通信用閥控鉛酸蓄電池的充放電控制技術
2019-11-03 09:55:52
供稿：網友
□ 閻新華 曲阜圣陽電源實業有限公司 由于閥控鉛酸蓄電池具有價格低廉、電壓穩定、無污染等優點，近年來，廣泛應用于通信、電力和交通領域。但是近來不少用戶反應，本來應工作10~15年的電池，大都在3~5年內損壞，有的甚至連1年也撐不到，造成了極大的經濟損失。通過筆者的走訪調查得知：因充放電控制不合理而造成的電池壽命終止不在少數。對電池的充放電控制不合理產生的影響是巨大的，如電池早期容量損失、不可逆硫酸鹽化、熱失控、電解液干涸等都與充放電控制的不合理有關。為了延長閥控鉛酸蓄電池的使用壽命，本人簡要談一下對閥控鉛酸蓄電池充放電控制的技術要求。
一、 浮充電使用
在通信電源系統中，為確保直流電源不間斷，一般都采用開關整流器（充電器）與蓄電池組并聯的浮充電使用方式。在浮充狀態下，充電電流主要用于電池因自放電而損失的容量，但是浮充狀態下充電電流又是與電池的浮充電壓密切相關的。因而為了使閥控鉛酸蓄電池有較長的浮充使用壽命，在電池使用過程中，要充分結合電池制造的原材料及結構特點和環境溫度等各方面的情況，制定電池合理的使用條件，尤其是浮充電壓的設定。例如：在環境溫度為25℃時，標準型閥控鉛酸蓄電池的浮充電壓應設置在2.25V，允許變化范圍為2.23~2.27V。浮充電壓設置過低，電池長期處于欠充電狀態，不僅會在電池極板內部形成不可逆的硫酸鹽化，而且還會在活性物質和板柵之間形成高電阻阻擋層，使電池的內阻增加、容量下降，最終使其壽命提前終止；浮充電壓設置過高，電池長期處于過充電狀態，會使電池充電電流增大，不僅會使安全閥頻繁開啟導致失水增加，容量衰減；而且還會使電池內產生的熱量來不及散掉，溫度升高，形成惡性循環，造成熱失控，另外還會使板柵腐蝕加速，浮充使用壽命提前終止。
當然為了使電池既不欠充電，也不過充電，還需要根據環境溫度的變化來調整浮充電壓，通常的調節系數為±3mV/℃。但決不是說有了浮充電壓的調節系數，電池就可以在任意環境溫度下使用。要知道，溫度低時，由于浮充電壓增大，同樣會引起浮充電流增大，板柵腐蝕加速，壽命提前終止等一系列的問題；而溫度高時，浮充電壓減小，也會形成電池欠充電的一系列問題。由此可知，閥控鉛酸蓄電池安裝使用時，最好安裝在裝有空調的、通風條件良好的房間內，同時還要遠離開關整流器等熱源，并且電池多層安裝時，也最好不要安裝在電池柜內，以免影響散熱。
另外，在通信電壓系統中，有一些開關整流器不進行均衡充電的設置。這樣，如果電池的浮充電壓設置正常或偏低，事故放電后來不及補電會形成不可逆硫酸鹽化；如果電池的浮充電壓設置偏高，電池正常浮充使用時會有過充電的問題，同樣影響電池的使用壽命。
二、 均衡充電使用
閥控鉛酸蓄電池組深度放電或長期浮充供電時，單體電池的電壓和容量都可能出現不平衡現象。為了消除不平衡現象，充電時必須提高充電電壓，這種充電方法叫做均衡充電。《電信電源維護規程》規定，閥控鉛酸蓄電池遇到下列情況之一時，應進行均衡充電：①兩只以上單體電池的浮充電壓低于2.18V； ②放電深度超過20%；③閑置不用的時間超過三個月；④全浮充時間超過三個月。
均衡充電時，通常采用恒壓限流的方式。充電電壓的設置也要根據電池的結構特點和環境溫度來確定，環境溫度為25℃時，單體閥控鉛酸蓄電池的均衡充電電壓應設置在2.35V，充電電流應小于0.25C10A，C10為蓄電池10小時率的放電容量。通常，環境溫度每升高1℃，單體電池的均衡充電電壓應下降3mV。需要注意的是：在按規定對電池進行均衡充電時，除了充電電壓重要以外，均衡充電時間的設置也很重要。為了延長蓄電池的使用壽命，必須根據均衡充電的電壓和電流，精確地設置均衡充電時間。也就是說，均衡充電過程中，當充電電流連續三小時不變時，必須立即轉入浮充電狀態，否則，將會嚴重過充電而影響電池的使用壽命。
三、放電使用
由于閥控鉛酸蓄電池在通信電源系統中作為備用電源使用，市電中斷后，會立即轉入放電狀態，以保證直流電源不間斷。因而蓄電池的放電使用也尤為重要。放電時需要注意的是蓄電池的放電速率和放電終止電壓，尤其是不同環境溫度下的放電速率和放電終止電壓的設定。由于不同的環境溫度會極大地影響電池中電解液的冰點和活性物質的活性，為保證化學反應的充分進行，閥控電池的最低溫度最好控制在 －20℃之上，最好在25℃左右，這樣設定的原因前面已屢次提到，這里不再重復。
而電池放電時終止電壓的設定是為了防止放電過程中成組電池內出現各單體電池的電壓和容量不平衡現象。通常，過放電越嚴重，下次充電時，落后電池越不容易恢復，這就將嚴重影響電池組的壽命。在通信電源系統中，通常閥控電池的放電速率為0.02C10、0.1C10、0.2C10或0.3C10A。為了防止過放電，不僅要盡可能地避免放電速率過小，而且還必須根據放電速率，同時結合環境溫度，精確地設計放電的終止電壓。一般情況下，如果放電速率為0.01~0.025C，終止電壓可設定為2.00V；放電速率為0.5~0.25V時，可設定為1.80V。由于濃差極化的存在，隨著放電速率的增大，伴隨著放電電流的增大，放電終止電壓也應該越來越低。
