低温对蓄电池容量影响的分析

马宜静

(宁夏电投西夏热电公司,宁夏银川750021)

0 引 言

随着通信技术的不断发展,电力系统通信在电网中的作用也越来越重要,这就对通信设备提出了较高的技术要求。通信电源是通信网络畅通的重要保障,通信电源系统运行质量的好坏直接关系到整个通信网络的运行质量、可靠性和安全性。蓄电池作为通信电源系统的重要组成部分,是电源系统稳定、可靠运行和优质供电的最后保证。目前,电力系统通信电源配套的蓄电池大多是先进的阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA蓄电池),根据通信设备的不同需求,其每节单体电压一般有2 V、6 V和12 V三种。

1 VRLA蓄电池简介

1.1 VRLA蓄电池原理及特点

传统的电池,由于水的蒸发以及电解液的分解,需要经常对电解液的浓度进行检测,以确定是否对其添加蒸馏水。另外,在电池充电过程中,由于化学反应剧烈,会产生大量有害气体形成酸雾,污染室内空气,对工作人员会产生职业危害。相对于传统电池,VRLA蓄电池具有体积小、防爆安全、电压稳定、无污染、重量轻、放电性能高、维护量小等特点,而成为通信电源系统的首选电池。

VRLA蓄电池的设计原理是把所需分量的电解液注入极板和隔板中,没有游离的电解液,通过负极板潮湿来提高吸收氧的能力,为防止电解液减少把蓄电池密封,故VRLA蓄电池又称“贫液蓄电池”。

1.2 影响阀控式密封铅酸蓄电池寿命的重要因素

影响VRLA蓄电池寿命的外部因素有:1)环境温度;2)过度充电;3)过度放电;4)长期浮充电。

影响VRLA蓄电池寿命的内部因素是电池失水。VRLA蓄电池属于少液式蓄电池,其中的电解液受到严格的限制,并且其电解液在出厂前一次加注,一旦减少便很难恢复。因此,当电解液中水分减少到一定程度,就会引起VRLA蓄电池失效[3]。

2 西夏热电公司通信用蓄电池简介

西夏热电公司通信用高频开关电源所配备的是2组48只,标称单体2 V 300 Ah江苏双登VRLA蓄电池。采取两组蓄电池并联运行,浮充供电的方式。在交流正常供电时,蓄电池组通过高频开关电源浮充来储备电能,它与整流模块并联运行可以起到平滑滤波的作用,能降低直流系统的杂音电压,改善整流器的供电质量,此时蓄电池组不给通信设备供电。当交流电中断或电源设备出现故障时,就必须依靠蓄电池组向通信设备供电,保证通信设备正常运行。正常温度下通信用蓄电池单体电压如表1所示(以蓄电池组1为例)。

3 低温对蓄电池的影响分析

3.1 故障现象

2010年12月27日,西夏热电公司通信维护人员巡检时发现机房空调故障,正值冬季,夜间室外温度最低达零下19℃(-19℃),当时室内温度只有6℃。维护人员一方面迅速联系维修人员对空调进行修理;另一方面找来电暖气提高机房温度。经过对蓄电池组容量的测试,发现低温对蓄电池容量有一定的影响。具体测试结果如表2所示(仍以蓄电池组1为例)。

表1 正常温度下通信用蓄电池单体电压(21℃)

表2 低温对蓄电池容量测试结果(6℃)

通过表1与表2数据对比可以看出,由于环境温度降低,导致蓄电池的单体容量降低,相应的蓄电池组的容量也降低,其降幅达9.81%。由此可见,低温对蓄电池的容量具有一定的影响。

3.2 温度对蓄电池容量影响的分析

根据VRLA蓄电池的设计原理,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,蓄电池正、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,但高温又会使蓄电池正、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,蓄电池内部气体产生的压力增加。当蓄电池内部压力达到10～35 kPa时,蓄电池安全阀打开,内部水分子损失,降低了电池的额定容量,影响蓄电池的使用寿命。所以要求蓄电池应在20～25℃环境中存放及使用,若温度高于标准温度10℃,则电池寿命将降低一半[1]。

在低温工作条件下,负极板上的海绵状铅极易变成小尺寸的晶粒,容易使小孔被冻结和堵塞,从而大大降低活性物质的利用率。假若在低温恶劣情况下大电流放电使用,负极活性物质中的小孔将会被阻塞得更严重,海绵状铅可能变为致密的PbSO4,使得电池可放出的电量大大降低,对于正极板,其温度系数为负值,因而在低温下具有较高的电极电势。从而在低温情况下正极放电速率远大于负极放电速率,这样,在负极生成PbSO4层前,正极PbO2转化为 PbSO4的过程已经结束,所以正极板在低温下不生成致密的PbSO4晶粒。因此,温度过低将会导致VRLA蓄电池的容量下降[3]。

根据有关资料,设定VRLA蓄电池在25℃时,电池容量为100%,超过25℃时,每升高10℃蓄电池容量减少50%;而在25℃以下时,温度与容量的关系见表3。

表3 在25℃以下时温度与容量的关系

3.3 蓄电池实际容量的计算

蓄电池的额定容量通常是在25℃环境温度下以及在指定的放电率情况下规定的。电池的最佳工作温度是25℃,当电池放电工作温度不是25℃时,由于电化学的作用,实际容量应按公式(1)换算成25℃基准温度时的容量。

式中,Ct为实测容量(V);Ce为环境温度为25℃时的标称容量(V);T为实际环境温度(℃);K为温度系数,10小时率容量实验时K=0.006/℃、3小时率容量实验时K=0.008/℃、1小时率容量实验时K=0.01/℃。

从公式(1)中可以看出,当环境温度高于25℃时,蓄电池的实际释放容量Ct大于设计额定容量Ce;而环境温度低于25℃时,它的实际可释放容量Ct低于设计额定容量Ce。从温度系数K的取值还可看出,放电率越大,温度对容量的影响也越大[2]。

3.4 防范措施

温度、湿度对于蓄电池的寿命、容量均有影响。对于蓄电池,要做到勤巡视,勤检查,勤测试。首先,机房环境温度保持在25℃左右,避免阳光直射;其次在日常检查中,经常检查极柱、连接条是否清洁;壳体是否有损伤、变形或腐蚀现象;电池连接处有无松动,温升是否异常;极柱处是否爬酸、漏液;安全阀周围是否有酸雾、酸液溢出。并根据厂家提供的技术参数和现场环境条件,检查电池组及单体均、浮充电压是否满足要求,浮充电流是否稳定在正常范围。

4 结束语

通信电源的稳定可靠直接影响到通信设备的正常稳定运行。本次故障由于发现及时,处理得当,在当天,机房温度已经恢复正常。通过对蓄电池组的测试,发现蓄电池组的容量已基本恢复正常,对设备没有造成损害。

西夏热电公司通信用蓄电池已运行三年,按照规定,每天均由专人进行检查,每月进行蓄电池容量测试,每年对蓄电池进行核对性充放电实验。自投运以来,从未发生因蓄电池而影响通信设备正常工作的事故。虽然如此,本次故障的发现及处理,还是为通信维护人员敲响了警钟。由于西夏热电公司通信机房为无人值守、定时巡检,对设备故障的及时发现、及时处理存在一定难度。增强蓄电池乃至所有通讯设备的监测功能是急需解决的问题。在今后的工作中,西夏热电公司将通过集中监测、加强巡视、接入告警信号等多种方式,随时掌握蓄电池的运行状况,将发生故障的可能性降低到最小。

[1]周志敏,周纪海,纪爱华.阀控式密封铅酸蓄电池实用技术[M].北京:中国电力出版社,2004.

[2]GFM系列阀控密封铅酸蓄电池安装维护手册[Z].双登集团.

[3]朱松然.蓄电池手册[M].天津:天津出版社,1998.