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& 知識點(diǎn) 1.1 蓄電池的分類蓄電池組在通信電源系統(tǒng)中占有重要的地位，作為組合電源和不間斷電源（UPS）的后備電源，負(fù)責(zé)在交流市電停電或異常時(shí)為通信設(shè)備提供電能，保證通信設(shè)備正常工作。同時(shí)，適用于電力、太陽能等不同的供電系統(tǒng)。蓄電池種類很多，按蓄電池蓋和結(jié)構(gòu)分類，有開口式、排氣式、防酸隔爆式和密封閥控式蓄電池；按蓄電池維護(hù)方式分類，有普通式、少維護(hù)式、免維護(hù)式蓄電池。目前最常使用的是閥控式密封鉛酸蓄電池。 閥控式密封鉛酸蓄電池具有以下特點(diǎn)。 1． 密封結(jié)構(gòu) 具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，并采用先進(jìn)的密封技術(shù)，確保密封安全可靠。 2． 免維護(hù)設(shè)計(jì) 具有良好的氧循環(huán)復(fù)合能力。充電時(shí)所產(chǎn)生的氧氣幾乎被完全吸收，在使用時(shí)無需補(bǔ)充水，無需測量電解液的密度。 3． 長壽命 因具有以下特點(diǎn)，使閥控式密封鉛酸蓄電池?fù)碛谐L的使用壽命和良好的耐用性。 l 具有特殊的耐腐蝕鉛鈣合金板柵。 l 采用堅(jiān)固耐用的ABS材料制成外殼。 l 具有高純度的超細(xì)吸附式隔板。 l 具有精密開啟的壓力安全閥。 l 采用先進(jìn)的極柱板柵一體化設(shè)計(jì)和精良的制造工藝。 4． 良好的高倍率特性 由于閥控式密封鉛酸蓄電池的內(nèi)阻小。因此，在高倍率脈沖或連續(xù)電流放電時(shí)具有良好的高倍率性能。 5． 寬溫度適用范圍 工作溫度范圍為-20oC~+45oC。 6． 高能量密度 采用貧液式設(shè)計(jì)和緊裝配工藝，具有很高的體積比能量和重量比能量。 7． 低自放電 采用高純度的原材料制成，使閥控式密封鉛酸蓄電池在儲存或不使用時(shí)自放電率大大降低，每月的自放電率低于3%。 8． 深放電恢復(fù)性能好 采用特殊的電解液配方，在深放電后具有良好的恢復(fù)特性。 下面將以閥控式密封鉛酸蓄電池為例介紹。 1.2 結(jié)構(gòu)介紹1． 外形 閥控式密封鉛酸蓄電池由極板、電解質(zhì)、殼體及附件等組成。其中，GFM-200蓄電池外形如圖4.2?1所示，6-GFM-7蓄電池外形如圖4.2?2所示。
圖4.2?1 GFM-200蓄電池外形圖
圖4.2?2 6-GFM-7蓄電池外形圖 2． 閥控式密封鉛酸蓄電池的各種端子位置如圖4.2?3所示。
1．a、b、c、d、e、f、g共7個小圖分別為7種不同的端子位置示意小圖 圖4.2?3 閥控式密封鉛酸蓄電池的各種端子位置示意圖 圖4.2?3中7種端子位置示意小圖所對應(yīng)的閥控式密封鉛酸蓄電池的型號如表4.2?1所示。 表4.2?1 7種端子位置示意小圖所對應(yīng)的閥控式密封鉛酸蓄電池的型號一覽表
1.3 工作原理1． 充放電過程中的化學(xué)反應(yīng) 閥控式密封鉛酸蓄電池在充放電過程中的化學(xué)反應(yīng)式如圖3.2?1所示。
圖1.3?1 充放電化學(xué)反應(yīng)式 l 放電時(shí)：正極板的二氧化鉛和負(fù)極板的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鉛，電解液中的硫酸濃度降低。 l 充電時(shí)：硫酸鉛通過氧化還原反應(yīng)分別恢復(fù)二氧化鉛和海綿狀鉛，電解液中的硫酸濃度增大。 2． 充電末期電極反應(yīng) （1） 在充電的末期，電池的電壓上升至一定值時(shí)，正極板上因水的分解而放出氧氣。 H2O→2H＋＋1/2O2＋2e－
（2） 生成的氧氣通過隔板中的氣體通道傳輸?shù)截?fù)極板上，與海綿狀鉛發(fā)生化合反應(yīng)。 2Pb＋O2→2PbO （3） PbO是堿性氧化物，立即與電解液中的硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛。 PbO+H2SO4→PbSO4+H2O （4） 硫酸鉛經(jīng)充電轉(zhuǎn)化成海綿狀鉛。 PbSO4＋2H＋＋2e－→Pb＋H2SO4 （5） 負(fù)極板上的總反應(yīng)為： O2+4H＋+4e－→2H2O GFM電池在充電時(shí)，在正極板上失去的水，由負(fù)極板上生成的水來補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)了GFM電池在使用過程中免加水、免維護(hù)的目的。 1.4 影響蓄電池壽命的主要因素影響閥控密封鉛酸蓄電池壽命的因素很多，既有電池設(shè)計(jì)和制造方面的因素，又有用戶使用條件和維護(hù)方面的因素。 1.4.1 設(shè)計(jì)和制造因素正極板柵耐腐蝕性能和電池的水損耗速度是兩個最主要的因素。由于現(xiàn)在的蓄電池的正極板柵的厚度加大，采用PB－CA－SN－AI四元耐蝕合金，根據(jù)板柵腐蝕速度推算，電池壽命可達(dá)10~15年。然而從電池使用結(jié)果來看，水損耗速度成為影響密封電池使用壽命的最關(guān)鍵因素。 1.4.1.1 蓄電池失水與使用壽命之間的關(guān)系對一般密封閥控鉛酸蓄電池而言，由于采用“貧液式”設(shè)計(jì)，電池的正極和負(fù)極活性物質(zhì)的量以及電解液的量處于最佳匹配狀態(tài)，所以電池容量對電解液量極為敏感，它們之間存在如下關(guān)系。電池失水10％，電池容量降低20％；電池失水25％，電池壽命結(jié)束。 電池失水途徑有：電池槽、蓋滲漏；環(huán)境溫度過高；節(jié)流閥頻繁開啟或閥門開啟后關(guān)閉不了，導(dǎo)致氫氣和氧氣逸出，同時(shí)帶走酸霧；熱失控現(xiàn)象。 熱失控現(xiàn)象：電池在充電后期（或浮充狀態(tài)），由于沒有及時(shí)調(diào)整充電電壓，使電池的充電電流和溫度發(fā)生一種累積性的相互增強(qiáng)作用，此時(shí)電池溫度急劇上升，從而導(dǎo)致電池槽蓋膨脹變形，失水速度加大，甚至電池?fù)p壞。 1.4.2 蓄電池使用條件和維護(hù)對其壽命的影響眾所周知蓄電池使用的環(huán)境溫度、充放電流、放電深度、電池容量的合理配置、定期維護(hù)是保證電池正常壽命的關(guān)鍵。環(huán)境溫度過高，蓄電池中的化學(xué)反應(yīng)加劇，在充電過程中蓄電池的減壓閥會頻繁開啟加速了失水速度，從而降低了蓄電池壽命；放電深度以及放電電流及終止電壓與蓄電池壽命之間的關(guān)系也是非常密切的，具體情況詳見表 3.2?1 蓄電池放電深度與使用壽命之間的關(guān)系（25℃）和表 3.2?2。 蓄電池工作溫度會影響到蓄電池的容量、內(nèi)阻、充電效率、充電電流等，溫度升高蓄電池的容量會增加；內(nèi)阻減小；充電效率增加；同一浮充電壓，充電電流增加。如果在浮充電壓為55.2V時(shí)，環(huán)境溫度為26℃時(shí)，壽命為10年；環(huán)境溫度為36℃時(shí)，壽命4年。 表 3.2?1 蓄電池放電深度與使用壽命之間的關(guān)系（25℃）
從上表可以看出蓄電池的使用壽命不能籠統(tǒng)地一概而論，應(yīng)該視具體使用情況而定。在一定程度上蓄電池的壽命由其充放電的循環(huán)次數(shù)來決定，而不是以使用多少年來衡量的。 表 3.2?2 蓄電池放電終止電壓與放電電流之間的關(guān)系
從上表不難看出：放電電流越大，放電時(shí)間越短，蓄電池實(shí)際放出的容量越??；放電電流越小，放電時(shí)間越長，蓄電池實(shí)際放出的容量就越大（即放電深度越深）。所以放電電流過大和過小，都應(yīng)盡量避免，放電電流過大時(shí)電池會因在極短時(shí)間內(nèi)電池電壓降至極低而導(dǎo)致電池失效；放電電流過小則會造成電池深度放電而低效報(bào)廢。 1.4.2.1 蓄電池的充放電（１）蓄電池的放電過程 蓄電池的放電電流不宜太大，一般情況選用10H放電率來對蓄電池進(jìn)行放電，盡量避免大電流放電（小于1H放電率）。電池放電到終止電壓時(shí)必須采取保護(hù)措施，不得繼續(xù)放電。以10H放電率放電時(shí)，終止電壓為43.2V。當(dāng)電源系統(tǒng)上的直流斷路器將負(fù)載斷開后，蓄電池的端電壓會向上反彈5V左右。蓄電池的放電曲線如圖 3.2?1所示。
圖 1.4?1 蓄電池放電曲線 從上面的放電曲線可以看出：在放電初期電池端電壓下降的比較快，在放電10分鐘后，電池電壓下降到53.0V。放電大約半小時(shí)后，電池端電壓降至49V左右，放電1小時(shí)后電池端電壓降至48V；蓄電池電壓在48V時(shí)，放電時(shí)間最長，大約要持續(xù)7到8小時(shí)；8小時(shí)后，蓄電池端電壓開始下降，下降速度比較快，當(dāng)電池電壓降至43.2V時(shí)電源系統(tǒng)上的直流斷路器斷開，以便保護(hù)蓄電池不至過放而損壞，此時(shí)蓄電池端電壓會有所上升，上升值約為5V左右。 （２）蓄電池的充電過程 蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程，充電電壓和電流要合適，偏大和偏小均會影響蓄電池的壽命。一般情況下采用0.1C的充電電流來給蓄電池充電，浮充和均充電壓的選擇要依據(jù)電池廠家的推薦值來設(shè)定。充電過程見圖 3.2?2、圖 3.2?3所示（電池放電容量超過總?cè)萘康?/span>50％，以0.1C充電電流來給蓄電池充電）。
圖 1.4?2 充電過程中蓄電池端電壓變化曲線
圖 3.2?3 充電過程中蓄電池充電電流變化曲線 1.4.2.2 蓄電池容量的配置對于給通信設(shè)備供電的蓄電池來說，合理的配置蓄電池容量是非常重要的。如果電池容量偏小則不能滿足通信設(shè)備在停電時(shí)間較長的情況下的正常供電，影響正常通信；而電池容量太大則不僅是一種浪費(fèi)，同時(shí)也會影響蓄電池的壽命，所以要合理選擇蓄電池的容量。蓄電池容量的選擇主要是根據(jù)負(fù)載總電流、蓄電池的效率、停電時(shí)間長短和頻繁程度以及擴(kuò)容情況來決定。可根據(jù)下列公式來進(jìn)行蓄電池容量的選擇：C=[（負(fù)載電流＋備用負(fù)載電流）×10]÷蓄電池效率×A。式中C代表蓄電池容量，A表示所需放電時(shí)間的加權(quán)系數(shù)＝所需放電時(shí)間（小時(shí)）÷10。 舉例說明：有一移動基站BTS滿負(fù)荷電流為15A，傳輸設(shè)備工作電流為5A，還準(zhǔn)備增加一套CDMA設(shè)備，其所需提供的電流為20A。該基站經(jīng)常停電，停電時(shí)間約為24小時(shí)。計(jì)算所需電池容量為C＝（15＋5＋20）×10÷0.85×2.4＝1119AH，故選用兩組500AH電池即可。如果停電時(shí)間太長，例如48小時(shí)，是不能用增加電池容量的辦法來實(shí)現(xiàn)給設(shè)備供電的，而應(yīng)考慮用發(fā)電機(jī)來發(fā)電，否則將影響到蓄電池的壽命。 1.4.2.3 蓄電池的日常維護(hù)在蓄電池的使用過程中需對其做相應(yīng)的維護(hù)，由于蓄電池在運(yùn)行一段時(shí)間后，就會出現(xiàn)個別落后電池（一般情況下落后電池端電壓比正常電池的端電壓小20mV,5%）或失效的現(xiàn)象，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，那么落后的電池會越來越落后，直至失效。失效的電池會導(dǎo)致其他好的電池隨時(shí)間推移慢慢失效，進(jìn)而使整個電池組報(bào)廢。所以一般每隔3個月要對蓄電池進(jìn)行一次維護(hù)，主要是檢查蓄電池組中的電池有無漏液、有無“臌肚子現(xiàn)象”、有無落后電池存在、蓄電池連接處有無銹蝕和固定螺釘松動、環(huán)境溫度是否正常等等。只有做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理，才能確保蓄電池的正常壽命。 1.5 蓄電池的使用1.5.1 注意事項(xiàng)1． 不要使蓄電池短路。 2． 使用前必須充電。 3． 不要打開安全閥。 4． 保持蓄電池清潔。 5． 如果長期貯存，應(yīng)定期對蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充電。 6． 事故放電后，蓄電池在沒有及時(shí)補(bǔ)充電的情況下，不允許讓其繼續(xù)供電。 7． 同一蓄電池組內(nèi)必須使用相同型號的蓄電池，不同型號的蓄電池混用會損壞設(shè)備。禁止將不同標(biāo)稱容量的電池組并聯(lián)使用。 1.5.2 充電1． 充電方式分類 分為浮充和均充兩種充電方式。 l 浮充是指當(dāng)蓄電池處于充滿狀態(tài)時(shí)，充電器不會停止充電，仍會提供恒定的浮充電壓和很小的浮充電流供給蓄電池。一旦充電器停止充電，蓄電池會自然地釋放電能，利用浮充方式，可以平衡這種自然放電。 l 均充是指按照已設(shè)定的充電電流和充電時(shí)間對蓄電池進(jìn)行快速充電。在對蓄電池保養(yǎng)時(shí)，通常采用均充方式，這種充電方式有利于激活蓄電池的化學(xué)特性。 2． 充電參數(shù) 充電參數(shù)如表5.1?1所示。 表5.1?1 充電參數(shù)一覽表
3． 均充的適用場合 l 蓄電池在第1次投入使用前應(yīng)進(jìn)行均充，當(dāng)均充電流小于10 mA/Ah時(shí)自動轉(zhuǎn)入浮充，浮充時(shí)間不少于24 h。 l 如供電條件惡劣，停電頻繁，應(yīng)視具體情況進(jìn)行定期均充。 l 當(dāng)出現(xiàn)個別落后電池時(shí)，應(yīng)進(jìn)行均充。落后電池是指按0.10C10 A電流放電5小時(shí)后，放電終止電壓小于10.80 V（6-GFM系列和6-GFM-T系列）或1.80 V（GFM系列）的單節(jié)電池。 l 當(dāng)事故放電或電池定期容量檢測后，應(yīng)進(jìn)行均充。 1.5.3 容量檢測1． 容量檢測前應(yīng)進(jìn)行均充。 2． 當(dāng)均充轉(zhuǎn)浮充后，浮充電流為1 mA/Ah~2 mA/Ah，且連續(xù)穩(wěn)定約2~3小時(shí)不變，表明電池已充足電。在確保浮充24小時(shí)并斷電1小時(shí)后，方可進(jìn)行容量檢測，檢測標(biāo)準(zhǔn)見表5.1?2。 表5.1?2 容量檢測標(biāo)準(zhǔn)
表中I10表示10小時(shí)放電率的放電電流，其數(shù)值為電池的標(biāo)稱容量C10的1/10。電池為多路并聯(lián)時(shí)，電池的標(biāo)稱容量為多路并聯(lián)電池的標(biāo)稱容量之和。 蓄電池放電時(shí)，蓄電池端子電壓不能低于放電終止電壓，以免損壞蓄電池。 3． 放電結(jié)束后，必須在8小時(shí)內(nèi)進(jìn)行均充，當(dāng)均充電流小于10 mA/Ah時(shí)自動轉(zhuǎn)入浮充。當(dāng)浮充電流為1 mA/Ah~2 mA/Ah，且連續(xù)穩(wěn)定約2~3小時(shí)不變時(shí)，表明電池已充足電。再確保浮充24小時(shí)以上。 1.5.4 放電控制放電深度的方法有以下3種。 1． 利用放電時(shí)間來控制放電深度，放電時(shí)間與負(fù)載電流乘積應(yīng)≤0.80C10 Ah。 2． 利用放電容量來控制放電深度，設(shè)置的電池放電容量應(yīng)≤0.80C10 Ah。 3． 利用放電終止電壓來控制放電深度，也就是通過一次下電電壓和二次下電壓設(shè)置來防止電池過放電。 1.5.5 停電時(shí)間的使用要求1． 蓄電池放電后，在沒有再次充足電前，禁止再次放電。 2． 供電條件較好的設(shè)備，每6個月進(jìn)行一次保護(hù)性C10容量放電，放電深度為50%。放電后及時(shí)充足電。 3． 對于停電頻繁，停電時(shí)間較長的設(shè)備，應(yīng)配備油機(jī)等輔助供電設(shè)備。當(dāng)蓄電池放電深度達(dá)到80%，市電沒有恢復(fù)供電時(shí)，應(yīng)采用油機(jī)為基站設(shè)備供電并對蓄電池及時(shí)補(bǔ)充電。 1.5.6 蓄電池的更換1． 如果蓄電池電壓在放出其額定容量的80％（對照相應(yīng)放電率的容量如C10、C3等參數(shù)）之前已低于如表5.1?2所規(guī)定的最低放電終止電壓，則應(yīng)考慮加以更換。 2． 蓄電池屬于消耗品，有一定的壽命周期。綜合考慮使用條件、環(huán)境溫度等因素的影響，在到達(dá)蓄電池設(shè)計(jì)使用壽命之前，用新電池予以更換。 1.6 日常維護(hù)為了確保蓄電池正常的使用壽命，應(yīng)定期對蓄電池進(jìn)行檢查和維護(hù)?！岸ㄆ凇笨煞譃榘丛?、按季度和按年度三個時(shí)間階段。定期檢查項(xiàng)目見表5.2?1。 表5.2?1 定期檢查項(xiàng)目列表
1.7 故障處理常見故障診斷及解決方法如表5.3?1所示。 表5.3?1 常見故障診斷及解決方法一覽表
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