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阀控铅酸电池在微波通信站的应用及故障原因分析
[ 通信界 | 宋清山 | www.cntxj.net | 2007/6/22 22:20:39 ]
 

宋清山 

前言
  微波通信站以其设备投资少、平时维护简单、通信质量高等优点而被广泛采用。特别是在山区,更是被优先选用的通信方式。微波通信站一般都建在海拔较高的山顶之上,以确保良好的通信质量和较远的通信距离。这些条件决定了微波通信站平时一般无人值守,大多数情况下无法接通市电,无法供水。通信系统的供电方式是由太阳能电池和化学电池组共同组成供电系统,白天由太阳能电池给化学电池充电,并由化学电池给设备供电;晚上由化学电池单独给设备供电。供电示意图如下:
  由于微波通信站无人值守,无法补加水或电解液,所以在化学电源选型时,一般采用阀控式铅酸蓄电池,该类蓄电池过去被宣传为免维护电池,实际上只是不需要补加水或电解液而已,为了保证电解液的不损耗,对使用环境和使用方法及维护都有严格的要求。否则,将会使其寿命大大缩短,不仅会影响正常的通信联络,还会增加费用支出。
微波通信站的阀控式铅酸电池组的常见故障及原因分析
2.1  故障现象
  我在为某单位微波通信站的阀控式铅酸电池组进行检查、维护时发现整组24只400Ah电池已有6只壳体裂缝,其余18只在检查容量时,也基本无法出电能,经容量恢复性循环[1],有10只电池容量可达220Ah以上,仍可使用。经了解该批阀控式铅酸电池组才安装使用2 a,采用的是太阳
能电池限压充电,正常情况下放电深度不足10 %,在夏季连续阴雨天气无法及时充电,会造成过放电。
2.2  原因分析
  分析原因是其使用环境温度很高,在夏季电池室内的温度经常是40℃,有时可达45℃以上,限压充电的限压值太高;按每只电池的浮充电压为2.21 V计算,24只电池的浮充总电压为53.04V,
而其供电的电压范围是55~60V,这样即使电压调到最低也超过了要求控制的电压,引起充电过程
中水分电解是不可避免的,特别是在晴天的中午,会引起电池内部压力急剧增大,从而迫使排气阀放气引起水分损失,长期在这种环境下使用,造成电解液干涸,甚至会造成电池壳体破裂,使其寿命终止[2]
调整使用方法后的实际结果
3.1  调整前后的使用方法对比
  调整使用方法主要是在夏季时降低环境温度和充电控制电压,原来的最高环境温度为45℃,经采取通风、加隔热层等措施后,可将最高环境温度降为40℃;最高充电控制电压可通过改进控制设备来实现,将最高充电控制电压由原来的56V变为:夏季调整为53V,冬季调整为55V,春秋季节调整为53.5V。这样既可以保证电池充足容量,又不会造成过充。
3.2  调整前后的实际使用的寿命
调整使用方法前后的实际结果
使用环
境参数
环境最高
温度
控制电压
使用寿命
调整前
45℃
56V
2 a
调整后
40℃
春秋季53.5V、夏季53V、冬季55V
现使用2.5a
 
  
 注:1.使用环境改进前所用电池为400Ah,使用环境改进后为300Ah。
     2.使用环境改进后的电池现在仍在正常运行,容量衰减的很少,可达240Ah以上。
使用中的注意事项
4.1  阀控式铅酸蓄电池对使用环境的要求
        阀控式铅酸蓄电池称为免维护电池,免维护的涵义是不需要补加水或电解液,同时也意味着无法补加水或电解液。所以阀控式铅酸蓄电池的电解液是很宝贵的,电解液的损耗就意味着电池性能的降低。主要表现为电池容量下降,充电发热严重。水分损失25 %,阀控式铅酸蓄电池的寿命就会终止[34],而随着使用环境温度的增高,电池电解液的电解量就加大;同时环境温度过高,充电产生的热量不易散发,也加剧了电解液的损耗。根据这些情况,生产厂家和一些科研单位都进行了大量的研究,发现阀控式铅酸蓄电池的使用环境温度不得超过35℃[3],否则电解液的损失量就会急剧增加。而实际情况是:微波通信站的夏季大多数情况下室内的温度都在35℃以上,中午可达45℃以上,使用环境温度过高是许多微波通信站的化学电源寿命提前终止的主要原因,在这种环境使用的阀控式铅酸蓄电池,寿命超过5a的不多,一般在3a左右[2]。为了延长电池的使用寿命,就必须设法降低环境温度。例如可以增加排风设备,在房顶增加隔热层等措施。
4.2  严格控制过充电
        阀控式铅酸蓄电池在过充时就会产生气体,当单体电池内部气体达到一定的压力数值时,控制阀就会开启放气,造成电解液的损耗。由于微波通信站设备的工作电流很小,在夜晚,电池的容量消耗并不大。例如:某型号信道机的工作电流只有1.0A,一个晚上最多需要用的电池容量是12 Ah,  而电池的额定容量都在300~400Ah之间,所以说其用电量是很小的,而晴天太阳能电池板的输出电流可达20 A,这样在给设备供电的同时,不需要1 h的时间就会将电池所用的容量补充完毕,进入浮充状态,这时就要严格控制浮充电压,一般每只电池的浮充电压夏季为2.210V,冬季为2.285 V,这样整组电池(24只)的总浮充电压就为53 V或55V,而有的太阳能电池控制设备的最低电压是  55V,这样势必会造成过充。其主要表现为:室内酸气增加,电池鼓肚、壳体破裂,寿命提前终止。  所以,必须根据不同的电池生产厂家,确定具体的浮充电压值,以保证不会对电池造成大量的过充。
4.3  严格控制电池过放电
        阀控式铅酸蓄电池严重的过放电会造成电池极板的硫酸盐化,使电池容量下降。根据微波通信站的设计情况,过放电的可能性较小,但要注意特殊情况的发生,如控制设备的最低电压点失灵,夏季连续阴天等都会造成严重过放电,要及时根据不同情况进行处理。
4.4  保证充足电池容量
阀控式铅酸蓄电池长期充电不足也会造成电池极板的硫酸盐化,使电池容量下降。随着设备的老化,阀控式铅酸蓄电池充电效率会下降,太阳能电池的效率也会下降,日积月累就会造成电池充电不足。另一种情况是:夏季的多日阴雨,也会造成电池的充电不足,这时应将电池临时换下,进行补充电等一系列的维护,避免造成电池极板的硫酸盐化。
4.5  关于补加水或电解液
        如果确定电池的容量衰减是由于长期在高温下使用或过充电引起的失水所致,适量的补加水可以使其容量恢复[3],但要由生产厂家进行,加注水或电解液后要及时将电池密封。因为阀控式铅酸蓄电池是一种贫液式电池,为了防止电解液损耗,其各个部位均是密封的,包括注液口的控制阀也是采用专用设备焊接上的。如果要补加水或电解液,就必须将其开启,这样电池就成为实际的开口电池,补加的电解液就会很快地被蒸发出去,电池的容量也会很快地衰竭。所以,一般情况下用户不要给阀控式铅酸蓄电池补加水或电解液。
4.6  阀控式电池的最佳使用姿势是控制阀向上
        由于在一些阀控式铅酸蓄电池的宣传资料上讲,其可以任意位置和姿势工作使用。有些用户就将电池侧放(卧放),这样就有可能使电解液下沉,集中在电池的一侧,而另一侧的电解液很少,充电时发热,使电池的容量减少;电解液下沉还有可能堵塞控制阀,在达到排气压力时而无法顺畅释放气体,造成电池损坏。所以,无特殊情况,电池要正置使用。
4.7  电池柜要经常开门通风,最好改成开放式电池架
        虽然阀控式铅酸蓄电池是密封式电池,其在过充的情况下仍有一定量的气体释放,如果不及时排出,其对设备的腐蚀性是不可忽视的。在部队为了整齐美观,电池一般都放人封闭式的铁皮柜中,这样就会造成电池柜内有酸气积存,腐蚀电池柜和其他设备。所以,电池柜要经常开门通风,最好改成开放式电池架,以利于通风换气。
结束语
        (1) 在夏季,要采取一切可能的措施,降低使用环境的温度,最好使环境温度保持在35℃以下。适当调低电池组的充电最高控制电压,可以减少水的电解,使电解液中水分的损失得到有效的控制,延长电池的使用寿命。
        (2) 阀控铅酸蓄电池是密封式电池,不是不维护电池,必须正确使用和精心维护。
    参考文献
   l  王秋虹,张捷.阀控式铅酸电池失效的原因及容量恢复.蓄电池,1998(4):3~6
      2  郑舜煌.选择通信用大容量蓄电池的体会与建议.蓄电池,1996(1):19~2l
      3  桂长清.通信用阀控式铅酸电池检测与维护技术.蓄电池,1998(3):28~33
      4  郝庆英,张敏,张绍芝等.阀控式铅酸电池失效原因的研究.蓄电池,1997(1):2l~23

 

1作者:宋清山 来源:电源技术应用 编辑:顾北

 

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