通信設備UPS蓄電池的維護和保養

梁 虎

（中國電信股份有限公司六安分公司，安徽 六安 237000）

0 引 言

現階段，大多數通信設備UPS電源使用的是密封免維修保養的鉛酸電池。UPS蓄電池具有壽命長、高性能、無污染、安全可靠以及免維修的優勢。其中，免維修不是絕對不需要維護保養，而是維修工作量較小，不需要添加蒸餾水和調整電解液液面。若想確保UPS的可靠性，必須做好蓄電池的維護保養工作。

1 UPS蓄電池

1.1 蓄電池結構

從圖1可以看出，鉛酸蓄電池的主要構成部分有正負極板群、電解液以及隔板等。在蓄電池充電后，正極板會變成棕褐色的二氧化鉛（PbO2），負極板則會變成海綿狀鉛（Pb），電解液是硫酸（H2SO4）水溶液。蓄電池的電化反應物是Pb和PbO2，也被稱為活性物質。正負極在蓄電池放電后都會反應生成硫酸鉛（PbS04）[1]。

圖1 蓄電池的剖面

鉛硫酸電池的正極板通常會影響其使用壽命。正極板在反應時會存在α-PbO2和β-PbO2兩種屬于斜方晶系的結晶形態Pb02，晶粒細表面積較大，存在多孔性，主要作用是參與充電放電。在重復充電放電時，一些α-PbO2會慢慢變成β-PbO2，致使電池容量在一定時間內隨著充電放電而有所增加[1]。

1.2 UPS蓄電池原理

鉛酸蓄電池的負極材料是鉛（Pb），正極材料是二氧化鉛（PbO2），電解液是硫酸（H2SO4）溶液。在使用直流電源對電池充電時，正極上會發生氧化反應：

隨著不斷的充電，正極會不斷釋放電子，電位會逐漸更正；負極則不斷累積電子，電位會逐漸更負。蓄電池放電過程和充電過程是完全相反的兩個過程，隨著不斷放電，正極會不斷積累電子，電位慢慢降低，負極則不斷釋放電子，電位慢慢變高。蓄電池在不斷放電的過程中，會將化學能逐漸轉化為電能釋放給負載[2]。

1.2.1 充放電過程

陽極和陰極在蓄電池外電路接負載后，會發生下面的化學反應，主要是因為陽極和陰極浸到了電解液稀硫酸中。

二價鉛離子Pb2+、硫酸根負離子SO42-是正極板上硫酸鉛在外界電流作用下通過離解得到的；游離于正極板周圍的二價鉛離子Pb2+由于外電源持續從正極吸取電子，會持續釋放出兩個電子作為補充，從而形成四價鉛離子Pb4+；此后，在正極板上生成的二氧化鉛PbO2是通過與水發生反應得來的；二價鉛離子Pb2+、硫酸根負離子SO42-是負極板上硫酸鉛在外界電流獲得電子得到的，因此二價鉛離子Pb2+被中和為鉛（Pb）游離，并以絨狀鉛依附在負極板上。

正極中產生的游離氫離子H+、硫酸根離子SO42-和負極中產生的硫酸根離子SO42-，都是在電解液中產生的，而氫離子H+游離至負極、硫酸根離子SO42-游離至正極是在電場作用下形成的，進而形成電流。在后期充電的外電流作用下[3]，溶液還會產生水電解反應：

1.3 鉛硫酸電池充電后電解液的變化

從電化學反應可以得出，鉛酸蓄電池在充電過程中會持續耗費電解液中的水分子，持續生產硫酸分子，使得溶液比重提升。水分子在放電時會漸漸增多，硫酸分子會持續減少，溶液比重會下降。所以，在現實工作中，可以依據電解液的比重變化來評判鉛酸蓄電池的充電情況[3]。

2 影響蓄電池容量和壽命的幾個主要因素

2.1 影響蓄電池容量的主要因素

2.1.1 放電終了電壓

鉛蓄電池在環境溫度為25 ℃完全放光電量后進行再次充電的過程中有最長低電壓，導致電池放電時間有所變化，這種電壓就是放電終了電壓。通過合理設置放電終了電壓，可以確保電池最低電量值，從而有效避免由于過度放電而致使電池出現損耗而產生鉛蓄電池容量下降的問題[4]。

2.1.2 環境溫度作用

對蓄電池使用壽命影響最大的是環境溫度。環境溫度逐漸升高，會使電池板柵加快腐蝕，當中的水分會加速損失，對電池壽命有極大影響。一般來說，電池使用壽命隨著溫度每升高10 ℃減少50%，且影響會隨著溫度升高而變大。研究實踐顯示，蓄電池的最佳使用環境溫度是在20～25 ℃[5]。

2.1.3 老化

蓄電池由于長時間使用，容易受各種因素的影響而產生磨損等問題，同時蓄電池的老化現象會隨著使用時間變得更加嚴重，且其容量會在出現老化現象后有所下降。

2.2 影響蓄電池電池壽命的主要因素

2.2.1 過放電

過放電會破壞轉換條件，縮減蓄電池壽命。一次深度的過放電可能減少電池1～2年的壽命，嚴重情況下可能直接作廢。

2.2.2 過充電

過充電實際上是延續正常充電，充電量過多，主要彌補正常充電不足的問題。在過充電情況下，因為充電是浮充電壓較高或最高電壓充電時間不符合規定值，從而致使正負極板活性物質降低。如果蓄電池長期處于浮充情況，只充電而不放電，其結果和過放電一樣。

2.2.3 欠充電

當浮充電壓過低，自放電耗損的容量不能得到及時補充時，極板深處的活性物質難以參與化學反應，在蓄電池長時間運作后內阻增大，壽命減小。

2.2.4 溫度過低或過高

溫度過高時，蓄電池壽命會因為嚴重失水和極板腐蝕加速而銳減；溫度過低時，蓄電池不僅循環壽命逐減，而且其容量也會減低。

3 UPS蓄電池的維護和保養

3.1 重視蓄電池的日常檢查維護工作

設置蓄電池參數是使用蓄電池的首要工作，同時需要相關工作人員定期檢測蓄電池電壓，以確保電壓的性能。此外，在對UPS蓄電池日常維護保養工作中，需有效清洗UPS蓄電池。在此期間，不能使用帶有有機溶液和肥皂成分的水清洗UPS蓄電池，應盡量使用濕布擦拭或者使用干布進行擦拭，因為干布不會和UPS蓄電池發生靜電摩擦反應。同時，需要定期檢查蓄電池，以防出現問題，確保蓄電池電壓正常使用，延長其使用壽命。

3.2 定期充放電

蓄電池最好是在環境溫度為5～35 ℃下進行充電。如果環境溫度超出或低于這個范圍，會加大蓄電池容量，從而影響蓄電池的正常使用壽命。同時，應合理安排設置充電電壓，在固定的電壓范圍中盡量避免各種因素對蓄電池帶來的不利影響，從而保障蓄電池的容量和使用壽命。

3.3 避免蓄電池深度放電

蓄電池的主要作用是有效轉化能量，如果在此期間深度放電，會使蓄電池內部的極板和電解液之間產生不良反應，在蓄電池表面形成一層硫酸鹽化物質，致使蓄電池內部電阻值增大，最終導致蓄電池出現嚴重的反極問題而損壞蓄電池，嚴重時會使蓄電池直接作廢。因此，通常應避免蓄電池深度放電。有效避免深度放電問題的正確操作是在檢測蓄電池容量時，將規定的容量控制在30%～50%。

3.4 定期檢測電池容量

權衡蓄電池容量最有效的方法是容量檢測。檢測判定蓄電池性能優劣工作，需要根據容量檢測對策。有關人員應定期對蓄電池進行容量檢測，從而確保蓄電池在實際運作中有充足的容量可以應對市電偶爾斷電問題。此外，需要在發現劣化電池的同時，及時選擇有效對策加以補救，以此延長蓄電池組的使用壽命。值得注意的是，檢測蓄電池時，不可使用打火機，因為打火機對蓄電池有一定損害。

3.5 蓄電池的環境溫度補償

一般來說，蓄電池在靜置情況下要求的環境溫度是0～40 ℃，而溫度過高會加速電池的自放電問題。使用時，需要將蓄電池的環境溫度把控在20～25 ℃。在這種環境溫度中，蓄電池的性能較佳，使用壽命較長。過高溫度會致使失水，板柵加劇腐蝕，過低溫度會降低電池容量，使受電能力下降，減少充放電循環次數。如果電池不能在最佳環境溫度中運行，需要調整電池的充電電壓。適度越高，則充電電壓越低，也稱“溫度補償”，可將溫度對電池的不良影響降到最低。但是，這種做法也不能無限緩解環境溫度帶來的影響。低溫時浮充電壓增大，會致使浮充電流增大、板柵加劇腐蝕等各項問題；高溫時浮充電壓減小，會出現電池充電不足等問題[5]。

4 蓄電池使用的注意事項

（1）每月定期對蓄電池進行一次充放電工作，預防因為蓄電池過充電、過放電以及長期閑置而造成蓄電池內阻增大的問題。

（2）需要注意蓄電池在重新更換電解液后，可以使用將各個蓄電池并聯起來，用統一的充電方法進行充電，也就是均衡充電，從而恢復蓄電池的充放電功能。

（3）長期閑置的蓄電池在再次開機使用前不能先加負載，應在蓄電池自身的充電回路上對蓄電池充電大約12 h時間后再負載，從而保障蓄電池的充放電性能。

（4）由于蓄電池放電程度和環境溫度相關，隨著溫度升高而增加，因此可以讓蓄電池在環境溫度約為25 ℃下運作，還可以利用降低浮充電壓降低電池的溫度效應，從而減小自放電程度，延伸蓄電池的使用時長[6]。

5 結 論

就UPS蓄電池來說，不能因為其高性能、免維修而不重視蓄電池的必要維護保養事項。通過延長UPS蓄電池的使用壽命，減少UPS蓄電池使用故障，可有效增強通信電源的穩定性，保障通信設備安全、高效地運行。