荷滿、均壓是閥控式鉛酸蓄電池在線診斷的必要條件
摘要：大量的實(shí)踐已經(jīng)證明現(xiàn)有的運(yùn)行方式無(wú)法使蓄電池達(dá)到荷滿和均壓，而荷滿和均壓是實(shí)現(xiàn)通信用閥控式蓄電池在線診斷技術(shù)的兩大必要條件。

　　鉛酸蓄電池從一百多年前發(fā)明到現(xiàn)在雖然有了大量的改進(jìn)，但是電化學(xué)基本原理沒有變。閥控式蓄電池以它的貧液特點(diǎn)帶來(lái)了好處,如體積小、重量輕、維護(hù)工作量少而受到青睞。然而閥控式蓄電池公認(rèn)的理論壽命為二十年、設(shè)計(jì)壽命為十五年，在使用環(huán)境安裝空調(diào)，每年按規(guī)定做充放電試驗(yàn),實(shí)際壽命卻只有八至十年;在郊外，市電差，無(wú)空調(diào)等的情況下，電池壽命最多三至四年。另外,在日常使用中無(wú)法知道在線蓄電池的剩余容量，只有通過(guò)離線放電測(cè)試才能大致知道電池的容量，對(duì)于不能中斷通信的電信運(yùn)行商來(lái)說(shuō)這是長(zhǎng)期以來(lái)希望解決而沒有解決的問(wèn)題。
　　
　　一、要提高電池維護(hù)水平，必須解決在線診斷問(wèn)題
　　
　　蓄電池常年工作在浮充狀態(tài)，由于各家電池廠商的極板配方、電解液比重不同,單體電池浮充電壓的設(shè)定也有不同。我們以2.23V為例.浮充電壓包含了兩部分，一部分為蓄電池的靜態(tài)電動(dòng)勢(shì)，即E=d+0.85（d為電池電解液比重），閥控電池的d一般取1.300，則E=1.300+0.85=2.15V；另一部分則綜合考慮開關(guān)電源的穩(wěn)壓精度，直流屏壓降，饋線壓降及單體電池的連接端子壓降等。一般說(shuō)來(lái)，新電池內(nèi)阻較小，連接端子面的電阻也較固定，單體電池端電壓由離散會(huì)逐步趨向接近，但在浮充幾年后，電池內(nèi)阻不均衡逐漸顯現(xiàn)，或者是溫升的原因，或者是電池正負(fù)兩端連接條接觸稍微差一些（有可能是極柱爬酸、連接螺栓略松造成）等,都有可能使單體電池浮充電壓發(fā)生變化。而這種情況又是動(dòng)態(tài)的，當(dāng)整組電池作了充放電后，該組電池又可能出現(xiàn)新一輪的浮充電壓略高和略低的電池。長(zhǎng)此以往，組內(nèi)的蓄電池性能就變得越來(lái)越差。所以我們經(jīng)常聽到這樣的話:“浮充電壓略高的電池不一定好,浮充電壓略低的電池不一定差�！边@就反映了單靠檢測(cè)平時(shí)的浮充電壓發(fā)現(xiàn)不了容量不足或故障電池，而做放電試驗(yàn)費(fèi)工費(fèi)時(shí)又耗電，風(fēng)險(xiǎn)大，準(zhǔn)確性不高。因此蓄電池的在線診斷技術(shù)越耒越被關(guān)注,這個(gè)技術(shù)的成功就是電池維護(hù)水平的上升空間。
　　
　　二、實(shí)現(xiàn)蓄電池在線診斷，荷滿是必要條件之一
　　
　　處于浮充狀態(tài)下電池的浮充電流主要用于維持氧通道和補(bǔ)償自放電的能量損失。長(zhǎng)期以來(lái)，蓄電池的充足標(biāo)準(zhǔn)是：浮充電流小到保持三小時(shí)不變。事實(shí)上，雖然流過(guò)各單體電池的浮充電流是相同的，但由于電池組中各單體電池特性存在離散性，這個(gè)浮充電流對(duì)某些電池可能是過(guò)量的，對(duì)某些電池又是欠量的，而且這種過(guò)量和欠量又是動(dòng)態(tài)的，在不同的使用環(huán)境(如溫度影響)、使用年份(如充放電次數(shù))等物理因素和蓄電池內(nèi)部硫酸鹽化進(jìn)程等因素的作用下會(huì)發(fā)生不規(guī)則的變化，這種狀況在現(xiàn)行的充電運(yùn)行方式下是無(wú)法干預(yù)的。因此在達(dá)到現(xiàn)行的所謂電池充足標(biāo)準(zhǔn)下，各電池其實(shí)處于程度不等的“荷不滿”。由于電池處于“荷不滿”狀態(tài)，試圖用各種方法去檢測(cè)其容量，也就變得毫無(wú)意義，因?yàn)殡姵貑误w處在不同的起跑線上。所以只有電池工作在荷滿的浮充運(yùn)行狀態(tài)下，蓄電池組剩余容量準(zhǔn)確測(cè)定才具備了必要條件，也使蓄電池組實(shí)際使用的環(huán)境接近設(shè)計(jì)壽命的環(huán)境,使放電時(shí)間得以延長(zhǎng)。
　　
　　三、實(shí)現(xiàn)蓄電池在線診斷，均壓是必要條件之二
　　
　　上文已提到，電池浮充電壓與電解液濃度有關(guān)，電解液濃度提高，浮充電壓就增高，正極板的腐蝕速度也會(huì)增大。由于單體電池的失水程度不一，必然使單體電池間的浮充電壓不一致，而一次大電流放電或均充后，大部分電池間的端電壓值又會(huì)有所變化，所以這種情況就造成了電池極板腐蝕加速，厚薄不均，影響電池的使用壽命。有實(shí)踐已證明：蓄電池組的單體電池實(shí)際浮充時(shí)的端電壓與規(guī)定的浮充電壓相差5%時(shí)，蓄電池組的壽命將縮短一半。
　　
　　在限定的整組浮充電壓下,部分電池浮充電壓略高勢(shì)必有另一部分電池浮充電壓略低，這種過(guò)高或過(guò)低的浮充電壓就是造成部分電池過(guò)充，部分電池欠充的原因，所以只有將均衡的浮充電壓真正落實(shí)到每個(gè)單體電池上，使電池站在同一起跑線上，這時(shí)每個(gè)單體電池的可比性才是正確的，在線診斷電池容量才有意義。這種均壓不是采用電池外在的端電壓箝位的方法，或者添加化學(xué)制劑的辦法,而應(yīng)采用電化學(xué)本身的方法，激活蓄電池浮充時(shí)端電壓會(huì)逐步趨向一致的功能，達(dá)到均壓的目的。
　　
　　四、實(shí)現(xiàn)蓄電池荷滿和均壓的途徑
　　
　　如何在現(xiàn)有的浮充狀態(tài)下，對(duì)單體電池做到荷滿和均壓？根據(jù)作者掌握的資料，一項(xiàng)獲得專利的“荷電調(diào)控分析儀”解決了這一問(wèn)題。該儀表找到了電池荷滿(即充足)的標(biāo)準(zhǔn),并把單體電池的浮充電壓一致性作為在線診斷技術(shù)的起始點(diǎn)，然后根據(jù)電池各自的差異，進(jìn)行在線荷滿和電壓調(diào)控,在接入儀表二個(gè)多月后電池組中單體Vmax和Vmin與基礎(chǔ)浮充電壓之差≤20mV,采用快速放電法在線診斷蓄電池的優(yōu)劣。圖1為該儀表的接線示意圖：

圖 1
　　作者運(yùn)用該儀表在一定數(shù)量的電池上做了試驗(yàn)，已取得了一定進(jìn)展。我們將某局站兩組電池分別接入荷電調(diào)控分析儀兩個(gè)月后再進(jìn)行放電，通過(guò)短時(shí)間(10分鐘以內(nèi))放電測(cè)試，即準(zhǔn)確地估算出蓄電池組的容量，并迅速地找出了落后電池。
下圖2所示為接入荷電調(diào)控分析儀兩個(gè)月后蓄電池由浮充狀態(tài)轉(zhuǎn)入（6小時(shí)率）放電的電壓-時(shí)間關(guān)系示意圖。

　　 　圖2

　　
　　圖中電池端電壓從A點(diǎn)開路電壓跌至峰谷的拐點(diǎn)電壓B點(diǎn)，在20分鐘以內(nèi)又上升至峰值拐點(diǎn)電壓C點(diǎn)。
　　
　　對(duì)某一個(gè)處于荷滿狀態(tài)的蓄電池而言，放電電流達(dá)一定量而且不變時(shí),我們發(fā)現(xiàn)電池容量與谷值B點(diǎn)至峰值C點(diǎn)的電壓差成反比。
　　
　　為了作比較，我們又采用離線深放電做驗(yàn)證。
　　
　　圖3是2006年4月27日未接荷電調(diào)控分析儀前該局站第一組電池組6小時(shí)率深放電曲線。凹陷處電壓約為1.98V,放電終了時(shí)間為270分鐘。

圖 3
　　圖4是該組電池在接了荷電調(diào)控分析儀后2006年8月10日（因有空調(diào)電池室氣溫與4月份相近）6小時(shí)率深放電曲線。凹陷處電壓為2V，放電終了時(shí)間為300分鐘。這兩次同組深放電曲線說(shuō)明接了荷電調(diào)控分析儀后,電池容量增加,放電時(shí)間延長(zhǎng)

圖4
　　圖5是加了荷電調(diào)控分析儀后另一組電池的放電曲線。在圖中右下角出現(xiàn)了快速下降線，表明這是在深放電中出現(xiàn)的落后電池。

圖5
　　圖6是該電池組放電初期電壓凹陷處的放大區(qū)，其下部谷值過(guò)低，即預(yù)告該電池將是落后電池。事后我們將該電池閥打開，發(fā)現(xiàn)電池缺水,馬上進(jìn)行了在線修復(fù)即加液和換閥。
　　
　　圖6
　　五、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　大量的實(shí)踐已經(jīng)證明現(xiàn)有的運(yùn)行方式無(wú)法使蓄電池達(dá)到荷滿和均壓，而荷滿和均壓是實(shí)現(xiàn)通信用閥控式蓄電池在線診斷技術(shù)的兩大必要條件。目前流行的各種在線測(cè)試方法如果在診斷之前沒有對(duì)蓄電池進(jìn)行過(guò)荷滿和均壓，那它的準(zhǔn)確性必然受到影響，反之，通過(guò)短短的20分鐘放電測(cè)試即可較準(zhǔn)確地估算出電池容量，找出落后電池。我們認(rèn)為這是蓄電池在線診斷技術(shù)的一個(gè)突破。