美國GNB蓄電池12V38AH

影響基站GNB蓄電池使用壽命的原因

  從目前國內幾家大型閥控式密封電池廠家生產電池的質量來講，基本能滿足各運營商要求，但各廠家生產GNB蓄電池質量、性能上有所差別，從調查使用情況來看，部分廠家生產蓄電池的質量由于本錢較高、招標價太低等原因存在一定的題目，但在蓄電池質量沒題目的情況下，部分基站GNB蓄電池容量仍然下降過快、使用壽命大大縮短。從閥控式密封電池產品結構、產品性能、基站GNB蓄電池使用過程現場勘察情況等綜合因素來看，結合交換局站使用情況，閥控式密封電池在正常情況下使用1～4年后，其容量下降應不會這么快，因此造成基站GNB蓄電池容量下降過快、使用壽命縮短的主要原因應在于基站本身GNB蓄電池使用特點及其基站使用環境有關。從調查情況看，在GNB蓄電池質量沒有題目的情況下，影響基站GNB蓄電池容量下降過快、使用壽命縮短的原因主要有以下幾個方面。
  第一，基站頻繁停電、停電時間長、停電時間無規律，使GNB蓄電池頻繁充放電，是造成GNB蓄電池容量下降過快和使用壽命縮短的一個最主要原因。
  根據對基站報廢蓄電池解剖情況來看，導致蓄電池壽命終止的原因在于蓄電池負極板的硫酸鹽化，這是蓄電池早期容量衰竭（PCL）的一種典型現象。筆者以為造成蓄電池負極板產生硫酸鹽化的原因可能有以下兩個方面：
  （1）基站停電頻次過高，一天內停電數次，甚至連續停電數天，使基站GNB蓄電池在放電后尚未充足電的情況下又放電，GNB蓄電池出現欠充。如連續多次發生欠充，將造成蓄電池容量累積性虧損，則該基站的GNB蓄電池容量將在較短時間內下降，其使用壽命將較快終止。GNB蓄電池容量下降的速度與該基站蓄電池連續欠充的次數成一定的正比關系。造成GNB蓄電池容量下降的內在原因在于，電池放電后在未充足電的情況下又放電，正、負極在放電后天生的硫酸鉛未能分別完全恢復成二氧化鉛和金屬鉛的情況下，正、負極板又放電，使GNB蓄電池產生欠充，連續多次欠充，使負極板逐步硫酸鹽化，產生不可逆轉的結晶硫酸鉛，特別是在GNB蓄電池處于深度過放電的情況下，GNB蓄電池負極板的硫酸鹽化將更嚴重，硫酸鹽化的速度將更快，造成負極板表面被屏蔽，其功能逐步下降直至失效，導致GNB蓄電池使用壽命下降直至終止。從現有基站GNB蓄電池實際使用情況分析，GNB蓄電池發生累計欠充可能性是存在的。另外，GNB蓄電池雖存在多次欠充，但二次欠充或多次欠充不是有規律連續發生的，GNB電池發生累計欠充可能性及概率有多大，有待進一步確定。
  （2）另外一個觀點，造成基站GNB蓄電池容量下降、使用壽命縮短的最主要原因是由GNB蓄電池負極板硫酸化引起的，GNB蓄電池累計欠充將導致負極板硫酸化外，GNB蓄電池充放電循環次數增加或一定時間內充放電循環過度頻繁是否也將導致負極板硫酸化，或者是導致負極板硫酸化的一個重要因素。
當然造成GNB蓄電池負極板硫酸化原因除上述原因外還有多種因素，如電解液或玻璃纖維棉雜質超標，使電池自放電速率加快。浮充或均衡電壓過低，使部分硫酸鉛晶體不能被溶解。經常放電過量或經常小電流深放電，使GNB蓄電池初期充電效率下降。電池工作環境溫度過高，雜質離子更為活躍，加速電池自放電。
  根據目前電池生產廠家的規模、生產工藝及技術水平，造成基站GNB蓄電池負極板硫酸化主要原因不在于產品質量，因在GNB蓄電池正常使用情況下，蓄電池負極板硫酸化的時間較長，從而造成GNB蓄電池容量難以恢復。另外從使用情況分析，不同生產廠家，不管進口或國產電池，都存在該題目。所以造成基站蓄電池負極板硫酸化的主要原因在基站頻繁停電，經常過放電和小電流的深度過放電，造成GNB蓄電池欠充，欠充連續多次的發生，形成GNB蓄電池累計欠充，基站充放電循環次數過度頻繁，從而造成負極板不可逆轉的硫酸化。負極板的硫酸化是目前影響基站蓄電池容量下降，使用壽命縮短的主要原因所在。
  第二，開關電源設置參數不公道，基站GNB蓄電池欠壓保護設置電壓過低，復位電壓設置過低，使GNB蓄電池出現過放電甚至深度過放電現象，從另一方面加劇蓄電池負極板硫酸化，是使GNB蓄電池容量下降，使用壽命縮短的另一個主要原因。
  目前基站組合開關電源均設置低電壓隔離保護功能或二次下電功能。當GNB蓄電池放電至某一設定電壓值時，開關電源系統將自動切斷對部分重負載供電或全部負載的供電，以保護蓄電池不過放電，確保蓄電池使用壽命。如電池最低欠壓保護值設置過低，蓄電池將出現過放電，多次的過放電和過放電后未能及時補充電或充電不足都將嚴重影響電池使用壽命;另外如開關電源復位電壓設置過低，將使電池在放電過程中出現重復多次放電;具體電池最低欠壓保護值設置應根據負載電流大小而設置，而目前基站蓄電池最低欠壓保護值一般設置在單體電池電壓每只1.8V左右，有的甚至設定為每只1.75V。根據閥控式密封電池的放電性能結合基站實際負載電流（目前基站實際負載電流盡大部分均小于0.1C10A），基站電池最低欠壓保護值應設置在電池單體電壓每只1.8V左右。因此，目前基站蓄電池欠壓保護設置參考電壓過低，如基站長時間停電，會使電池出現過放電，甚至是小電流深度過放電，而過放電的電池要完全充足電，恢復容量所需充電時間較長，深度過放電的電池在基站現有唯一恒壓充電條件下，一般是很難完全恢復其額定容量的。所以開關電源參數設置不公道，從另一方面加劇電池負極板硫酸化，從而造成電池容量下降，使用壽命縮短。
  第三，基站使用環境較惡劣?；就ｋ姾?，由于無空調，使基站環境溫度逐步上升。或者由于空調故障，使基站室內溫度偏高，從而降低了蓄電池使用壽命。
  室內基站均配置空調，配置的空調為一般柜機或分體式空調，長時間不中斷使用使部分基站空調出現故障而停機，空調損壞后有時得不到及時維修，而室內基站為封閉機房，空調停機后使基站室內溫度大幅上升，彩鋼板機房其室內溫度甚至可達到70℃以上。另一方面，即使空調正常，而基站由于停電后，無交流電源，空調也無法制冷，特別在夏天，將使基站室內溫度大幅上升，從而影響GNB蓄電池正常工作。室內溫度過高一方面使閥控式密封電池內部失水量加劇，電解液飽和度下降（玻璃纖維棉隔膜內電解液減少）使電池容量降低和電池使用壽命縮短。另一方面由于室內溫度過高，將使蓄電池熱失控效應加劇，從而造成GNB蓄電池正極板腐蝕速率加劇、極板變形膨脹、電池外殼鼓脹甚至開裂等，最后導致電池容量快速下降，電池壽命縮短，根據相關資料表明，當環境溫度超過25℃時，每升高10℃，電池使用壽命將縮短1/2。
  第四，基站停電后，GNB蓄電池放電至終止電壓，未及時進行補充電，也將導致電池容量下降和使用壽命縮短。
  由于部分基站地處郊區或偏遠山村等地，市電供給狀況較差，市電停電的次數多且停電時間較長，往往一旦市電停電后，GNB蓄電池放電至終止電壓，市電還未恢復，這樣一方面可能造成蓄電池過放電，另一方面電池放電后又不能得到及時補充電，根據相關資料表明，電池放電后如不能及時進行補充電，將使蓄電池容量逐步下降，經過幾次循環后，GNB蓄電池使用壽命將明顯縮短。
  上述4點原因是造成目前基站電池容量早期失效，使用壽命縮短的主要原因。當然影響蓄電池容量及使用壽命因素很多，正常使用情況下，影響蓄電池壽命主要因素是正極板腐蝕速度和玻璃纖維隔膜（AGM）中電解液飽和度。但基站由于自身所處環境（市電供給、環境溫度等）較特殊，真正影響蓄電池使用壽命主要原因在負極板硫酸化，而造成負極板硫酸化的主要原因在于基站頻繁停電，造成蓄電池累計欠充及使GNB蓄電池循環次數增加；另外蓄電池欠壓保護值的設置不當，基站室內溫度過高，GNB蓄電池放電后未及時補充電等方面進一步加劇負極板硫酸化，這也可從另一面解釋為什么城區基站或供電狀況好的基站電池使用壽命較其它類型基站長，早期GNB蓄電池使用壽命較近期電池使用壽命長的原因。

固然目前的科學技術飛速發展，近年鉛酸蓄電池'>GNB蓄電池的發展也比較快，基本上以大型閥控密封式鉛酸GNB蓄電池代替了防酸隔爆型電池。就是大型閥控密封式鉛酸GNB蓄電池近些年也在發展。但是大容量的固定電池還是以鉛酸GNB蓄電池為唯一的選擇。如何延長鉛酸蓄電池的正常使用壽命，一直是業內人士探討的主要題目。
相同的電池，在不同的設備條件、不同的使用條件和不同維護條件下使用壽命相差很大。這就需要在設備條件、使用條件和維護條件上尋找其差異。而電池失效的的幾個主要現象是：
a．正極板軟化；
b．正極板板柵腐蝕；
c．負極板硫化；
d．失水；
e．少數電池出現熱失控（包括電池鼓脹）。
下面，就以電池失效模式來探討設備條件、使用條件和維護條件對電池失效的影響及其應對方法。
一、GNB電池的失效模式及其原因
1、GNB電池的正極板軟化
GNB蓄電池的正極板是由板柵和活性物質組成的，其中活性物質的有效成分就是氧化鉛。放電的時候氧化鉛轉為硫酸鉛，充電的時候硫酸鉛轉為氧化鉛。氧化鉛是由α氧化鉛和β氧化鉛組成的，在2種氧化鉛中以其中α氧化鉛荷電能力小但是體積大，比β氧化鉛堅硬，主要起支撐作用；β氧化鉛恰好相反，荷電能力大但是體積小，比α氧化鉛軟，主要起荷電作用。α氧化鉛是在堿性環境中天生的，在電池內部一旦出現參與放電以后，充電只能夠生產β氧化鉛。正極板的活性物質是多孔結構的，就與電解液——硫酸的接觸面積來說，多孔結構是平面的數十倍。假如α氧化鉛參與放電以后，重新充電以后只能夠天生β氧化鉛，這樣就失往了支撐，不僅僅會產生正極板活性物質脫落，而且脫落的活性物質還會堵塞正極板的微孔，導致正極板參與反應的真實面積下降，形成電池容量的下降。后備電源的電池使用年限要求比較嚴格，對電池的容量要求比較寬，因此后備電源使用的電池α氧化鉛和β氧化鉛比例比深循環的動力型電池大一些。為了減少α氧化鉛參與放電，一般控制放電深度僅僅為40％。隨著電池的使用時間的增加，電池的容量下降，新電池放電40％的電量，對于舊電池來說必然超過40％的，所以舊電池就相當于放電深度深，電池的正極板軟化也會被加速。所以，GNB蓄電池的容量壽命曲線的后期下降速率遠遠高于中期。GNB蓄電池容量越小，放電深度越深，α氧化鉛損失也越多，正極板軟化也越嚴重，導致GNB蓄電池容量下降越快，形成了惡性循環。
這樣，GNB蓄電池的放電深度需要嚴格控制。實現這個控制的是靠基站的電源治理系統的設置。目前控制電池放電深度的主要標準還是一次放電量和放電電壓。這樣，盡可能避免在應急的時候強制放電，而應該按照放電量來增加電池的容量。
2、電池的正極板腐蝕
正極板的板柵中的鉛在充電過程中或被氧化為氧化鉛，并且不能夠再還原為鉛，形成正極板腐蝕。而氧化鉛的體積比鉛的體積大，形成體積線性增加變形，使正極板活性物質與板柵脫離，導致正極板失效。而過充電會嚴重加速正極板腐蝕。我們一般以為不會產生過充電狀態。實際上，基站的浮充電壓假如跟不上環境溫度的上升而進行下降的補償，過充電就產生了。如基站的空調不夠或者損壞，電池的過充電也會產生。這樣電池的正極板板柵在不同的使用條件下會有不同的腐蝕速度。長三角和珠三角地區的正極板腐蝕也會比內地嚴重，這與電池的使用環境溫度關系密切。
3、GNB蓄電池的負極板硫化
電池放電以后，負極板的鉛轉換為硫酸鉛，假如不及時充電或者充電時間比較長，這些硫酸鉛晶體就會逐步聚積而形成粗大的硫酸鉛結晶，采用普通的充電方式是無法恢復的所以稱為不可逆硫酸鉛鹽化，簡稱硫化。
在折合單格電壓為2.25V的浮充狀態下，電池基本布滿電需要一周的時間，完全布滿電需要28天的時間，其間電池就處于欠充電狀態。在電池放電以后的12小時，就可以發現產生粗大的硫酸鉛結晶。在發生電荒的地區，電池的硫化相當嚴重。
在一般浮充狀態下使用，隨著晝夜環境溫度的變化，硫酸鉛結晶也會聚積而形成粗大硫酸鉛結晶而導致硫化。
在冬季環境溫度比較低的時候，電池的浮充電壓應該相應的提升，假如浮充電設備沒有依據室溫相應的調解上升，電池欠充電就會產生，電池硫化也就產生了。
失水的電池相當于電解液的硫酸濃度上升，也形成了加速電池硫化的條件。
較快速的充電可以抑制電池的硫化，基站的充電電流相對都比較小，所以硫化程度比充電電流大的電池嚴重。另外，浮充電壓波動越小，浮充電流的擾動越小，也形成了電池硫化的條件。
采用低銻合金的正極板的電池，浮充電壓比較低，也比其它鉛鈣錫鋁合金電池更加輕易出現硫化。
從上面的硫化失效原因看看，很多電池是無法避免的。特別是電池組發生單體電池落后的時候，個別落后的單體電池處于欠充電狀態，這樣該電池比其它電池更加輕易硫化。
電池一旦出現硫化，靠單純的浮充和均充是無法解決的，必須采取其它措施。目前我公司的技術主要就是消除電池的硫化，使之恢復原有標稱容量，重新投進使用。
4、GNB蓄電池的失水
GNB蓄電池充電達到單體電池2.35V（25℃）以后，就會進進正極板大量析氧狀態，對于密封電池來說，負極板具備了氧復合能力。假如充電電流比較大，負極板的氧復合反應跟不上析氧的速度，氣體會頂開排氣閥而形成失水。假如充電電壓達到2.42V（25℃），電池的負極板會析氫，而氫氣不能夠類似氧循環那樣被正極板吸收，只能夠增加電池氣室的氣壓，最后會被排出氣室而形成失水。電池具備負的溫度特性，其析氣也與溫度特性一致。當電池溫升以后，電池的析氣電壓也會下降，溫升會導致電池輕易析氣失水。長三角和珠三角地區夏季環境溫度比較高，假如沒有空調或者空調容量不足，會使電池失水增加。假如單體電池的浮充電壓折合為2.25V，在30℃的時候，電池失水比25℃條件下增加一倍，在40℃條件下，GNB蓄電池失水是25℃的8倍左右，除非相應的降低浮充電壓。
假如GNB蓄電池的正極板含銻，隨著銻的循環，部分的轉移到負極板上面。由于氫離子在銻還原的超電勢約低200mV，于是負極板銻的積累會導致電池的充電電壓降低，充電的大部分電流用來做水分解而形成失水。所以，在大型固定型電池中應該逐步淘汰低銻正極板的電池。另外，對在電池生產過程中，應該嚴格控制鉛鈣錫鋁正極板的含量。
5、GNB蓄電池的熱失控
GNB蓄電池在均充狀態時，充電電壓會達到折合單格2.4V，這個電壓超過了電池正極板大量析氧的電壓，特別是在高溫環境中，大量析氧電壓會下降，這樣產生的析氧量會大幅度的增加。而正極板產生的氧氣在負極板會被吸收，吸收氧氣是明顯的放熱反應，GNB蓄電池的溫度會提升。假如電池已經出現失水，玻璃纖維隔板的無酸孔隙增加，會加速負極板吸收氧氣，產生的熱量會更多，電池溫升也更高。而電池的溫升也會加速正極板析氧，形成惡性循環——熱失控。在熱失控狀態下，析氧量增加，電池內的氣壓增加，當達到塑料電池外殼的玻璃點溫度的時候，電池開始鼓脹變型，這種變型除了影響電池內部的機械結構以外，還會形成電池漏氣，而導致更加嚴重的失水漏酸。
盡管電池熱失控現象發生的未幾，但是一旦發生熱失控，電池的壽命會迅速提前結束。
6、GNB蓄電池的不均衡
新GNB蓄電池的容量、開路電壓和內阻應該進行嚴格的配組。所以新GNB蓄電池一般離散性比較小。隨著GNB蓄電池使用，GNB蓄電池在制造工藝中必然存在的微小差距會被擴大。
如電池開閥壓的區別，會導致電池失水不同。失水多的電池相當于GNB蓄電池的硫酸比重提升，導致GNB蓄電池開路電壓增加，也是該單體電池的充電電壓相當于其它電池電壓高，而在串聯GNB蓄電池組中的其它電池分配的電壓就會下降，形成其它電池的欠充電。欠充電的GNB蓄電池內阻會增加，放電的時候GNB蓄電池電壓會更低，充電電壓跟不上，導致電池電壓高的更高，低的更低。
GNB蓄電池正極板軟化的差異隨著充放電也會被擴大。當電池正極板發生軟化的時候，脫落的活性物質會堵塞一部分微孔，正極板上單位面積的電流密度會增加，而增加電流密度的反應部分的充放電活性物質的膨脹收縮更加厲害，導致正極板軟化被加速，這樣就形成容量落后的電池更加落后。
GNB蓄電池的負極板發生硫化，放電電流的密度也會增加，相當于增加了放電深度，硫酸鉛結晶會比較集中在放電部位，形成較大的硫酸鉛結晶。硫酸鉛結晶體積越大，其吸附能力也相對增加，導致硫化更加嚴重。而硫化的電池在放電過程中也相當于增加了放電深度，硫化也更加嚴重。所以，電池容量的下降也會形成惡性循環。
從GNB蓄電池的壽命容量曲線看，電池的容量總體上是逐步加速的。凡是電池出現不均衡，總是加速的。
對于電池的不均衡，目前比較有效的方法是對落后單體電池通過再生復原技術進行容量恢復，使之不再落后。
二、對策
1、設備治理與改造
a.機房環境溫度對電池的壽命影響至關重要。除了配備相應的空調設備以外，應該增加和完善機房溫度的遠測，在中心機房就可以發現任意一個機房溫度超溫（高溫順低溫）報警，以便及時處理。
b.檢測浮充電壓和均充電壓與環境溫度的的關系，應該依據電池的特性具備－3mV～－4mV/℃/單格的特性。
2、均衡充電和容量配組
為了防止電池落后，對單格電壓低的電池進行單獨充電?，F在已經開發了2V/50A的充電器，可以用來給落后的電池單獨充電。也可以通過2V/50A的放電器對進行精確的容量測試。以便進行容量配組。
3、消除硫化
消除GNB蓄電池硫化目前最有效的就是我公司的蓄電池超級再生復原技術，它能迅速消除電池硫化，恢復電池容量，使報廢電池重新投進使用。