圣阳阀控密封铅酸蓄电池特点进行节能环保（1）
针对圣阳阀控密封铅酸蓄电池特点进行节能环保容量实验方法分析（1）
在无人值守的中心动力机房直流供电系统中,后备圣阳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、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，必须清楚的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发电，确保通信设备供电安全稳定。
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圣阳蓄电池组能够保障通信设备正常运行的时间。
一、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最佳的安全范围内。电池端子与负载连接起到传导电流的作用,电池槽和外壳是由阻燃材料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,即称为阴极吸附式原理。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,具有较大电流放电能力。
二、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,造成电池内阻的变化,则浮充电压提高,导致充电电流增大,造成电池失水过快,电池容量下降,使电池寿命的缩短,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,放电到终止的时间长短,放电时间率有20、10、5、3、1、0.5小时率。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10小时电流放电率为标准,即电池在标准温度25℃时,按10小时电流放电到电池端电压为1.8V/只,电池所能达到的容量为电池的额定容量。
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。当圣阳蓄电池内部压力到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。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,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它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,通信设备供电将中断,后果不堪设想，所以中心机房的圣阳蓄电池组必须进行容量实验，确保直流供电系统的安全。
四、通信机房采用的密封铅酸圣阳蓄电池组的容量试验方法
1、将直流供电系统中的一组电池组脱离系统,接上智能假负载,调整负载大小使放电电流保持在某值(一般0.1C10放电率),当电池组中某一单体电池的端电压最先到达放电终止电压时,放电测试结束。根据电池组的放电时间和放电电流来计算其容量，然后用备用的开关电源设备对放电后的电池组按0.1C10的充电率进行充电。
2、将供电系统的开关电源输出电压设定为46.4V，让圣阳蓄电池组对通信设备供电，并根据负载电流的情况，接入（或不接入）智能假负载进行调整放电电流。放电时要每小时测量电池组的总电压和单体电池的端电压、室温和负载电流，并利用电源监控系统设定电池组放电电压和单体电池电压的告警点，测试和监控任何一只电池达到告警门限停止放电。同时柴油发电机组处于最佳的工况状态，确保放电后期市电停电造成供电系统中断。放电完成后，调整直流供电系统的输出电压对负载供电，同时按0.1C10的充电率限流对电池组进行充电。
五、电池组容量试验两种方法的应用分析
1、电池组离线式容量试验，测试数据准确，电池组实际容量计算方便，便于了解电池组实际容量。但当该供电系统只剩下一组电池后备，系统备用电池供电时间明显缩短，且不清楚在线电池组是否存在质量问题；尤其使用六年以上的电池组，一旦市电中断，该电池组对通信设备放电保障风险系数增大。所以用此种方法对电池组进行容量试验时，要求油机发电机组必须处于最佳工况状态下，以确保发电机组、开关电源等设备正常运行。
放电结束后的电池组充满电后再并入供电系统，此时与在线电池组间存在电压差，若操作不当将引起开关电源对并入的电池组进行大电流充电，产生火花，易发生安全事故。为了解决打火花问题，必须调整开关电源输出电压，然后与充满电的电池组电压相等后进行并联浮充。
该放电方式操作难度偏大，既要脱离圣阳蓄电池组的正极电源线，又要脱离电池组的负极保险，尤其是脱离电池组负极保险时需要特别小心并做好绝缘处理，操作不当引起负极短路，将造成系统供电中断和人身安全事故的发生。同时放电电池组通过假负载以热量形式消耗，浪费电能，增大了机房空调的制冷时间，影响机房设备运行环境，需要维护人员时刻守护，以免假负载高温引发通信供电设备故障。
2、关电源直流输出电压为46.4V，使电池组直接对实际负荷进行放电至开关电源直流输出电压保护设置值。由于电池组放电电流大，应按电源维护规程考虑48V供电范围40V—57V的最低供电低压门限，电池组至设备供电回路全程压降3.2V及电池单体放电最低1.8V的要求考虑。为了保证供电系统安全，所以带实际负载的放电电流和放电时间掌控较困难，对电池组容量评估不够准确，对电池性能测试存在不确定因素，尤其对使用3年以上电池组性能检测难以达到试验的预期效果，若两组电池的单体电池都有失容、落后等质量问题，其放电至输出保护值的时间，不易被维护人员及时发现，此时可能后备电池组容量所剩无几，因此该放电方式比离线放电方式不安全系数更大。同时由于放电深度有限，对电池组的测试的目的无法达到，关键是在全容量放电的实践中会经常发现有些单体圣阳蓄电池在放电前期电压正常，但到中后期，有些落后电池才开始逐步暴露出来。这一部分落后单体电池，由于放电深度不够而没有被及时发现，此放电方式只能大致评估电池组容量，而无法准确检测具体放电多长时间。同时两组电池组间放电电流不完全均衡，各电池组将根据自身情况自然分摊系统的负载电流，落后电池组内阻大，放电电流小，而正常电池组内阻小，放电电流大，这就造成某些落后电池因放电电流不够大而无法暴露出来，达不到进行电池组放电性能质量检测目的。
综上所述，由于动力维护规程要求必须定期对电池组进行容量实验，上述两种容量测试方法，各有优点又存在着弊端。离线实验方法虽然可以达到电池组容量实验和了解电池组的续航能力，但由于高层机房的电池组需要容量实验时，放电和充电设备搬运工作量太大。而在线式放电方法虽然工作量较小，但人为因素造成的供电系统安全系数小，潜在的安全隐患多，很难准确的达到电池组容量实验的目的。因此，当前的电池组容量测试方法必须改进。
六、单组电池全在线式放电实验
在直流供电系统后备圣阳蓄电池组中取电池一组，该电池组通过在线串接“全在线放电智能设备”提升在线供电电压，使被测电池组以自动稳流或恒功率对负载设备进行供电，从而实现被测电池组的安全节能。
1、全在线充、放电过程：被测电池组的正极与全在线（充）放电设备串联，不需要调整开关电源的浮充电压值，使被测组电池组所在支路的电压略高出开关电源输出或另一组电池的浮充电压，这样使该电池组对实际负荷进行放电，放电过程中被测电池组电压随着放电时间的变化而逐渐下降，通过全在线（充）放电设备进行自动电压补偿调整，保证被测电池组始终保持恒定电流或恒定的功率进行放电，当电池组放电终止即电压、容量、时间和单体电池电压达到预期所设置的放电门限值时，放电试验自动结束。自动转入对被测电池组的全在线充电恢复过程，以消除两组电池之间存在的电压差，并引导在线开关电源输出，经过充电、等电位控制保护电路自动对被测放电后的电池组进行限流充电，自动完成在线等电位连接，恢复系统的正常连接后，全在线充、放电设备退出，结束圣阳蓄电池组充电恢复等电位连接过程。实现了该电池组在线充、放电实验目的和了解该电池组的续航能力。
2、全在线充、放电设备串接电池组进行的操作过程，拆、接线只在电池组正极，无须拆电池组负极，只在负极接一根放电设备的工作电源线，操作过程不存在短路危险，充、放电全部在线自动运行；充、放电电流保持恒定；测试记录自动进行；被测电池组按0.1C10率直接对负载放电和对圣阳蓄电池组充电；无须看守；大大减轻工作强度，提高工作效率。
