閥控式密封鉛酸蓄電池的充電直接關(guān)系到蓄電池在實(shí)際使用中的壽命。本文介紹目前所采用蓄電池充電技術(shù)出現(xiàn)的一些問題，主要是沒有真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和充電方式與蓄電池實(shí)際使用狀況和要求的完全統(tǒng)一。電池長期運(yùn)行時(shí)的差錯(cuò)得不到及時(shí)糾正，因而影響了蓄電池的實(shí)際使用壽命。本文從開關(guān)電源對(duì)閥控電池容量及壽命的影響角度，討論了閥控電池浮充狀態(tài)的分析判斷方法，并提出了通過開關(guān)電源在線充放電的控制，來調(diào)整閥控電池充電狀態(tài)的技術(shù)，達(dá)到對(duì)電池在線維護(hù)、改善性能、延長壽命的目的。該充電方案可以充分發(fā)揮蓄電池的使用價(jià)值，用開關(guān)電源在線運(yùn)行方式恢復(fù)落后蓄電池組的容量。
1 概述
蓄電池是通信系統(tǒng)不間斷運(yùn)行的保證，但在使用過程中，由于各方面的原因會(huì)使其性能提前下降、容量降低。當(dāng)容量降低到一定程度，就要影響到通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。隨著信息社會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)供電安全性和通訊可靠性的要求越來越高，蓄電池本身運(yùn)行的可靠性和安全性也已經(jīng)得到了越來越高的關(guān)注。然而，從上世紀(jì)80 年代使用閥控式鉛酸蓄電池開始，20 多年來人們一直被閥控電池的可靠性問題所困擾，往往是市電發(fā)生故障了，系統(tǒng)直流電源也跟著就沒了，或者只能維持很短的時(shí)間。為此人們作了很多探索，提出了很多閥控電池的失效機(jī)理，也對(duì)閥控電池的測(cè)試作了很多研究，從核對(duì)性放電到測(cè)量單體電壓，再到測(cè)試電池靜態(tài)內(nèi)阻，也有人提出了蓄電池的測(cè)試數(shù)學(xué)模型等等。但是并沒有對(duì)閥控式鉛酸蓄電池提出有效的維護(hù)手段。
本文是從蓄電池在線維護(hù)的角度出發(fā)，詳細(xì)介紹傳統(tǒng)開關(guān)電源蓄電池充電技術(shù)出現(xiàn)的一些問題。討論了開關(guān)電源充電方式對(duì)蓄電池性能的影響，及其充電參數(shù)設(shè)置和電池容量的關(guān)系;提出了對(duì)可能發(fā)生或已經(jīng)表現(xiàn)出的落后電池進(jìn)行在線維護(hù)的技術(shù)，詳細(xì)介紹蓄電池在網(wǎng)運(yùn)行過程中通過不同的階段 來調(diào)整開關(guān)電源充電參數(shù)方法來提高電池組的性能，延長蓄電池組使用壽命，并以較為成熟和低成本的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
2 現(xiàn)行開關(guān)電源充電方式不合理之處
移動(dòng)通信基站開關(guān)電源設(shè)備目前所采用蓄電池充電方式均未能遵從電池內(nèi)部的物理化學(xué)規(guī)律，使整個(gè)充電過程存在著嚴(yán)重的過充電和析氣等現(xiàn)象，充電效率低。是造成蓄電池容量下降的一個(gè)原因。
目前移動(dòng)通信基站所使用開關(guān)電源設(shè)備對(duì)蓄電池充電方式是傳統(tǒng)恒壓充電方式，用于技術(shù)狀態(tài)良好的蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電是可行的。然而移動(dòng)通信基站開關(guān)電源之所以采用恒壓充電方式，充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。與恒流充電法相比，其充電過程更接近于最佳充電曲線。用恒定電壓快速充電。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢(shì)較低，充電電流很大，隨著充電的進(jìn)行，電流將逐漸減少，因此，只需簡易控制系統(tǒng)。 這種充電方法電解水很少，避免了蓄電池過充。但在充電初期電流過大，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報(bào)廢。
采用恒壓充電時(shí)，一個(gè)重要問題就是要選擇適當(dāng)?shù)某潆婋妷?，若充電電壓選得過高，則充電初期的充電電流就會(huì)過大，這對(duì)蓄電池不利;若充電電壓選得過低，不僅會(huì)使充電速度減慢，而且會(huì)過早地停止充電，造成蓄電池充電不足。所以若選擇的充電電壓適當(dāng)，則既能防止充電初期充電電流過大，又能使蓄電池基本上充足電。恒壓充電的缺點(diǎn)是充電電壓恒定，充電電流不能控制和自由調(diào)節(jié)因此不能適應(yīng)對(duì)各種不同技術(shù)狀態(tài)的蓄電池進(jìn)行充電，同時(shí)也不能保證蓄電池徹底充足電。
3 開關(guān)電源的充電管理
高頻開關(guān)電源具有電池管理系統(tǒng)。它采用二級(jí)監(jiān)控模式，能對(duì)電池的端電壓、充放電電流、電池房溫度及其它參數(shù)作實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。可準(zhǔn)確根據(jù)電池的充放電情況估算電池容量的變化，還能在電池放電后按用戶事先設(shè)置的條件自動(dòng)轉(zhuǎn)入限流均充狀態(tài)，通過控制母線電壓來完成電池的正常均充過程，并可自動(dòng)完成電池的定時(shí)均充維護(hù)，均/浮充電壓溫度補(bǔ)償?shù)裙ぷ?，?shí)現(xiàn)了全智能化，不需任何人工干預(yù)。
電池管理的基本思想是：以電池組保有容量、電池充電電流為依據(jù)，控制電池由浮充轉(zhuǎn)入均充。以充電電流，充電時(shí)間為依據(jù)，控制電池由均充轉(zhuǎn)入浮充。如果系統(tǒng)配有溫度傳感器，其均/浮充電壓可根據(jù)溫度作適當(dāng)補(bǔ)償。
保證負(fù)載電流基本不變，以電池電流和總負(fù)載電流作為主要參考依據(jù)(主要輸入基準(zhǔn))，通過調(diào)節(jié)模塊輸出電壓及限流點(diǎn)，穩(wěn)定負(fù)載電流，控制電池電流及電壓，防止電池充電過流。
電池管理曲線如圖1所示。監(jiān)控模塊可以實(shí)施對(duì)電池的全自動(dòng)管理。為了實(shí)現(xiàn)此功能，各充電模塊必須設(shè)置在“自動(dòng)”工作狀態(tài)。
圖1 監(jiān)控模塊的工作曲線
監(jiān)控模塊對(duì)電池的智能化管理主要體現(xiàn)在以下三種工作狀態(tài)中。
3.1 正常充電狀態(tài)
監(jiān)控模塊自動(dòng)記錄均充和浮充的開始時(shí)刻，在上電初始如果監(jiān)控模塊發(fā)現(xiàn)均充過程尚未結(jié)束，則會(huì)繼續(xù)進(jìn)行均充。如果上電前是處于限流均充狀態(tài)，則繼續(xù)進(jìn)行限流均充，如果是處于恒壓均充狀態(tài)。則繼續(xù)進(jìn)行恒壓均充。在限流均充時(shí)。當(dāng)充電電壓達(dá)到恒壓均充電壓值的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓均充。
在浮充情況下，若浮充電流大于設(shè)定值(轉(zhuǎn)均充參考電流)，或電池組剩余容量小于設(shè)定值(轉(zhuǎn)均充容量比)，則監(jiān)控模塊會(huì)自動(dòng)控制模塊進(jìn)行均充。對(duì)電池進(jìn)行均充時(shí)，充電電流應(yīng)該是監(jiān)控模塊設(shè)置的限流值，此階段為電池恒流充電階段，電池的電壓是隨著時(shí)間增加而增大的：當(dāng)電池電壓增大到一定值時(shí)，充電進(jìn)入恒壓階段，在恒壓階段，充電電流不斷減小，以充電電流減小到0.01C10A為開始計(jì)時(shí)點(diǎn)，3 小時(shí)后恒壓充電階段結(jié)束，充電電壓降低，投入浮充狀態(tài)。至此充電過程完成。充電控制曲線如圖2所示。
圖2 蓄電池正常充電模式
3.2 定時(shí)均充狀態(tài)
用戶可選擇是否采用定時(shí)均充這種維護(hù)方式，還可對(duì)定時(shí)均充的時(shí)間間隔及每次均充的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。一旦設(shè)定。電池管理程序就可自動(dòng)計(jì)算電池定時(shí)均充的時(shí)間，以便確定在何時(shí)啟動(dòng)定時(shí)均充，何時(shí)停止定時(shí)均充，所有這些操作都是自動(dòng)進(jìn)行的，運(yùn)行維護(hù)人員可在現(xiàn)場(chǎng)通過監(jiān)控模塊上的顯示來明確這一過程，也可在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的主機(jī)上查看這一過程。一般電池每隔30 天均充一次。
3.3放電后均充狀態(tài)
交流停電后，電池組放電，給設(shè)備供電。再次恢復(fù)交流供電時(shí)，若電池電流大于設(shè)定值(轉(zhuǎn)均充參考電流)?；螂姵亟M剩余容量小于設(shè)定值(轉(zhuǎn)均充容量比)，則監(jiān)控模塊會(huì)自動(dòng)控制模塊進(jìn)行均充。在監(jiān)控模塊的軟件設(shè)置中，電池放電后，轉(zhuǎn)均充條件有兩個(gè)：電池現(xiàn)有容量、電池電流。兩個(gè)條件中的任意一個(gè)達(dá)到即進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
3.4 溫度補(bǔ)償
用戶可選擇是否對(duì)均/浮充電壓進(jìn)行溫度補(bǔ)償，并可對(duì)溫度補(bǔ)償中心點(diǎn)，溫度補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行設(shè)置。一旦設(shè)定，監(jiān)控模塊就會(huì)根據(jù)電池房的溫度自動(dòng)對(duì)均/浮充電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.5 容量分析
用戶可設(shè)置電池的充電效率、放電特性曲線等參數(shù)來調(diào)整電池容量的計(jì)算結(jié)果。監(jiān)控模塊可根據(jù)電池電流、充放電狀態(tài)以及充放電系數(shù)對(duì)電池容量進(jìn)行估算。公式為Q=IXA，每隔15 秒計(jì)算一次電池容量的變化量，并在菜單上實(shí)時(shí)顯示出來，使用戶能一目了然地看到電池容量的實(shí)時(shí)變化。
3.6 自動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合
監(jiān)控模塊可在“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種方式下工作，在“自動(dòng)”方式下。監(jiān)控模塊可自動(dòng)完成上述的所有功能，完全不需人工干預(yù)：在“手動(dòng)”方式下，電池的管理交給維護(hù)人員來完成。維護(hù)人員可手動(dòng)調(diào)節(jié)模塊的輸出電壓實(shí)現(xiàn)電池的均/浮充轉(zhuǎn)換：通過對(duì)模塊的限流點(diǎn)調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的限流調(diào)節(jié)。此時(shí)監(jiān)控模塊只通過通訊口采集各模塊的數(shù)據(jù)及配電數(shù)據(jù)。不對(duì)模塊作任何控制處理。因而不會(huì)在放電后作自動(dòng)均/浮充轉(zhuǎn)換。也不會(huì)啟動(dòng)定時(shí)均充，但仍可對(duì)電池的容量進(jìn)行估算。由于長期均充會(huì)導(dǎo)致電池壽命下降，為了防止在“手動(dòng)”方式下均充時(shí)間過長，監(jiān)控模塊會(huì)自動(dòng)監(jiān)視均充時(shí)間。當(dāng)均充時(shí)間超過用戶設(shè)定的定時(shí)均充時(shí)間時(shí)，就會(huì)轉(zhuǎn)入浮充。