如何找出路盛蓄电池组中落后单节-防止容量性掉站的核心技术

基站发生“掉站”事故，有几方面的原因，为了减少这类事故发生，通信部门采用过许多对策，但收效不大。在造成掉站事故的诸多因素中，电池组中单节容量不均衡性是主要原因。这里就电池组中落后电池检测技术和实施条件做以介绍。有效检测技术的采用，可大幅度减少掉站事故，提升设备的运行质量。

    1 基站蓄电池供电的容量分配关系

    蓄电池组不能正常供电时，通常是由于电池组中有落后单节造成的。按照现行电池容量下限是80%的标准，基站蓄电池的供电容量用于通信使用的只有40～50%左右，交流电停电后，当路盛蓄电池保有容量在80～90%时，蓄电池组的端电压迅速降低到标称电压48V,有效供电电压只有2V.其关系如图1所示。

图1 基站蓄电池供电容量

    从图中可见，有效供电电压只有一个电池的标称电压2V。如果电池组中有一个失效单节电池，就会很快造成掉站。在几年的实际容量复原工作中，通信部门下线的电池，通常一组电池只有1～2个失效电池。如果不能及时检测出落后单节，为了保障通信电源的可靠性，就要整组更换路盛蓄电池，这就不但增大了维护工作量，而且会造成大量电池被误报废，现在许多单位就处于这种状态。

    2 路盛蓄电池保有容量的检测方法

    在实际维护工作中，如何查找失效单节，在电池失效前就发现故障电池，对保障设备安全运行和降低生产成本有重要的意义。现在使用的方法有：

    2.1恒流放电检测法

    这种方法检测精度高，但由于作业时间长，检测的工艺性差，难以在基站电池运行状态的巡检和普查中使用。

    2.2电导式内阻法

    这类检测仪由于没有电池容量合格值标准，操作者不能依据检测值对失效电池定位。这类检测仪检测电池时不对电池放电，没有电流流经电池极板，所以仪表显示值是蓄电池的静态内阻，不是电池的动态内阻。电池的失效都是因动态内阻增大造成的，用静态内阻不能表达动态内阻的技术内涵。市面上流行的电池电导类检测仪，由于检测数据没有采集供电电流参数，导致检测数据的散差较大，可信度都较低。电导仪检测得出的西门子数值，仪表销售商都不能提供仪表显示的数据与容量的对应关系。现行密封电池维护规程和标准中也没有用西门子表达的安全限界门槛值，在操作者手中电导仪实际是一把没有刻度的尺子，维护操作中使用者难以用测量值决定电池的取舍。

    这里介绍一种实用的负载电压法。

    利用负载电压法制作的使用保有容量检测仪可以在线、便捷、快速、定量、无损的检测每个电池的实际供电能力，所以可定期检测电池的动态实际容量。用检测得的数据控制蓄电池的运行质量，可把蓄电池事故消灭在酝酿的过程中，保障设备的安全运行。

    检测仪的原理是对被检测电池施加一个大功率的恒定电流负载，在特定的时间，锁定电流值和对应的电压值，测量过程由计算机控制。对一个确定规格型号的蓄电池，在不同的保有容量条件下，检测仪锁定的电压值时相对确定的，这种对应关系见图2.

图2 某电池的CB检测值与对应电压的关系

    由于这种检测仪可以测量蓄电池的保有容量，所以称为保有容量检测仪，简称CB仪。检测仪在检测管式极板的固定电池时，由于电池内部特性差异较小的原因，检测精度可控制在8%。检测涂膏式极板的密封电池，由于电池内部的差异较大，测量偏差较大，最大偏差可以控制在20%以内。造成检测值偏差的主要部分，并不是检测仪本身的数字处理造成的，而是由于电池内部物理结构和电化学结构的差异造成的。但是这种检测精度，对维护蓄电池组容量均衡性已经达到有效程度了。检测电池时把检测仪的测脚压接在电池上，按动“测量”按钮，计算机控制电池以恒定电流放电，几秒钟后放电终止，就把电流值和电压值同时锁定在面板上。如果电流值不能稳定在200A，检测锁定的电压值无效。锁定的有效电压值大于安全标准的门槛值，蓄电池就处于正常状态。小于门槛值电压值的蓄电池，就是落后单节。

    这种检测仪的监测数据偏差，都是负偏差。由于测量时有几百安电流流过测量脚，接触电阻波动产生的干扰，就不可忽略。但是检测仪锁定的电压检测数据总是小于真值，不会发生把失效电池判断为良好电池的错误，保障了维护工作的结果可靠性。这种偏差符合“事故倒向安全”的原则。

    3 对几种2V电池的检测数据

    这种检测仪检测电池时，需要对被测蓄电池做一次标定，以确定检测的对应关系，表1数据就是检测某厂家1000,500和150AH单体电池的标定数据。这三种规格，涵盖了通信电源使用的大部分电池规格，供用户参考，用户也可自己做标定，以减小测量误差。

    通常用这种检测仪控制蓄电池组的容量均衡性，操作者只需记住安全的门槛值，把低于安全标准的电池下线，用合格备品替换即可。表中的60%数据是多数单位可以接受的门槛值。

    中心机房使用的1500AH和3000AH的电池，实际结构是由4个独立的单体电池组合在一个外壳里，通过串并联组成12V单元，结构见图3.对这两种电池的检测，需要断开电池组的并联线，否则不能检测到落后单体电池的准确位置。检测基站一组24个电池，需要15分钟。

图3 大容量电池的并联结构

    4 对12V电池的检测

    12V电池多用于UPS电源，一些直放站和基站也使用12V连体电池。连体电池的检测仪检测原理和过程与2V检测仪大体相同。只不过由于12V电池的极柱间距变化较大，它的负载用软线压接在极柱上，电压信号用快速接头送入检测仪。

    这种检测仪可以在线，逐个连续测量电池组中的每一个电池。所以对比检测到的数据，就可方便的把失效电池定位。

    三种常用的电池负载电压与CB值的对应值见表2。通信UPS电源中使用的连体电池，负载性能与同规格的汽车电池没有大的差异。

    这类检测仪由于同时锁定负载电流值I和与该电流值对应的电压值U，两个参数的乘积就是电池的输出功率。根据开路电压U1和锁定的电压值U2电压差、电流值I，可计算电池的内阻R:

    R=( U1—U2)/ I  

    这个内阻值与电导仪测出的内阻值技术内涵完全不同。电导仪测量值是在不放电的条件下测得的蓄电池静态内阻，与电池的放电能力无关，通常用Ω的倒数“西门子”表示，其检测数据的主要构成是极板间电解液的电导阻值。用CB检测仪测量的内阻是电池的动态内阻，他实际是纯物理量的静态内阻和放电时的电化学极化内阻两个量的叠加，这个数值直接与放电能力相关。电池的失效都是因为动态内阻增大，使电池放电时电压在内阻上下降较多，造成电池的端电压下降造成的。因此，依据负载电压制做的检测仪得到的数据可信度较高。这种检测方法已在铁路机车蓄电池可靠性检测中使用多年，有效地保障了机车电池的可靠性，2004年已经列入检修铁道部规程。

    在电池的维护工作中用2V电池CB检测仪对河南某通信公司的240个基站电池做了检测。南京该公司曾用进口电导仪检测过一批300多只UPS电源12V100Ah电池，由于不能分辨其中的失效单节，只能整组下线待报废。用连体电池检测仪对这批下线的检测，真正失效电池只有12%。

    电池的运行质量，是个动态的过程。电池组中的单节容量均衡性，总是从均衡向不均衡发展，但是只要不危及安全运行，就不必处理，但是掌握变化动态的检测是必需的。维护的责任就是把不均衡性控制在不发生事故的程度，在发生事故前就能及时排除潜在故障。

    发现和诊断电池组容量的不均衡性，是维护的核心技术。

    在基站使用的蓄电池，许多容量低下的原因并不在电池，而是控制柜的计算机控制系统偏差超限造成的。这种CB检测方法对容量的检测达不到恒流放电法的检测精度，但由于兼顾了精度、效率和便携这三方面的要求，所以是个实用的维修工具。用这种检测仪检测蓄电池，可准确定位故障电池，查找真正的故障原因，可以避免蓄电池的误报废。有效的检测手段是维护者的眼睛，是保障维护有效性的必要手段，这种CB检测方法是现在流行的几种检测手段中工作效率和可信度最高的。

    实践是检验真理的唯一标准，对其检测的可靠性，把检测出的落后电池用全放电法检测其容量就可知道。

    5 目前技术接轨的两个障碍

    5.1电解液浓缩对检测值的干扰

    现在通信电源使用的密封蓄电池，实际处于“免维护”状态。由于现在检修规程中没有补加纯净水的规定，在使用过程中电解液中的水不断散失，电解液的密度不断上升。电解液密度上升后对电池外特性的影响如图4所示，电池放电时端电压就不再沿着电池出厂时下方的蓝色的曲线变化，而是沿着上方红色的曲线变化。当用验证性放电检查得到电池的电压是K值时，按厂方提供的放电曲线，会判断电池的容量还有C3，实际上只有C2。同样，由于在电池内部与极板接触的电解液较高，用检测仪检测容量时短时间密度值下降较少，测量显示值偏高。实际放电事电压变化的红色曲线位置，是随失水程度决定的。

图4 电解液浓缩后电池外特性的变化

    要消除这个干扰，就首先要对电池进行补加水维护，等到电池内部电解液均匀后，测量时这种偏差就消除了。

    5.2现行维护规程电池互换的不合理限制

    检测出落后电池后，需要用电池备件更换，只要容量大体一致，最低容量大于安全限度，保证蓄电池供电时其中任何一个电池都不发生过放电，电池组就可以处于合理状态，这是更换电池的容量原则。但是现行维护规程中规定：“不同厂家、不同批次、不同使用年度的电池不能互换”。执行这样的规定，会增加许多无效劳动和资金支出，在电池互换中几乎是无法操作的，也是不符合实际情况的。

    当取用电池备品时，用CB检测仪检查电池的保有容量，就可确保电池更换上线的电池容量大于下线的电池，避免误操作和无效劳动。

    6 技术实施步骤

    6.1制作备品。从现在已经下线的电池中挑选出可用的电池。

    6.2对基站的电池补加水。

    6.3用负载电压法检测出低于使用标准的电池，用备品替换。

    这是一个动态的维护过程，全部工作可附加在3个月一次的基站巡检中。用这样的维护方法，由于及时排出了潜在的故障电池，保障了电池的容量均衡性，可以把电池的容量性掉站事故降到零。