,装配厚度一般为0.8mm,在小电流深放电情况下,容易出现枝晶短路,导致电池寿命终止
13、容量
以10小时率容量标称
一般以20小时率容量标称
14、物质
        用量
活物质利用率较低,重量相对高
活物质利用率高,重量相对轻
15、浮动充电         电压
平均2.23V/单格(25℃)
平均2.275V/单格(25℃)

  1、总的来说,现有UPS用途的12V系列蓄电池并不完全适合通信电源的配套要求,随着用户对接入网设备配套蓄电池性能要求的提高,12V类型蓄电池必然会细分UPS级别和电信级别;
  
  2、满足通信电源配套要求的12V系列电信级蓄电池,应用需求将越来越广泛;
  
  3、电信级12V蓄电池的技术性能应达到YD/T799-1996标准;
  
  4、接入网配套蓄电池应严加选型,建议着重考虑以下因素:
  
  (1)10小时率容量:第一次达到100%C10,便于实际工程验收;
  
  (2)蓄电池设计使用寿命:选用设计寿命10年以上(20~25℃)的型号,进行高温加速寿命试验,试验环境温度60℃条件下,充电电压按厂家提供的25℃充电电压值,每30天进行一次容量测试(10小时率容量),90天后实测放电容量应达到额定容量的90%以上;
  
  (3)良好深放电恢复性能:以I10放电接近0V,短接电池两极24小时,再重新充电,重复5次短接测试,蓄电池每次放电至1.80V/单格时放出的容量均应不小于0.9C10;
  
  (4)接入网内置蓄电池特殊要求:蓄电池应具备对主设备的安全防护设计,如防酸雾结构等。
  
  虽然蓄电池属于易耗品,但它是通信直流电源系统极其关键的配套设备。在空调环境、供电正常地区,现有UPS级别12V系列蓄电池的使用寿命一般在3年左右;而在没空调的自然环境下,供电不足和停电频繁地区,蓄电池使用寿命可能会缩短到1年,甚至更短。
  
  随着接入网配套蓄电池需求的增长,一方面要求蓄电池厂商开发适合接入网设备需求的12V系列电信级蓄电池产品,另一方面要求用户加强对蓄电池的使用维护,如采取定期检测、根据环境温度调整充电电压、在蓄电池寿命终止前及时更换等措施。
  
  随着上述两方面因素落实,目前接入网蓄电池出现的问题是完全能够克服和解决的。
  
  目前,已经有部分蓄电池生产厂家看到了接入网配套蓄电池的巨大潜在市场,并已着手开发研制适合接入网要求的12V系列电信级蓄电池产品,我们期待这类电池早日推出,装备接入网设备,提高网络服务质量。
  
    常见故障处理
  
  电池常见故障和处理方法见下表:
  

序号
   
      
处理方法
1
漏液或破损
电池外壳变形,温度过高,浮充电压过高,电池极柱密封不严
与供货商联系更换处理
2
浮充电压不均匀
电池内阻不均匀
均衡充电12-24h
3
单体浮充电压偏低
电池的内阻不均匀等
均衡充电12-24h
4
容量不足
失水严重,内部干涸
均衡充电12-24h,均充后不行应更换或补加液处理
5
电池极柱或外壳温度过高
螺丝松动,浮充电压过高等
检查螺丝或检查充电机和充电方法
6
电池的浮充电压或高或低
螺丝松动
拧紧螺丝
7
电池组接地
电池盖灰尘或电池漏液残留物导电
清洁电池盖灰尘,更换漏液电池,加上绝缘垫片


  


  
  

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