通信用組合電源的電池管理分析

張 健，張鐵軍

(1.南京軍事代表局駐無錫地區軍事代表室，江蘇 無錫 214035；2.無錫北方湖光光電有限公司，江蘇 無錫 214028)

1 通信用組合電源的電池使用現狀

當前，通信用組合電源技術發展中，變頻智能開關整流器和閥控鉛酸蓄電池代表著我國科技和電池設備的發展與創新。閥控鉛酸蓄電池和鋰電池是當前通信行業中最常見的電池裝置。未來10年的通信行業中，會大量運用閥控鉛酸蓄電池和鋰電池。客觀來說，雖然鋰電池比閥控鉛酸蓄電池的造價低(因為鋰電池比閥控鉛酸蓄電池降低了39%的TCO)，但是閥控鉛酸蓄電池不僅體積相對較小，而且能夠秉承當前我國環境發展的實際要求，無污染，符合我國未來時代發展的整體趨勢[1]。閥控鉛酸蓄電池在使用過程中電壓極其穩定，重量相對較輕，放電性能較高，已經成為當代以及未來通信電源系統中首選的電池類型。理論上，閥控鉛酸蓄電池能夠維持至少10年以上使用壽命。但是，在實際投入使用過程中，往往很難實現電池使用的理想狀態。據調查，當前很多人在實際使用閥控鉛酸蓄電池的過程中，90%以上閥控鉛酸蓄電池的壽命都沒有超過10年，很多閥控鉛酸蓄電池3年左右就會產生故障，甚至有些通信電源系統中的電池使用壽命不到1年便會出現故障。這種現象的頻發給廣大電池使用者帶來了很大的經濟損失，很難真正發揮電池資源的最大作用。

2 影響電池使用壽命的因素

同一種通信系統電池的使用壽命也存在著區別。例如，閥控鉛酸蓄電池中2 V系列的電池和12 V系列的電池，是閥控鉛酸蓄電池中壽命差距非常大的兩種電池[2]。2 V的電池使用壽命是12 V電池使用壽命的2.5倍左右。在傳統通信設備中，使用12 V電池的頻率相對較高。但是，隨著通信技術的發展和對電池使用壽命需求的提升，2 V系列的閥控鉛酸蓄電池映入了人們的視線。尤其是針對特殊場合和對通信技術要求極高的場合，2 V系列閥控鉛酸蓄電池的身影頻繁出現。對于蓄電池，壽命的實際長短和特定環境下的外部影響有著直接關系[3]。

影響蓄電池實際壽命的因素主要包括以下幾個方面。第一，溫度與環境。在溫度相對較高的情況下，蓄電池的板柵腐蝕速度會加快腐爛，蓄電池中的水分也會不斷減少，嚴重影響了蓄電池的實際壽命。實驗證明，溫度每增加10 ℃，蓄電池的壽命將會減少50%左右。第二，充電不足情況。若蓄電池長時間處于一個充電不足的情況，負極板會日積月累形成晶核，導致蓄電池的極板會逐漸被硫酸腐蝕而出現故障。第三，大電流充電。若充電時的電流過大，蓄電池正極板上面的活性物質PbSO4還原過程中，變化會過于激烈，導致活性物質PbSO4在收縮過程中使電極板彎曲而損壞。第四，長期充電不足。若蓄電池長期充電不足，兩極板往往容易酸化，難以還原。第五，蓄電池過度放電。據調查，我國當前很多電池的終止電壓設置缺乏準確性，甚至無法設置放電終止電壓。由于蓄電池在放電過程中缺乏保護裝置，會造成蓄電池放電過度的現象[4]。蓄電池組深層放電會造成蓄電池組的膨脹、彎曲甚至破裂。過度放電是對蓄電池影響最大的因素。一次過度放電，便可以減少蓄電池至少一年的壽命，加快了蓄電池破損的速度。

3 通信用組合電源的電池管理途徑

3.1 均浮充控制

通信系統用蓄電池的充電形式主要有兩種，分別是浮充充電和均衡充電。想要有效延長蓄電池的實際壽命，應該掌握不同充電方式的實際要求和具體特點，并按照一定的要求和規定延長蓄電池的壽命。蓄電池投入使用的生產日期和使用日期間隔時間較長，會導致蓄電池自行放電，使蓄電池的容量遭受巨大損失[5]。此外，單純對蓄電池浮充，很難將蓄電池恢復到原來的容量。由于電池自放電的大小差異，往往會造成蓄電池的比重、端電壓等出現不均衡現象。在蓄電池真正投入使用過程中，必須通過均充電壓充電，否則會進一步造成電池不可用的現象。所以，蓄電池至少要每隔三個月開展一次充電。

在浮充狀態下，應該保障蓄電池內的氧氣循環。充電電流與電池的浮充電壓有著密切聯系。蓄電池維護過程中，必須結合蓄電池的行業標準充分進行維護。浮充電壓設置過低，電池長期處于一個充電不足的狀態，會造成電池極板內部產生硫酸鹽，使蓄電池容量下降[6]。若浮充電壓設置過高，會導致蓄電池內部水分流失，加速蓄電池的腐爛。所以，在進行組合蓄電池電源維護時，必須要嚴格按照電池廠家提供的信息資料進行浮充電壓設置。若廠家推薦浮充電為2.25 V時，必須嚴格按照浮充電壓的實際推算，將浮充電壓設置為54 V，并將浮充限流值規范在0.05～0.25 C。

3.2 二次下電

電池過度放電對電池使用壽命損害極大，必須嚴格把控電池過度放電的問題。二次下電能有效保護電池的放電功能。當交流停電后，電池放電。當電池電壓低于一次下點電壓后，切斷耗電量較大的次要負載，切實維持必要的工作時間和工作效率。此外，當電池電壓低于二次下電電壓后切斷所有負載，能夠有效保護電池，且二次下電還能對電池進行二次保護，增強了蓄電池使用的可靠性。

蓄電池的終止電壓存在不同，存在一定的極化現象。不同放電電流對終止電壓的影響相對較大。無論是大電流放電還是小電流放電，都會對蓄電池的使用壽命帶來影響。例如，一個300 A的組合電池，后備電池組為200 Ah。當負載為40 A時，放電終止電壓為42 V；當負載為10 A時，放電終止電壓為45.6 V。由于放電電流存在很大差異，會出現小馬拉大車的現象，將縮短蓄電池的壽命。為了切實避免這種現象，必須組合電源，將放電終止電壓設置在單體電壓1.9 V左右，系統電壓設置為45.6 V左右。結合蓄電池的實際負載情況，調解蓄電池實際的電壓功能，保障供電時間，為廣大用戶帶來最大的電池使用效率。

3.3 溫度補償

由于電池使用過程中存在放熱現象，而不是所有的通信站點都配備空調設備，所以對電池內部化學反應速度帶來了較大影響。電池靜置時的氣候溫度條件在40 ℃以下。若溫度過高，會嚴重危害電池的使用壽命，造成Pb+2H2O→PbO2+4H++4e-電池內部反應加劇，加速電池內部的腐蝕。

為了避免蓄電池在使用過程中溫度過高，避免電池內部反應劇烈造成腐蝕，可以在蓄電池組合中安裝組合電源溫度監控設備[7]。其中，電池溫度過高警報可以通過參數設置實現。當通信系統電池在使用中溫度過高時，會第一時間發出溫度警告。此外，當電池實際工作溫度超過最佳溫度時，電池電壓便會自主進行調整。溫度越高，充電電壓越低，需進行溫度補償。在組合電源溫度監控設備中，溫度補償電壓調整值為：

△V=-溫度補償系數(mV/℃)×(電池溫度-基準溫度)×N

(1)

其中，N是通信用組合電源的電池節數。電池中的基準溫度一般在20～25 ℃。但是，由于不同材質的電池和不同廠家給出的電池溫度的參數不同，還需要結合廠家給出的實際參數進行調整。

4 結 論

排除通信電源系統用電池自身的質量問題，很多電池使用者在使用電池過程中，對電池充放電控制和管理缺乏科學使用和管理。電池早期容量損失、不可逆硫酸鹽化、熱失控和電解液干涸等，都嚴重影響電池的實際使用壽命。通信用組合電源系統電池的后期維護和管理工作，是延長通信電源系統電池使用壽命的主要途徑。電池管理性能的優化和創新，已經成為當前各個電源生產廠家最重要的競爭內容。在日后的電池使用和管理過程中，還需要大力倡導電池的管理和維護，最大化資源利用，以提升我國通信用組合電源系統電池的整體使用效率。