蓄电池组在线维护系统

蓄电池组在线维护系统

一、蓄电池组使用现状

随着经济和技术的快速发展，设备的供电要求越来越高，生活的环保要求也越来越高；有大量的设备和装备都必须保证不间断供电，一些以内燃机为动力的设备和装备改为电力驱动的进程正在不断加速，因此需要大量使用蓄电池组。以中国移动通信行业为例，基站、机房和数据处理系统，共使用蓄电池在5000万节以上。

但由于受蓄电池的特性和目前维护手段的限制，使得蓄电池组的实际使用寿命远远小于厂家承诺使用寿命。蓄电池厂家的承诺使用寿命一般为12～20年，而实际使用寿命往往只有承诺使用寿命的10-30%，绝大多数在20%左右。

蓄电池组使用寿命短，给系统供电构成了重大的安全隐患，同时形成了大量的蓄电池提前报废，造成了巨大的资源浪费、资金浪费和严重的环境污染。

造成蓄电池组实际使用寿命如此之短的原因是多方面的，有设计问题，有材料问题，有生产质量问题，但这些问题都是承诺寿命之前的事，而比承诺寿命还短得多的原因主要是维护管理造成的。主要有四个方面，即过充、欠充、过放和环境温度影响。

二、影响蓄电池组使用寿命的主要原因

1、过充电

铅酸蓄电池浮充电压一般为2.25V/25℃（以2V电池为例）根据各厂家的设计和生产工艺不同而稍有不同，超过此值即为过充。

过充影响蓄电池使用寿命可从三个方面认识，即

过充使得正极氧析出增加而形成气泡，气泡强力冲击二氧化铅，使

得活性物质与板栅结合力变差，甚至脱落。

●过充析氧分解的是水，因此氢离子浓度增加，从而加速了板栅腐蚀。

●过充造成蓄电池内部压强增加，从而会有气体从安全阀逸出，造成

蓄电池失水。

国内外蓄电池研究者和使用者都对过充对蓄电池使用寿命的影响做了大量研究，研究表明，过充5%，持续工作120天，铅酸蓄电池使用寿命减少50%。

2、欠充电

欠充会在负极产生难以还原的硫酸盐。

3、过放电

过放电会在极板表面形成大颗粒的硫酸铅结晶，降低极板活性物质的孔率，使阴极硫酸盐化，致使蓄电池内阻增加。

4、环境温度

蓄电池要保持的荷电状态，事实上是保持蓄电池内部一个理想的化学活性，它是由电压和温度共同确定的，比如说2.25V/25℃（以2V电池为例），表示的就是一个理想的化学活性，保持25℃电压高于2.25V是过充，电压低于2.25V 是欠充。而保持电压为2.25V，温度高于25℃就是过充，温度低于25℃就是欠充。

国内外研究表明，保持电压不变，在25℃环境温度之上，温度每增加1℃，蓄电池容量约减小5%，在25℃环境温度之下，温度每降低1℃，蓄电池容量约减小1%。

三、蓄电池组在线维护系统原理

针对如上影响蓄电池使用寿命主要原因的分析，各行各业对蓄电池工作环境，特别是环境温度都有严格规定，对充电器输出电压和温度补偿都有严格要求，

并规定要有蓄电池组过放电保护。

但是这些措施只解决了温度影响和过放电保护，以及解决了电池组的过充欠充问题，但是即使保证了蓄电池组的充电电压和浮充电压，仍然解决不了蓄电池组个别电池的过欠充问题，原因主要有两个方面。

1、蓄电池组中每节电池的容量不一致

一组蓄电池每节电池的容量完全一致是不可能的，那么在充电时，容量较大的电池电压就较低，容量较小的电池电压就较高，电压较高的电池就处于过充状态，电压较低的电池就处于欠充状态。

2、蓄电池组中每节电池的自放电不一致

一组蓄电池每节电池的自放电完全一致也是不可能的，在浮充工作时，自放电大的电池电压越来越低，进入欠充状态，自放电小的电池电压越来越高，进入过充状态。

铅酸蓄电池组的应用已有百年之久，许多问题已得到重视和解决，比如温度控制和补充，过放电保护等。但是，因为蓄电池组各节电池容量不一致和自放电不一致引起的电池过欠充问题，虽已为人们认识到，但至今没有有效的解决办法，成了世界难题。

要解决这些问题，就是要想办法使得蓄电池组每节电池电压一致。这是蓄电池组使用者不懈的追求。

早在使用开口式铅酸蓄电池年代，人们就认识到了要保持蓄电池组各节电池电压一致的重要性，因此经常检测各节蓄电池的电压，发现某节电池电压高于平均电压一定值就单独给它放电，发现某节电池电压低于平均电压一定值就单独给它充电，并经常检测电池电解液浓度，不时的调节，使之保持在期望值范围内。

上世纪50年代，世界上出现了密封式铅酸蓄电池，80年代得到了飞速发展，1988年阀控式密封铅酸蓄电池进入我国。

阀控式密封蓄电池，有人也叫它免维护蓄电池，免在哪里，只免在电解液浓度调节，这种电池是贫液电池，维护得好电解液浓度是不需要调节的，因为是密

封的，所以也调节不了。但其它维护工作是一定不能免的。

为了追求蓄电池组电池电压的平衡，现在世界范围常用的一种自动维护技术是均衡充电，但是这是一种没有办法的办法，甚至于可以说是一种错误的办法。它是将整组蓄电池电压提高，让已经过充的电池进一步过充，使得它的漏电流增大，把欠充的电池的电压稍微向上拉一些，这是牺牲一些电池的寿命来弥补另一些电池的寿命。

当然，均充工作还有另外一个作用，就是活化作用，防止蓄电池组长期浮充。但是，这项工作完全可以用其它方法解决。

诸如以上问题，迫切需要一套科学的方法和先进的技术来解决，蓄电池组在线维护系统应运而生。

这套蓄电池组在线维护系统，主要是在每节电池上装一个维护模块，该维护模块检测到自身对应的电池的电压，并与本蓄电池组的平均电压比较，当测得的电池电压高于平均电压时就对这节电池进行放电，当测得的电池电压低于平均电压时就对这节电池进行充电，最终获得整组电池电压的均衡。系统框图如图1所示。

图1 蓄电池组在线监测维护系统组成示意图

该电池组在线维护系统，同时据有蓄电池组在线监测功能和蓄电池在线实时维护功能，从而彻底解决了蓄电池组因单体电池之间的容量和自放电不一致造成的蓄电池组电池电压不平衡问题，防止了蓄电池组浮充工作时的过欠充。

从前面的分析可见，该系统的工作原理，事实上是人工维护的设备化。由人工维护对延长蓄电池组使用寿命的作用，可见该系统对延长蓄电池组使用寿命的有效性。而且，该系统与人工维护相比，据有本质上的进步，主要表现在以下几个方面。

●实时性

人工检测和维护是不及时的，目前国内人工检测最小时间间隔是8小时，一般是数日或数周。而该系统是时时刻刻在检测和维护。

●精确性