铅酸电池维护基本工艺及其效益-总结报告.doc

阀控电池在线容量维护基本工艺及其效益 段万普内容简介：阀控蓄电池的在线容量维护，是一个系统工程，它的实施可以大幅度延长蓄电池的使用寿命。本文依据在基站实施的实例，对维护作业的原理和基本过程做了介绍，对维护工作产生的多方面效益做了说明。并与现在流行的“容量复原”工艺做了比较。最后对这项技术的内涵作了总结。关键词：阀控蓄电池、维护对通信基站电源用的蓄电池，现在流行的观念和维护方法是：电池安装使用后，质保期就是免维护期。阀控电池补加水后电池就会损坏。电池容量下降后，采用容量复原使电池组恢复容量。新蓄电池首先用于替换频繁发生掉站的基站电池。电池组按照简单并联的方式，在基站使用。在日常巡检中，用万用表检测和查找故障电池。阀控蓄电池不能打开排气孔，打开后电池就会损坏。一体化基站使用不能补加水12V连体电池。由于以上不合理的使用，造成电池使用34年，结构容量就下降到80%以下，一体化基站蓄电池使用2年就需要更新，蓄电池成为基站设备中是故障率最高的部件。这种状态是可以改变的。要改变这种情况，首先需要提高对蓄电池的基础认识，从系统的高度对电池的采购到报废的全过程进行质量控制，逐步针对不同情况采用阀控蓄电池在线容量维护技术。它的全面实施，可把蓄电池的消耗量减少一半。下面就其中的几个核心环节予以说明。 阀控蓄电池的维护，基本工作分为四个阶段。1建立备品制度 现在维护规程中没有备品管理的规定。 备品电池是从下线的蓄电池中产生的。现在下线电池都是成组进行的，一组中有1个失效电池，由于事故频发，就会造成电池组失效的假象。现在大部分单位，对下线电池不做报废鉴定，造成大量电池的误报废。下线电池经报废鉴定后就分离出一部分结构容量符合使用标准的电池。电池的报废鉴定，除过机械损坏以外，只有一个标准，就是浮充电条件下结构容量达不到企业的安全使用标准。按照这个标准分离出的蓄电池，并不能保障在基站的安全使用。 把可以继续使用的电池模拟基站使用条件保存，在0.20.3A的浮充电流下经12个月的仓储时间，考核电池的自放电。只有结构容量和自放电两项指标都达到安全标准的电池才能上线使用。备品电池启用时，以测量的保有容量值为准，判断是否可用。2电池状态普查和更换落后单节这是在线容量维护的第2阶段。根据业主提供的基站清单，检测蓄电池组每个单节的蓄电池负载能力，即我们称为的CB值。（注：CB检测值，就是用保有容量检测仪测量的具体数值。）但这时测得的CB值，并不能判断电池的保有容量的绝对值，会有“虚高”的成分。这是由于在几年的“免维护”使用中，连续的失水使被测电池的电解液尚处于浓缩状态，电解液的浓缩程度与温度和充电条件有关，从外部是无法判断的。但是检测值的相对值仍有参考价值，对容量为020%的电池判断是可靠的。验证这种检测手段有效性有两种方法：2.1把落后单节取出，单独对其放电，核对其实际容量。这个方法比较简单，容易操作。2.2对落后电池所在的整组电池放电。这种方法得到的数据符合统计习惯，更换单节前后的数据可以比较。检测出容量特别低下的电池，就对该组电池进行放电。放电方式可根据业主的要求进行，一个方法是用业主的全自动恒流放电设备进行。另一个方法是用基站负载放电，48V系统放电到47V为止，24V系统放电到23V为止。对48V系统，由于一次断电的电压标准设定为46V，放电时不会造成掉站。记录这次放电时间T1，这就是维护前电池的实际工作容量。用合格备品替换掉落后单节前，由于测量T1的需要，电池组已经放了一次电。需要至少5天的充电时间，电池的容量才能恢复，一般一周后再对这组电池进行一次放电，放电条件与第一次相同，得到放电时间T2.蓄电池组供电时间“T2-T1”的差值，就是维护中更换落后单节的初步效果。在这个阶段，电池组单节的容量尚不能得到提升。检测过程和两次放电需要业主的技术人员在场。以便维护的初步结果得到业主人员的认可。 当一组蓄电池由于供电能力下降造成频繁掉站时，往往是电池组中有一个落后单节造成的。基站的一次掉电电压标准设置是46V，蓄电池组的标称电压是48V，就是说，如果有一个蓄电池没有供电能力，就会发生设备的运行掉站事故。表1是对一组在线蓄电池的CB值检测数据。表1 一个基站两组蓄电池的在线检测数据序1123456789101112CB1.821.801.641.771.711.761.871.861.851.901.811.82序2123456789101112CB1.511.891.911.791.761.821.911.771.791.781.781.58注：时间：2009-7-28，地点：成都，电源结构：-24V，基站名：甘孜林办，基站负荷：68A, 电池标称容量550Ah 电池已经使用时间：5年以上表中用红色标注的单节是容量低于35%的电池，对应检测值是低于1.70V。这个基站第一组电池的第3个单节和第二组的第1、12单节为失效单节，交流电中断后，几分钟时间就发生掉站。更换这三个失效单节，电池组的实际供电能力立即恢复。采用哪种工艺技术检测落后电池，效率和精度是两个关键问题。通信公司虽然已经普遍购置有放电设备，由于使用这种设备检测蓄电池，放电时间成本和人工成本高，检测精度高但效率低，巡检中无法采用。用万用表和电导仪，速度快但精度低，在电池完全失效损坏时也能发现落后单节。但对于类似表1中低于安全使用限界标准的蓄电池，CB检测仪兼顾了精度和效率两个要求。对落后电池的检测，是一个发现问题的普查性工作，纳入正常的月巡检，就可以及时发现电池的故障苗头，及时处理，就可以做到防患于未然。有的基站，电池的检测数据发生不正常下降，这种情况就是发生事故的前兆，要找出原因，予以排除。表2就是一个基站的实例。表2 一个基站电池容量下降的记录时间1234567891011120907041.851.871.871.921.971.911.871.801.941.891.741.940908241.761.721.771.681.861.781.761.771.731.681.711.81注：时间2009年7月9月，地点：四川遂宁，电源结构-24V，基站名：射洪仁和电池标称容量：500Ah， 电池结构：连体电池现在查找的原因是空调已经损坏，室内温度：45电池的正常损坏，是个缓慢的过程，不可能在在一个月内有CB检测值有0.1V的变化。这种检测值的变化，就可以预告潜在的事故。这是在线容量维护技术产生的技术效益。3容量全面提升阶段这是在线容量维护的第3阶段。给蓄电池补加水后，可提升蓄电池的结构容量和保有容量。水质的标准，应符合蓄电池行业的技术标准。基本要求是电导值小于2个西门子，这个标准值要比饮用水严格得多，市售的纯净水标准是小于10个西门子。如果补加的水质不合格，会造成蓄电池损坏。补水后容量恢复过程较缓慢，时间较长。根据以往的检测数据，加水后两个月，容量仍在缓慢上升。一组蓄电池的实际记录数据见表3。这组电池加水前有7个落后单节，加水一个月后，5个单节的容量得到恢复，只更换了2个容量恢复未达标的落后单节。2个月后，整组容量仍处于上升态势，到第3个月，负载能力CB检测值才稳定下来。由于未使用任何添加剂，极板未被软化，在浮充条件下，电池可以使用数年。表3 一组蓄电池加水后容量恢复记录时间1234567891011120906231.671.781.731.681.581.671.561.701.651.721.701.610907021.831.821.781.821.731.791.661.781.811.811.831.81把两个落后单节用备品更换1.881.860908241.871.861.901.891.871.861.861.851.871.891.851.850909291.871.861.881.891.891.851.831.861.861.871.831.82注：时间2009年6月9月， 地点：四川遂宁， 电源结构-24V， 基站名：射洪明星电池标称容量：500Ah， 电流负载：50A 电池已经使用时间：5年以上加水以后，电解液得到稀释，在基站浮充条件下，电解液的均匀化至少需要15天时间。电解液均化后，测量出来的CB值可信度较高。这时测量的CB值和加水前的CB值，即使是同样一个数据，如1.80V，其技术含义却是不同的。加水后检测值为1.80V的电池放电容量会明显高于加水前1.80V的电池。如果在缺水后硫化特别严重的电池中补加水，加水后几天内的充电会造成蓄电池的自放电增大。增大的幅度与活性物质脱落量相关，脱落量越大，自放电增加的幅度越大，最后有的电池的端电压可下降到1.5V以下。这时，直接的后果是单组电池充电电流大于20A，电池组的热耗散功率为30V20A=600W,这时如果空调不能有效降温,电池外壳就发生热变形。图1是这种热损坏的实例，发生在南充河西镇基站。电池外壳变形均发生在温度较高的基站，在合理冷却条件下，500Ah的蓄电池补加水后，内部已经处于富液状态，用25A电流的充电，也只是0.05C的电流，符合蓄电池充电标准，是没有问题的。为了防止这种热变形损坏情况发生，可以采取以下措施：3.1对容量明显偏低到不合格电池，CB检测值有4个以上1.70V的蓄电池组，不能加水，全组予以更换。这样的电池组加水后大范围损坏的可能性较大3.2对“A类”和“超A类”基站，加水后把开关电源的输出最大电流限制到10A,可以有效避免热损坏，这种方法易于操作。3.3对控制器已经损坏的基站，另一个方法是在蓄电池组中串联一个0.12的电阻，当充电电流失控时，可起到电压负反馈的作用，相当于增加了一个电池的反电势。正常充电时电阻压降为0.06V，传输供电56A放电时，电阻上的压降只有0.7V，不会影响传输网络。这个阶段的维护工作，目的是中断电池的缺水性损坏，这是通信用阀控蓄电池损坏的主要原因。对已经有不同程度损坏的电池，能起到挽救的作用。但不会对所有电池都有效。如果在新电池安装以后，每年补加一次水，及时补充电解液中水的耗散，电池在浮充条件下，就不会发生硫化。在中心机房使用的固定电池就属于这种情况，电池的使用寿命都在15年以上。及时补加水可以避免许多非使用性损坏，为延长使用寿命打下基础。现在许多人把蓄电池厂家的质保期误认为是免维护期，这个时期对蓄电池不做内部维护，结果在质保期结束时电池内部极板受到不同程度缺水性损伤。现有的统计数据是：约80%以上的电池容量加水维护后得到提升，超过5年质保期后的电池约10% 会发生容量彻底失效，这是免维护要付出的代价。这个10%的数量，并不是集中在几组电池里，而是分散在电池组中，每组中数量不等。所以如果没有后续的工艺支持，及时把失效单节剔除，加水就会造成灾难性后果。新蓄电池的投放，通常习惯都是首先用在掉站频发的基站，这是不合理的。因为有许多原因都可造成掉站，有的基站更换新电池后，掉站事故并未减少。合理的投放原则是依据蓄电池组整体结构容量的下降程度而定，连续数月的累积CB检测值可以提供准确的依据。基站的浮充电压值对蓄电池组的保有容量影响很大，兰州移动的包静对这个问题做了深入的研究，提出对不同的蓄电池状态，应进行浮充电压的适应性调整，原有规程中规定浮充电压一成不变是不合理的。这项科研成果已经列为移动公司的推广技术。4对电池组的并联改造这是在线容量维护的第4阶段。通信电源由于要求运行时不能有瞬间中断，电池组检修时并联结构会有许多方便，所以通信电源蓄电池都采用并联结构。对A类和超A类重点基站，可采用3组电池并联的结构，可有效增加蓄电池的可靠性。不论2组并联还是3组并联，不能采用流行的简单并联方式，应采用如图所示的“等压线并联结构”。由蓄电池的内阻在m的数量级上，电池组反电势有0.1的差值，就会造成电流分配的不均衡。电池组合使用，应采用先并联，再串联的技术结构。如果先串联，再并联，偏流问题难以解决。串联的电压越高，充放电次数越多，充放电深度越大，偏流问题越严重。在经常发生交流电停电的地区，并联电池组的故障率明显偏高。铁路机车和柴油发动机汽车都曾采用并联蓄电池结构，由于电池损坏率高，实际使用寿命只有正常寿命的30%左右，现均已改为串联。由于现在并联引发的故障，造成蓄电池损坏，通信电池用户会找蓄电池厂家解决，不会去找电池安装设计部门索赔，所以这种不合理的状态已经纳入标准规范，在很大范围沿用多年至今。在蓄电池组并联运行时，两组蓄电池电流不均衡是永恒的问题，电流分配不均衡会引发许多故障，导致电池提前失效。“等压线并联结构”这种并联方式可消灭各组蓄电池电流不均衡问题，使蓄电池组的可靠性大大增加。合理的并联方式见图2。在不同电池组中标称电压相同的部位连接等压线。这样就会把电池特性不均衡造成的影响压缩到最小，有的电池厂已经采用这种结构向用户供应蓄电池组。实际蓄电池的内部结构，都是用多片极板并联组成一个单体电池。蓄电池组正常工作时，均压线上没有电流。当蓄电池组均衡性发生偏差时，均压线能及时的维护均衡性，不会把故障扩大化。采用这种结构，不同厂家、不同使用年限、不同规格的电池可以互换使用，不会降低蓄电池组的可靠性，并且大大提高了电池的利用率。这是在线容量维护所产生技术和经济的综合效益。并联的实际结构见图3。 表4是一个基站具体实施的记录。 表4 均压线的均压效果测序历时电压测序历时电压测序历时电压1原始单节12.12135h时单节12.204523h时单节12.101原始单节2 1.1585h时单节2 1.91923h时单节2 1.86323h时单节12.19947h时单节12.2033h时单节2 1.9037h时单节2 1.925注：1时间：2009-9-25 地点：四川遂宁 电源结构：-48V 基站名：联通新机房 2表中只记录一对电压相差最大的电池电压数据。3原有的第一组电池是500Ah，补充第2组电池是600Ah。并联运行表明，试验电池原始电压相差0.863V。实际正常情况下，单节电压不会有这样大的差别。电压1.158V的电池实际容量比0%还要低，这是为试验选取的专用电池，记录的数据在24小时内达到稳定值。这个基站维护前6月29号第1次检测电池时，第20号电池的容量是保有容量是0%，整组电池供电能力不到10分钟。经过维护的全过程作业，控制均衡性、补加水、按新结构并联电池组几个月后，09年11月做了放电容量检查，用基站设备40A放电23小时34分到44V，这个基站的蓄电池供电能力得到大幅度的提升。这些基本措施的实施，需要一个连续作业的过程。提出的技术措施落实以后，基站蓄电池组就会在合理的条件下运行，运行质量保持在高可靠性和低成本的状态，电池的累积使用寿命延长到10年以上。蓄电池在线容量维护的成本，是按电池折旧费用的80%计价的。业主只要采用这种维护技术，就可以节约电池支出成本的20%。业主获得经济和技术两方面的效益是显而易见的。以上是维护技术的简介，如需要相关技术的细节介绍技术培训资料，可向13837182930139.com函索。5两种工艺的比较对“在线容量维护”这项新技术，许多人误解为是市场上流行的“容量复原”，其实这两种技术的指导思想和作业内容完全不同。最大的区别是：“容量复原”是一次性处理作业，“在线容量维护”是连续的动态作业跟踪过程。表5是两种工艺的简单比较。表5 两种工艺的对比序对比内容在 线 维 护容 量 复 原1实施目的预防硫化，控制容量均衡性消除硫化，整定容量均衡性2作业次数连续进行，每月一次一次作业3效果显现时间完全显现需要3个月3天作业后立竿见影4电池辅助搬运在线作业，搬运更换少数电池整组拆下和安装5实施价格235元/24个500安时月350800元/24个500安时月6保障质量时间连续使用5年以上使用期按一年计算7电池运行状态提供在线电池的动态数据不能提供注 ：1价格计算依据电池容量复原的价格范围，现在收集到的为0.350.80元/安时，由业主一次性支付。表中的价格是按此价格可折算出可比价格。2经“容量复原”上线的电池一年后，蓄电池组容量仍然达标的实例，现在尚未见到公开报道或内部报告。通常是3个月时间内，就有容量不合格的电池组出现。蓄电池的容量复原技术，清华大学已经推进到顶点，清华的活化剂中采用了锂元素。在元素周期表中，锂元素原子半径最小，渗透性最强，活化效果最好。由于其他任何人都不可能找到比锂离子更小的金属离子，用于电池活化，活化剂的功能充其量也就只能达到清华的水平。从以往的容量活化来看，经活化后的电池，由于极板会被不同程度软化，一年后蓄电池组容量仍能达到标准的寥寥无几，许多容量复原公司需要更换工作地点和公司名称才能继续开展活化工作，一个活化公司在同一个通信公司连续进行两次工作的几乎没有。容量活化是一种有效地应急性处理措施，把这种措施作为正常的维护工艺是不合理的。6维护技术的内涵在线容量维护技术是从全面质量管理的理念出发，对蓄电池从采购到报废鉴定的全过程进行控制。所以它能充分利用和合理利用蓄电池的使用价值，降低设备使用成本。这项技术的基本内涵是：一个观念：阀控蓄电池不是免维护电池，合理的维护会成倍延长蓄电池使用寿命。两个效益：实施单位会收到经济效益和技术效益。三个支柱：这项维护工艺依靠合理补加水、容量均衡性控制技术，建立备品制度这三项基础技术。四个阶段：实施经过四个阶段，才算一个完整的维护过程。1）对下线电池进行报废鉴定，从下线电池中制作配备。2）控制蓄电池组的单节间容量均衡性。3）对在线电池组补加水。4）对并联结构的蓄电池组加装均压线。7经济效益分析蓄电池的在线容量维护技术的实施，首先需要决策层提高对阀控电池的认识，抛弃“免维护”和“质保期内免维护”的错误做法。按10年使用期计算，维护的频次和费用见表6。 表6 蓄电池维护的费用计算使用时间维护频次费用（元）主要作业内容第1年1300补加水、均衡性匹配第2年1300第3年1300第4年2600补加水、均衡性匹配、浮充电压调节第5年2600第6年3900补加水、均衡性匹配、浮充电压调节、更换落后单节第7年3900第8年41200第9年41200第10年41200合计7500每年每个基站750元对表6说明如下：7.1维护作业的内容按“在线容量维护技术”的全工艺进行。7.2费用包含交通、工资、蓄电池用水三项费用。交通条件按每天可到达7个基站计算，每个基站工作30分钟。7.3数据计算按48V系统两组500Ah电池计算。7.4电池业主得到2个电池使用期，折合为节约了一次电池的购置费，计算价格为1.30元500Ah48个=31200元维护支出为7500元，业主节约费用为312007500=23700。