荷滿、均壓是閥控式鉛酸蓄電池在線診斷的必要條件
摘要：大量的實踐已經證明現有的運行方式無法使蓄電池達到荷滿和均壓，而荷滿和均壓是實現通信用閥控式蓄電池在線診斷技術的兩大必要條件。

　　鉛酸蓄電池從一百多年前發(fā)明到現在雖然有了大量的改進，但是電化學基本原理沒有變。閥控式蓄電池以它的貧液特點帶來了好處,如體積小、重量輕、維護工作量少而受到青睞。然而閥控式蓄電池公認的理論壽命為二十年、設計壽命為十五年，在使用環(huán)境安裝空調，每年按規(guī)定做充放電試驗,實際壽命卻只有八至十年;在郊外，市電差，無空調等的情況下，電池壽命最多三至四年。另外,在日常使用中無法知道在線蓄電池的剩余容量，只有通過離線放電測試才能大致知道電池的容量，對于不能中斷通信的電信運行商來說這是長期以來希望解決而沒有解決的問題。
　　
　　一、要提高電池維護水平，必須解決在線診斷問題
　　
　　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)電動勢，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。一般說來，新電池內阻較小，連接端子面的電阻也較固定，單體電池端電壓由離散會逐步趨向接近，但在浮充幾年后，電池內阻不均衡逐漸顯現，或者是溫升的原因，或者是電池正負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。而這種情況又是動態(tài)的，當整組電池作了充放電后，該組電池又可能出現新一輪的浮充電壓略高和略低的電池。長此以往，組內的蓄電池性能就變得越來越差。所以我們經常聽到這樣的話:“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@就反映了單靠檢測平時的浮充電壓發(fā)現不了容量不足或故障電池，而做放電試驗費工費時又耗電，風險大，準確性不高。因此蓄電池的在線診斷技術越耒越被關注,這個技術的成功就是電池維護水平的上升空間。
　　
　　二、實現蓄電池在線診斷，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償自放電的能量損失。長期以來，蓄電池的充足標準是：浮充電流小到保持三小時不變。事實上，雖然流過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，這個浮充電流對某些電池可能是過量的，對某些電池又是欠量的，而且這種過量和欠量又是動態(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)等物理因素和蓄電池內部硫酸鹽化進程等因素的作用下會發(fā)生不規(guī)則的變化，這種狀況在現行的充電運行方式下是無法干預的。因此在達到現行的所謂電池充足標準下，各電池其實處于程度不等的“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其容量，也就變得毫無意義，因為電池單體處在不同的起跑線上。所以只有電池工作在荷滿的浮充運行狀態(tài)下，蓄電池組剩余容量準確測定才具備了必要條件，也使蓄電池組實際使用的環(huán)境接近設計壽命的環(huán)境,使放電時間得以延長。
　　
　　三、實現蓄電池在線診斷，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，電解液濃度提高，浮充電壓就增高，正極板的腐蝕速度也會增大。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。有實踐已證明：蓄電池組的單體電池實際浮充時的端電壓與規(guī)定的浮充電壓相差5%時，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必有另一部分電池浮充電壓略低，這種過高或過低的浮充電壓就是造成部分電池過充，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到每個單體電池上，使電池站在同一起跑線上，這時每個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，或者添加化學制劑的辦法,而應采用電化學本身的方法，激活蓄電池浮充時端電壓會逐步趨向一致的功能，達到均壓的目的。
　　
　　四、實現蓄電池荷滿和均壓的途徑
　　
　　如何在現有的浮充狀態(tài)下，對單體電池做到荷滿和均壓？根據作者掌握的資料，一項獲得專利的“荷電調控分析儀”解決了這一問題。該儀表找到了電池荷滿(即充足)的標準,并把單體電池的浮充電壓一致性作為在線診斷技術的起始點，然后根據電池各自的差異，進行在線荷滿和電壓調控,在接入儀表二個多月后電池組中單體Vmax和Vmin與基礎浮充電壓之差≤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
　　作者運用該儀表在一定數量的電池上做了試驗，已取得了一定進展。我們將某局站兩組電池分別接入荷電調控分析儀兩個月后再進行放電，通過短時間(10分鐘以內)放電測試，即準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所示為接入荷電調控分析儀兩個月后蓄電池由浮充狀態(tài)轉入（6小時率）放電的電壓-時間關系示意圖。

　　 　圖2

　　
　　圖中電池端電壓從A點開路電壓跌至峰谷的拐點電壓B點，在20分鐘以內又上升至峰值拐點電壓C點。
　　
　　對某一個處于荷滿狀態(tài)的蓄電池而言，放電電流達一定量而且不變時,我們發(fā)現電池容量與谷值B點至峰值C點的電壓差成反比。
　　
　　為了作比較，我們又采用離線深放電做驗證。
　　
　　圖3是2006年4月27日未接荷電調控分析儀前該局站第一組電池組6小時率深放電曲線。凹陷處電壓約為1.98V,放電終了時間為270分鐘。

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

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

圖5
　　圖6是該電池組放電初期電壓凹陷處的放大區(qū)，其下部谷值過低，即預告該電池將是落后電池。事后我們將該電池閥打開，發(fā)現電池缺水,馬上進行了在線修復即加液和換閥。
　　
　　圖6
　　五、結束語
　　
　　大量的實踐已經證明現有的運行方式無法使蓄電池達到荷滿和均壓，而荷滿和均壓是實現通信用閥控式蓄電池在線診斷技術的兩大必要條件。目前流行的各種在線測試方法如果在診斷之前沒有對蓄電池進行過荷滿和均壓，那它的準確性必然受到影響，反之，通過短短的20分鐘放電測試即可較準確地估算出電池容量，找出落后電池。我們認為這是蓄電池在線診斷技術的一個突破。