鉅大LARGE | 點擊量：754次 | 2021年12月22日
VRLA電池組可靠性檢測方法
1前言
某地電信中心機站發(fā)生通訊中斷故事，分析原因是，機站配置48V4000Ah電池組，采用4組并聯(lián)每組24只GFM-1000電池，負載電流為260～300A。電池為使用6年半左右的VRLA(AGM)電池。經(jīng)檢查，4組并聯(lián)電池組中，每組都有2～3只容量很低的電池存在，當電池組負載放電時，整組電池電壓下降較快，在維護人員趕到前，總電壓已降至脫離電壓，所以導致發(fā)生通訊中斷事故。
某省的電信中心機站也發(fā)生過通訊中斷的嚴重事故，說明我國通訊行業(yè)中使用的VRLA備用電池存在著較為嚴重的可靠性隱患，重要表現(xiàn)在：使用中后期缺乏行之有效的可靠性檢測方法及標準。
結合多年來在VRLA電池的制造、工藝、使用維護等方面積累的相關經(jīng)驗，特提出一種檢測VRLA電池可靠性的方法，以期對同行有所借鑒，對VRLA備用電池組用戶的維護有所幫助。
2通訊用VRLA備用電池組配置
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
通訊用VRLA備用電池組的電壓一般為48V;中心機站一般把幾組24只2VGFM系列的大容量48V電池組并聯(lián)起來;非中心機站及邊際網(wǎng)一般采用幾組4只12VGFM系列48V電池組并聯(lián)方式，或采用幾組24只2VGFM系列中小容量48V電池組并聯(lián)方式。
通訊用48VVRLA備用電池組的容量大小是根據(jù)負載大小來配置的。負載電流一般設計為C10/15(A)左右。市電中斷時，在正常情況下，電池組能堅持供電12～16h。例如：中心機站負載為48V×270A左右時，一般配置48V4000Ah的電池組，常用4組48V1000Ah電池組并聯(lián)起來，或者采用2組48V2000Ah電池組并聯(lián)。
3UpS備用VRLA電池組配置
UpS備用VRLA電池組一般常用的有220V、380V電池組。電池組的容量大小是根據(jù)負載大小而定的，最大負載電流大小一般為電池組的1～2小時放電率。市電中斷時，在電池組正常情況下，至少能堅持供電1～2h左右。
4市電斷電時的處理程序
中心通訊機站一般都備有柴油發(fā)電機系統(tǒng)，所以市電中斷后，VRLA電池組只要能堅持供電2h左右，就能啟動柴油發(fā)電機系統(tǒng)來供電。
對一般性的通訊機站，因為是無人值守的，所以有關維護人員一般要4～5h左右才能趕到機站，啟動柴油發(fā)電系統(tǒng)，所以市電中斷后，VRLA電池組要求能堅持供電4～5h左右。
關于UpS機站，市電中斷后，VRLA電池組只要堅持供電15～30min，有關人員就能啟動柴油發(fā)電系統(tǒng)供電。
5市電斷電后的現(xiàn)狀
雖然現(xiàn)在VRLA備用電池組容量配置裕度都較大，特別是對通訊備用電源，電池組容量只要有額定容量的40%左右，至少能對負載供電達6h左右，使維護人員有足夠的時間啟動柴油發(fā)電系統(tǒng)，從而保證通訊的正常運行。
但是，現(xiàn)實中常有通訊中斷事故，中斷2h以上的重大事故也不少見。這是因為：VRLA電池組平時大多數(shù)時候都處于浮充備用狀態(tài)，只要每組電池中有極少部分的電池容量很小，在市電中斷而由電池組供電時，電池組總電壓就會下降很快，很快降至脫離電壓，使電池組對負載供電池時間較短，人們來不及啟動柴油發(fā)電系統(tǒng)，從而造成通訊中斷事故。
這其實并不僅僅只是VRLA電池容量大小的問題，而且是VRLA電池容量可靠性的問題，因為我們不可能頻繁地對電池組進行容量檢測。所以重要的是對VRLA電池的容量的可靠性有一種判斷的方法(或稱為判斷標準)。
6VRLA電池容量可靠性有關的因素
現(xiàn)在的中心機站一般都有浮充檢控，對沒有檢控的機站，運維人員也會每隔一段時間去檢測電池浮充電壓的大小。但是電池的浮充電壓大小并不能較好地反應出電池內(nèi)部狀態(tài)的可靠性，經(jīng)常有浮充電壓很正常的電池，其容量已很小的情況。
多年來，通過對大量容量嚴重偏低且失效電池的分析及解剖，發(fā)現(xiàn)失效的原因重要有以下兩種類型：
第一種類型：匯流排及板耳腐蝕斷裂。一般有以下特點：
a)負極匯流排及負極板耳腐蝕嚴重，負極板耳與負極匯流排基本腐蝕脫離;
b)正匯流排與正板耳完整，無明顯腐蝕跡象;
c)正極板完整，無明顯變形膨脹現(xiàn)象，活性物質(zhì)無明顯的糊狀;
d)正極板柵較完整;
e)負極板完整，不發(fā)硬，無明顯硫酸鹽化之跡象。
也就是說，關于第一種失效類型，電池除了匯流排與板耳腐蝕斷裂外，其余部分都正常。
第二種類型：pCL現(xiàn)象。
一般有以下特點：
a)正極匯流排與正極板耳完整，無明顯腐蝕之現(xiàn)象;
b)負極匯流排與負極板耳完整，無明顯穿透型腐蝕;
c)正極板完整，無明顯變形膨脹現(xiàn)象，活性物質(zhì)無明顯的糊狀;
d)正極板柵較完整;
e)負極板完整，不發(fā)硬，無明顯硫酸鹽化之跡象;
f)正極板發(fā)生早期容量損失現(xiàn)象，使電池容量很小。
所以，影響VRLA電池容量可靠性的因素重要有兩個：第一個是匯流排與板耳的腐蝕狀況，重要是負極匯流排與負極板耳的腐蝕狀況。第二個就是所謂的pCL現(xiàn)象，即早期容量損失現(xiàn)象。關于VRLA電池，重要是正極板的早期容量損失現(xiàn)象。
7VRLA電池可靠性檢測方法
對使用期為3年以內(nèi)的VRLA電池組，每年做一次容量檢測，將C10容量比同組電池中最高容量低10%以上的電池換掉。
對使用3年以上的電池組，每年檢查一次匯流排與板耳的腐蝕情況，然后再作容量檢測，具體操作方法如下：
(1)分組檢測，檢測時應斷開熔絲;
(2)開閥;
(3)用內(nèi)窺鏡(即胃鏡)伸入電池氣室內(nèi)，觀察匯流排與板耳的腐蝕情況，檢查時應注意不要損傷隔板;
(4)如匯流排與板耳腐蝕較嚴重：匯流排有斷裂現(xiàn)象，部分板耳與匯流排有腐蝕斷裂現(xiàn)象，則應將該電池更換掉，且這樣的電池不能再做容量恢復，應直接報廢(如圖1);
圖1腐蝕的板耳和匯流排
(5)對匯流排完整，板耳與匯流排焊接牢固的電池才可繼續(xù)進行以下檢測(圖2);
圖2正常的板耳和匯流排
(6)蓋閥;
(7)容量檢測，分類及恢復：對匯流排及板耳完整，無明顯腐蝕的電池作容量檢測;將容量明顯偏低的電池挑出，集中處理;作容量恢復。
在幾年前就已有較為成熟的方法對出現(xiàn)pCL現(xiàn)象的電池作容量恢復，能使90%以上的電池完全恢復容量，其余不足10%的電池也能使其容量得到大幅度的提高，至目前為止已成功處理并恢復了幾萬只電池。
VRLA備用電源浮充使用過程中，常有落后電池出現(xiàn)，這與現(xiàn)行VRLA備用電源充電方式有較大的關系，具體討論如下。
8對現(xiàn)行VRLA備用電池組充電方式的檢討及改進
8.1現(xiàn)行VRLA備用電池組充電方式
電池組平時處于浮充狀態(tài)，每隔3個月左右均充一次，均充時間12h左右。
8.2現(xiàn)行VRLA備用電池組充電方式的效果
現(xiàn)行VRLA備用電池組浮充加定期均充的充電方式并不能很好的保證電池組中的每一只電池都處于充足電的狀態(tài)。VRLA備用電池組中的各個電池單體狀態(tài)不可能完全一致，總存在一些容量相對落后的電池單體，原因在文獻[1]中已有較詳細的論述。
電池組在浮充狀態(tài)下，并不能使落后的電池單體完全充電，因為在浮充(恒壓限流充電)情況下，電池組中容量相對較高的電池端電壓上升較快，從而使整組電池的浮充限流值下降較快，使相對落后的電池單體充電不足。
部分電池單體長期充電不足，會造成電池內(nèi)部部分活性物質(zhì)的硫酸鹽粗晶?；钩潆姇r電池內(nèi)硫酸鉛轉化為活性物質(zhì)變得較困難[1]。隨著時間的延長，落后電池中活性物質(zhì)的硫酸鹽粗晶?；絹碓絿乐兀孤浜箅姵厝萘肯陆递^快。即使定期的均充電也不能使落后電池的粗晶粒的硫酸鉛全部轉化為活性物質(zhì)，這是因為長期浮充后，再轉入均充，電池組的充電電壓上升較快，使均充大電流充電時間較短，均充電流下降較快，從而不能有效地“沖刷”粗晶粒的硫酸鉛，使其不能完全溶解而轉化為活性物質(zhì)。
所以，現(xiàn)有的長期浮充加定期均充的充電方式并不能較好的保證落后電池及時充足電，也就不能很好地防止VRLA備用電池組中有容量很小的電池單體出現(xiàn)。
8.3充電方式的改進
只有用大電流較長時間充電，使電池溫度上升，才能使粗晶粒的硫酸鉛溶解度提高;在大電流“沖刷”下，易使粗晶粒的硫酸鉛細化，使其更易溶解;大電流較長時間的充電能起到“攪拌”電解液的用途，減少分層，提高硫酸鉛的溶解度，提高充電效率。有關電解液分層對電池充/放電的影響，在文獻[1]中已有所論述。溶解的硫酸鉛在充電情況下，才易轉化為活性物質(zhì)。
均充電時，只有先對電池組放電，然后再均充電，才能保證均充時有較長時間的大電流充電，使落后電池及時充足電。所以，現(xiàn)有的VRLA備用電源充電方式：長期浮充+定期均充電方式，應改為：長期浮充+定期放電+定期均充方式;或者改為：靜置+定期放電+定期均充方式。
這就要VRLA備用電源運行維護人員及相關人員在長期的實踐中逐漸提高認識，而且要開關電源廠家認識的提高及配合，以合適的充/放電程序設置來促進VRLA備用電源中的落后電池及時充足電，從而提高VRLA備用電池組容量的可靠性。
9建議
VRLA備用電池組系統(tǒng)至少應有兩組以上的電池組并聯(lián)，以提高電池組的可靠性。取消電池組的長期浮充+定期均充電的充電制度，對并聯(lián)電池組中的每組電池改為：定期放電、均衡充電、再停止充電一段時間，并以此循環(huán)，具體如下：
(1)采用自動(或手動)切換系統(tǒng)，先將并聯(lián)電池組中的其中一組電池與其余電池組分離，再對這組電池負載放電，放出容量為該電池組額定容量的40%左右，并在脫離電壓前將負載切換為市電供電;
(2)電池組負載放電后，再對電池組均衡充電，均衡充電時間一般為24h左右。
(3)均衡充電完成后，對電池組停止充電，停充時間一般可設2個月左右。
(4)然后再按上述3步循環(huán)。
(5)一組電池均衡充電完成后，通過自動(或手動)切換系統(tǒng)，再對其余的電池組分別作相同的放電、均衡充電、停止充電、循環(huán)。
或將電池組長期浮充+定期均充電的充電制度改為長期浮充+定期放電+定期均充的方式。定期負載放電電量一般可定為：30%~40%C10。
VRLA備用電池組充電方式的改進，要開關電源廠方的配合，使開關電源能自動完成上述功能的充電方式，從而大大減少運維的工作強度。對使用3年以上的VRLA電池組，再按前面第7節(jié)中所述內(nèi)容做匯流排及板耳的腐蝕狀態(tài)檢測。
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