通信機房蓄電池放電測試方法對比與容量落后蓄電池的處理

許昌盛

（廈門市專用通信局，福建 廈門 361001）

1 蓄電池的工作原理

目前，通信機房普遍使用密封式閥控鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池的正極（PbO2）和負極（Pb）浸到電解液稀硫酸中，兩極間會產生2 V的電壓。放電反應的化學方程式為PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4，放電過程中稀硫酸與正、負極板上的活性物質發生反應，生成新的化合物PbSO4，從電解液中析出，放電越久，硫酸濃度越低。充電反應的化學方程式為PbSO4+2H2O+PbSO4=PbO2+2H2SO4+Pb，之前在放電反應產生的PbSO4被分解還原成H2SO4、Pb以及PbO2，因此電池內電解液的濃度逐漸升高，并逐漸恢復到放電前的濃度。由此可見蓄電池的充放電是個可逆反應，蓄電池可反復充放電，反復使用。

2 常見蓄電池的放電性能

通信機房常用的鉛酸蓄電池單體主要有2 V和12 V兩種，其中12 V單體電池實質是由6個2 V的小單體電池串聯而成，因此在討論單體電池性能時，僅對2 V單體電池做相關分析即可。標準容量和有效容量是蓄電池的兩項核心指標，前者代表該電池以標準電流（10小時率放電電流）放電10 d所釋放出的電量。后者代表2 V的電池通過放電將電壓降至1.8 V所釋放出的電量。同一標準容量的單體電池，有效容量受放電電流的非線性影響[1-4]。當放電電流大于標準電流，電池的有效容量小于標準容量，且隨著放電電流的增加有效容量遞減，放電電流越接近10小時率放電電流（0.10 C），評估出來的電池容量越準確。當電流增加到1 C時，同一電池的有效容量減少50%以上。

3 蓄電池放電測試的作用

3.1 準確評估蓄電池的健康狀況

蓄電池處于長期浮充狀態，單體電池的電壓很接近，無法準確判斷蓄電池是否存在容量落后。可使用10小時率的放電電流，讓一個2 V的電池通過放電將電壓降至1.8 V。根據維護規程可知，合格的放電時長應為8～10 h，代表電池的容量處于額定容量的80%～100%。如果低于8 h則可判斷該電池為容量落后電池。通過分析放電測試的數據，可以很容易地評估電池的健康狀況[5]。

3.2 激活蓄電池活性物質

蓄電池在長期浮充的情況下，活性物質沉淀，內阻增大，容量衰減。通過深度放電測試對其進行深層次激活，將蓄電池內的活性物質進行轉換，并通過充電再生活性物質使蓄電池煥發新生。一定程度的電池容量落后，若通過一次充放電測試后仍無法得到有效恢復，則可以經過多次的充放電測試進行激活，這一過程也稱為蓄電池活化。蓄電池單體活化儀就是基于此原理進行設計的電池容量恢復設備。

3.3 平衡電池間個體差異

個別電池單體在生產、儲藏、運輸過程中會出現如如涂膏層厚度不均勻、自放電率過大等情況，導致與其他電池間存在差異。在串聯組成電池組接入開關電源或不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）等設備，浮充時會因內阻偏差導致浮充電壓偏差較大的問題，長此以往可能引起部分電池充電充不飽的情況。通過放電測試與電池均充的過程，可使電池內阻趨于統一，平衡個體差異，使電池浮充電壓趨于一致[6]。

4 蓄電池放電測試的方法

4.1 在線式放電法

在線式放電法是利用實際負載進行放電的方法。開關電源供電方式為通過整流模塊將交流電轉化成為直流電，蓄電池直接接在直流系統正負極母線上，兩者共同對負載進行供電。一般-48 V系統的浮充電壓設置為-53.5 V，稍高于電池組電壓。市電正常的情況下，整流模塊直接對負載進行供電，同時也對蓄電池進行浮充，用于抵消蓄電池自放電損失，時刻保持電池電量充足。

直流供電系統遵循一個原則，即誰電壓高則由誰負責輸出電能。在線式放電法操作步驟如下：（1）將浮充電壓與均充電壓調低，如調低至46 V，此時蓄電池組電壓高于整流模塊電壓，由蓄電池放電對負載進行供電，而整流模塊處于熱備用狀態，46 V電壓足以保證負載正常工作；（2）達到設定的放電深度后把浮充電壓與均充電壓調回預設值即可對蓄電池進行充電。本方法的優點在于操作便捷，無需外購設備，無需接線，利用自身負載即可進行電池的放電工作，可準確模擬停電后蓄電池組與通信負載的工作狀態。一般適用于核對性放電實驗（放電深度約為30%），適度激活電池。

放電完成后再對蓄電池組進行均充充電，可平衡電池差異，使電池處于滿電狀態。本方法的缺點在于因負載大小實時變化，放電電流不能精準控制，放電電流與10小時率放電電流偏差可能較大，難以準確估算出電池的實際容量，準確度差。并且存在一定風險，如進行深度放電時，若出現意外停電，則可能導致負載直接掉電從而引起通信事故。

4.2 在線假負載放電法

在線假負載放電法是利用實際負載與假負載共同放電的方法。通過引入放電測試儀可以一定程度改善在線放電法存在的問題，如較低負載情況下電池容量評估失準及單體電壓無實時監控數據，難以利用計算機軟件分析技術進行容量分析等問題。放電測試儀是一個集假負載、電池單體監控、計算機軟件分析系統于一身的專業蓄電池維護設備。

在線假負載放電法操作步驟如下：（1）連接并調試好共計48節電池的監控線；（2）放電測試儀的正極電纜接在第一組電池的正極匯流排上，負極電纜接在第二組電池的負極匯流排上；（3）設置放電參數，兩組1 000 A蓄電池的10小時率放電電流為200 A，負載電流為50 A，則放電測試儀上設置的放電電流為150 A；（4）設置放電結束條件，放電時長為7 h，放電容量為1 050 A·h，放電終止電壓為46 V，單體下限電壓為1.8 V，單體下限3個（上述4個條件滿足任意1個條件放電自動終止）；（5）調低浮充、均充電壓至45.5 V，開啟假負載進行放電測試；（6）放電結束后拆除放電電纜，將浮充、均充電壓調回預設值，開啟強制均充模式。

放電結束后導出放電測試數據，配合軟件可以自動分析電池數據，估算出電池容量，經與電池出廠放電曲線對比，估算的電池容量精確度較高。本方法的優點在于可一次性完成兩組電池放電測試工作，測試結果較為準確，能夠解決低負載情況下容量估算不準以及單體容量精準估算的問題，一般用于蓄電池容量測試（放電深度約為70%）。缺點在于無法完全解決負載變化引起的放電電流變化問題，在深度放電臨近結束時若出現意外停電可能造成的安全隱患。

4.3 離線假負載放電法

離線假負載放電法是利用假負載對蓄電池脫機放電的方法。將一組蓄電池與開關電源徹底斷開，分兩次對電池組進行放電測試，操作步驟如下：（1）連接并調試好待測電池組所有單體的監控線；（2）拆卸下改組電池的熔絲使該電池組脫離開關電源系統；（3）設置好10小時率放電電流；（4）設置放電時長及單體下限電壓與單體下限個數等結束條件；（5）開始放電；（6）放電結束后接入充電機進行充電，待充電結束后接回電池組熔絲。另一組電池的放電步驟以此類推。

本方法適用范圍最廣，不但可進行70%深度容量試驗，甚至可進行100%深度容量測試，對蓄電池進行驗收。優點在于放電電流恒定，電池容量評估準確性最高，放電時出現停電情況對負載影響小，安全性高。缺點在于操作煩瑣，需要配備的設備較多，對操作人員的技術要求較高。

上述3種方法均可作為蓄電池組日常維護使用，維護人員可根據具體的蓄電池組維護需要進行選擇，優缺點比較詳見表1。另外需要特別注意的是，對電源設備進行操作時，至少配備雙人操作，一人操作一人監督，重要步驟雙人確認后再執行。

表1 不同放電法的優缺點比較

5 其他蓄電池維護工具

除了萬用表、鉗流表、放電測試儀外，常用的蓄電池維護工具還有蓄電池內阻測試儀、蓄電池電導測試儀以及蓄電池活化儀等。

蓄電池內阻測試儀可以測量蓄電池內阻，但因電池內阻較低，其測試精準度較低，對測出的值進行橫向比較，可以發現容量明顯落后的單體。蓄電池電導測試儀可以測量蓄電池電導，電導為內阻的倒數，所測出的電導數量級比內阻大得多，實際使用效果優于內阻測試儀。蓄電池活化儀可以對蓄電池單體進行維護，設定充放電電流、充電電壓、循環次數、靜置時間等，起到一定的容量修復作用，從而可以延長蓄電池使用壽命。

6 維護過程中發現落后單體的處理方式

在維護過程中發現落后單體后，可將該單體拆下，用蓄電池活化儀進行3個周期的活化測試，若電池容量能大量恢復，與其他電池相仿，則可直接接回電池組。若活化測試后容量仍不能有效恢復，則應采購新電池進行更換。新電池內阻低而舊電池內阻高，這種情況對整組電池有不良影響，不宜直接混用。可利用蓄電池活化儀通過大電流放電對新電池進行老化加速處理，當新電池內阻接近舊電池時即可接入蓄電池組。若在維護過程中發現有大量落后單體，可在充滿電后再復測一次，若情況未得到明顯改善，則建議對整組電池進行更換。

7 結 語

蓄電池組在整個通信系統中占據極其重要的位置，供電系統的中斷會導致業務中斷、數據丟失、硬件損壞、客戶投訴等一系列問題。蓄電池作為保障通信系統正常工作的最后一道生命線，其維護質量的重要性不言而喻。本文以開關電源蓄電池組放電測試為例介紹了3種放電測試的方法，并分析了其優缺點及適用情況，介紹了落后單體的處理方法，希望能夠為蓄電池維護人員提供操作指導和參考。