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火炬蓄电池安装时应该注意的事项
虽然火炬蓄电池出厂时,极板都进行了充、放电活化。但如果蓄电池的安装日期距出厂日期时间较长,经过长期的自放电,容量必然大量损失,靠单纯的浮充难以恢复其初始容量。并且,由于单体蓄电池自放电大小的差异,致使各蓄电池的端电压出现不均衡,个别电池会进一步扩展成落后电池甚至出现反极现象,所以火炬蓄电池搁置三个月不用,必须进行补充电。
新蓄电池安装前测量开路电压,开路电压差值不大于20mV,并做好蓄电池测试纪录。此后应对其进行补充充电,在2.35V的补充充电电压下充电24h、2.40V充电12h,充电后期充电电流小于蓄电池10小时率的千分之三,测量单体蓄电池电压并纪录,此时蓄电池补充充电完成,断开蓄电池与充电设备的所有连接线。静置2～4h后,用假负载对蓄电池按10小时率进行容量试验,试验时每小时对蓄电池的总电压、放电电流、单体蓄电池电压进行记录,蓄电池放电后期,每10min检测单体蓄电池电压低的电池,若某只蓄电池端电压低到1.8V,应马上停止放电。计算出实际蓄电池放出的容量和蓄电池容量与温度关系曲线是否一致,若基本一致,证明蓄电池放电试验合格。
蓄电池按10小时率放电时,如果温度不是25℃,则应将实际测量的容量按下式换算成25℃时的容量
式中,t—放电时的环境温度;
K—温度系数:
10小时率放电时,K=0.006/℃
3小时率放电时,K=0.008/℃
1小时率放电时,K=0.01/℃
Cr—试验温度下的电池容量。
对蓄电池进行充电。若到放电终止时,电池组放出的容量根据环境温度进行核算没有达到所规定的额定容量,电池组的出厂容量可能存在问题,应及时联系相关厂家前来处理。
对蓄电池进行充电时,开关电源浮充电压、均充电压、均充转浮充电压、充电限流及电池温度补偿电压等的设置正确后,对蓄电池按10小时率的电流模式进行稳压限流充电,限流值取0.1C10,充电时每两小时对电池总电压、总充电电流和单体电池电压进行测量并记录,充入的电量应大于放出电量的1.2倍以上,待蓄电池充电电流小于电池0.01C(即10A)左右或充电电流3小时不变时,证明蓄电池电量已经充满,此时电池组可以进入供电系统运行。
5 火炬蓄电池工作的环境及其温度补偿
如上所述,温度和浮充电压的变化将给火炬蓄电池带来严重危害,造成蓄电池过量腐蚀、极板过度腐蚀或水分过量流失,从而使寿命锐减或容量陡降。为解决这一关键性问题,必须密切关注火炬蓄电池的温度补偿。蓄电池必须与具有温度补偿功能的智能型开关电源配套使用。其实目前大多数智能型开关电源都有温度补偿功能,但由于未引起重视而使该功能长期处于取消状态,造成不必要的损失。
火炬蓄电池应工作在适宜的环境温度下,环境温度对火炬蓄电池的放电容量、寿命、自放电、内阻等方面都有较大影响。开关电源都有电池温度补偿功能,每度每只蓄电池补偿1～3mV。对于枢纽楼由于冬季和夏季环境温度在20～25℃之间,蓄电池的温度补偿应该设定为1mV为佳;而对于环境较差的移动基站和接入网的单体蓄电池温度补偿应该设定为每度补偿3mV;对于枢纽楼和数据中心大型UPS蓄电池组,由于UPS的稳压精度为±1%,电压波动不大,不必加温度补偿功能。总之,火炬蓄电池的最佳工作环境温度为20～25℃之间。
开关电源监控模块接入蓄电池的温度传感器应尽可能放置在最接近每组电池温度最高点的地方,建议将其放置在每组蓄电池的中间位置的单体电池上。当启动电池温度补偿功能之后,浮充电压和均衡电压都按照以下方式进行补偿:
Utc=Un-TC×N(T-20)
式中,Utc-经温度补偿后的浮充或均充电压;
Un-未经补偿的电压,即开关电源设置的浮充
或均充电压;
TC-在监控模块前面板上设置的补偿系数,单
位:mV/℃;
N-每组电池的只数,对于48V系统为24节;
T-温度传感器指示的温度(单位:℃)。温度补偿功能的温度有效范围是:10～35℃。
监控模块的面板上有“设定系数”按键,按设定系数按键后,监控模块上的字母数字显示器将显示当前的补偿系数,该值可以通过“增加”、“减小”和“确认”键进行修改,电池温度补偿系数的范围在0.1～5mV/℃。
当监控模块检测到蓄电池的温度与设定的温度有差异时,监控模块能够根据上述方程式设定的反比例关系对输出电压进行调整,浮充电压会自动跟随电池温度变化而进行补偿。所以,由于火炬蓄电池独有的特性,应采取相应的维护管理措施,而解决电池温度补偿问题,根据环境温度对蓄电池电压进行补偿是最简单有效的方法,也是提高蓄电池使用年限,保障供电安全的最佳选择。
6 火炬蓄电池的核对性放电试验和容量放电试验
(1)火炬蓄电池的核对性放电试验
火炬蓄电池端电压的测量不能只在浮充状态,还应在放电状态下进行。端电压是反映这种电池工作状况好坏的一个重要参数。浮充状态下进行电池端电压测量时,由于外加电压的存在,测量出的电池端电压易造成假象。即使有些电池反极或断路也能测量出正常数值,实际上是外加电压在该蓄电池两端造成的电压差。当市电停电时,蓄电池若有问题则放电时间很短,造成通信阻断故障。
所以每年定期对电池组在线进行一次带载核对性放电试验。即在直流供电系统中,关掉开关电源交流输入,让蓄电池对通信设备供电,蓄电池组放电前后要利用电池组监控截图两组的浮充电压、单体电池电压、温度、放电电流、放电时间,放出额定容量的30%～40%为止。放电结束后,要对蓄电池充电,充入电量应是放出电量的1.2倍。根据测试的数据截图放电曲线,留作以后再次测试时比较,并利用电池监控系统对蓄电池组进行检测打印存档。
同时用内阻测试仪对每个单体电池的内阻和连接条的压降测试。检查蓄电池单体连接条接触情况,对蓄电池连接条压降偏大的、有松动的进行紧固。测试方法为蓄电池按1小时率电流放电时,两只电池之间的连接电压降,在蓄电池的极柱根部测量时,其电压值应小于10mV。
(2 )火炬蓄电池的容量放电试验
目前各通信电源供电系统中,开关电源与蓄电池为并联浮充供电方式。根据维护规程,每三年对蓄电池组进行一次容量试验,火炬蓄电池使用6年后,每年进行一次容量试验,放出容量的80%以上。在这种情况下,蓄电池组只能带实际负载进行容量试验。为了确保蓄电池组在带实际负载放电情况下,直流供电系统安全可靠的供电,首先对柴油发电机组进行检查,确保柴油发电机组供电正常。然后针对各直流供电系统的负载情况,确定电池组的放电倍率,符合3小时率、5小时率或10小时率放电,3小时率放电电流为0.25C10、5小时率放电电流为0.168C10、10小时率放电电流为0.1C10,最好按10小时率进行蓄电池放电容量试验。维护规程规定-48V直流供电电压为-40～-57V,供电系统全程压降不大于3.2V。所以蓄电池在线容量试验时,根据环境温度估算出蓄电池组的放电时间和放出的实际容量。
(3)火炬电池组单组离线式容量试验
如图2所示的电池组单组离线式容量试验,其测试数据准确、电池组实际容量计算方便、便于了解电池组的实际容量和电池组续航能力。但当该供电系统只剩下一组电池后备,系统备用电池组供电时间明显缩短,且不清楚在线电池组是否存在质量问题,尤其使用6年以上的电池组,一旦市电中断,该电池组对通信设备放电保障风险系数增大。
所以用此种方法对电池组进行容量试验时,要求柴油发电机组必须处于最佳状况,以确保发电机组、开关电源等设备正常运行。
放电结束后的电池组充满电后再并入直流供电系统,此时与在线电池组间存在电压差,若操作不当将引起开关电源对并入的电池组进行大电流充电,产生火花,易发生安全事故。为了解决打火花问题,必须调整开关电源输出电压与充满电的电池组电压相等后,并入该直流供电系统中。该放电方式操作难度偏大,既要脱离电池组的正极电源线,又要脱离电池组的负极保险,尤其是脱离电池组负极保险时需要特别小心并做好绝缘处理,操作不当将引起负极短路,造成系统供电中断和人身安全事故的发生。同时放电电池组通过假负载以热量形式消耗,浪费电能,增大了机房空调的制冷时间,影响机房设备运行环境,需要维护人员时刻守护,以免假负载高温引发通信供电设备故障。
(4) 火炬两组全在线容量实验
两组电池全在线容量试验原理图如图3所示。蓄电池10小时率放电最低单体电池电压为1.8V,那么24节蓄电池的总电压为24×1.8=43.2(V),加上-48V供电系统的全程压降不大于3.2V,所以蓄电池组在线容量试验时,蓄电池组放电最低电压不能小于46.4V。此时必须调低开关电源监控模块输出电压为46.4V做后备电源,还要人工控制开关模块的输出电压为47.2V的方法(开关电源整流模块浮充电压必须大于监控模块的电压0.6V以上),同时调整智能负载柜的放电终止电压46.4V和放电时间,进行多重保护,并利用动环监控对蓄电池监测数据打印存档,同时维护人员在现场监测,发现问题及时处理,确保蓄电池组在线容量试验时,直流供电系统供电安全、稳定、可靠。
其操作方法为调整开关电源直流输出电压为46.4V,使电池组直接对实际负载进行放电至开关电源直流输出电压保护设置值。由于电池组放电电流大,应按电源维护规程考虑48V供电范围40～57V的最低供电低压门限、电池组至设备供电回路全程压降3.2V及电池单体放电最低1.8V的要求考虑。为了保证供电系统安全,所以带实际负载的放电电流和放电时间掌控较困难,对电池组容量评估不够准确,对电池性能测试存在不确定因素,尤其对使用3年以上电池组性能检测难以达到试验的预期效果,若两组电池的单体电池都有失容、落后等质量问题,其放电至输出保护值的时间,不易被维护人员及时发现,此时可能后备电池组容量所剩无几,因此该放电方式比离线放电方式不安全系数更大。同时由于放电深度有限,对电池组的容量能力测试的目的无法达到,关键是在全容量放电的实践中会经常发现有些单体电池在放电前期电压正常,但到中后期,有些落后电池才开始逐步暴露出来。这一部分落后单体电池,由于放电深度不够而没有被及时发现,此放电方式只能大致评估电池组容量,而无法检测除此时间以外还能放电多长时间。
同时两组电池组间放电电流不完全均衡,各电池组将根据自身情况自然分摊系统的负载电流,落后电池组内阻大,放电电流小,而正常电池组内阻小,放电电流大,这就造成某些落后电池因放电电流不够大而无法暴露出来,达不到电池组放电性能质量检测目的。
综上所述,由于动力维护规程要求必须定期对电池组进行容量试验,上述两种容量测试方法,各有优点又存在着弊端。离线实验方法虽然可以达到电池组容量试验和了解电池组的续航能力,但由于高层机房的电池组需要容量试验时,放电和充电设备搬运工作量太大。而在线式放电方法虽然工作量较小,但人为因素造成的供电系统安全系数小,潜在的安全隐患多,很难准确的达到电池组容量试验的目的。
(5)火炬单组电池全在线式容量实验
在直流供电系统两组后备蓄电池中取一组,该电池组通过在线串接“全在线放电智能设备”提升在线供电电压,使被测电池组以自动稳流或恒功率对负载设备进行供电,从而实现被测电池组的安全节能。全在线单组电池充放的连线图如图4所示。
全在线充、放电过程:被测电池组的正极与全在线(充)放电设备连接,不需要调整开关电源的浮充电压值,使被测电池组所在支路的电压略高出开关电源输出或另一组电池的浮充电压,这样使该电池组对实际负载进行放电,放电过程中被测电池组电压随着放电时间而逐渐下降,通过全在线(充)放电设备进行自动电压补偿调整,保证被测电池组始终保持恒定电流或恒定的功率进行放电,当电池组放电终止,即电压、容量、时间和单体电池电压达到预期所设置的放电门限值时,放电试验结束,自动转入对被测电池组的全在线充电恢复过程,以消除两组电池之间存在的电压差,并引导在线开关电源输出,经过充电、等电位控制保护电路自动对被测放电后的电池组进行限流充电,自动完成在线等电位连接,恢复系统的正常连接后,全在线充、放电设备退出,结束蓄电池组充电,恢复等电位连接过程。实现了该电池组在线充、放电试验的目的和了解该电池组的实际容量。
全在线充、放电设备连接电池组时,拆、接线只在电池组正极,无须拆电池组负极,只在负极接一根放电设备的工作电源线,操作过程不存在短路危险,充、放电全部在线自动运行;充、放电电流保持恒定;测试记录自动进行;被测电池组按0.1C10直接对负载放电和对电池组充电;无须看守,大大减轻工作强度,提高工作效率。
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