电池容量恢复技术

电池容量恢复技术 2008年创新成果总结报告 项目名称:蓄电池容量恢复技术 研发单位:宁波分公司网络部动力中心 2008年 11 月 18日 一、项目背景 网络服务的畅通与否和基站能否正常工作关系十分密切。对于通信网络来说，每个基站类似于末端神经，是影响通信企业网络质量的最直接表现。按照目前本公司网络部人员分析每月的统计数据，发现因交流断电引起的基站服务中断情况较多，中断时间是总中断时间的 %左右;特别是夏季期间，由于用电的限制和天气的影响，频繁的停电使每个月基站服务中断的时间攀升为平时的 倍～如何解决这个问,本部门工作人员先后开展一系列工作…… 目前又道用电高峰，加上暴雨雷电天气时常出现，本部门开展对传输网重要节点的基站电池进行放电试验，并增强对移动油机发电机组的保养维护工作以提高应急供电保障能力。结合此项工作，本部门基站维护工程师对历次服务中断问题进行了深入探讨。 结果表明，随着网络维护水平的不断提升，因设备故障引起的基站服务中断的时间已逐渐缩短，更多的原因是因交流停电引起的服务中断。停电时基站使用蓄电池供电不稳定，由于蓄电池的容量下降，致使停电时基站不能支持足够长的工作时间;当蓄电池放电完毕时，基站就会进入服务中断状态，造成网络信号的中断。再研究这蓄电池，通常基站用的蓄电池报废年限理论上为8年;但阀控铅酸蓄电池普遍存在达不到设计使用寿命，电池容量已不足80,甚至明显下降的问题。尤其是经历了浙江地区2003年—2005年的电荒，在电荒期间基站电池使用条件恶劣，容量下降这一问题变得更加突出，大大增加了基站动力维护工作成本，并且对网络的安全造成了严重影响。蓄电池生产厂家为了自身利益，一般情况下建议客户3年或者容量不足时就对电池进行更换。但是由于公司基站数量多，要使用大量蓄电池，容量不足就进行电池更换引起的费用实在不是小数目。 经对基站落后电池分析解剖，并与厂家交流总结，我们认为:由于外部供电条件恶化，导致基站电池频繁充放电、长时间小电流放电、电池长时间充电不足、使用环境温度过高等原因造成了基站后备电池组的硫化、失水，使得容量大幅度下降。电池容量的下降不再是单体，而是整组电池的普遍现象。 对蓄电池不断出现容量不足的问题，以往的维护工作沿用更换单体方式进行，工作量大且成本高，而且往往更换了某组电池的几个落后单体，过一段时间其他单体的落后情况又有发生，更换工作不得不再次进行。另一种解决方法是整组割接更换，但投入巨大，成本过高。如何以较低成本恢复蓄电池容量，成为迫切需要解决的难题。针对蓄电池容量下降的最主要原因是极板硫化和失水这种情况，选择一种技术可行、经济合理的容量恢复成为一项迫切的任务。 为解决蓄电池容量不足和更换数量与费用的矛盾，网络部一边组织力量进行技术研究，一边与省公司和其他企业单位进行技术;在2006年7月27日中国移动宁波分公司引入了浙江雄邦科技股份有限公司的蓄电池容量复原技术，对仓库待报废四组96节南都500AH蓄电池容量恢复进行试点，这次试验很成功(该电池原为下属部分基站使用，由于容量问题从各基站每组中挑选出来最落后的单只电池组成，还是厂家返修过的，电池生产和使用年份不等，2000--2003年的都有)，通过上述的容量恢复试验数据对比，证明效果较为良好。当然仅凭四组电池容量恢复试验的结果来认定该技术的推广适应性是不够严谨的，所以在此基础上，中国移动宁波分公司申请并实施了扩大试点第二阶段容量恢复改造项目，该项目分六批实施，第一批共计11组， 第二批18组，第三批17组，第四批21组，第五批54组，第六批101组，试点电池覆盖各种类型和容量，以期通过一定规模的具体实施来检验该技术的适应性和大规模改造的效果，为全省蓄电池容量问题的解决进行一种必要的探索和尝试。 二、蓄电池容量恢复原理 蓄电池充放电是靠电解液中的硫酸和铅发生可逆反应来实现，电池在长期运行过程中，实际就是一个周期性充放电过程，液体(电解液中的水分)也会随电解而慢慢消耗。只有做到电解液零消耗，电池才能在闭路循环下，做到电解液密度、液量不变，做到电压不便，容量才能不变。 正常蓄电池在放电后，正负极板上的活性物质，大都变为松软硫酸铅的细微结晶，均匀分布在极板中，在充电时容易恢复成原来的二氧化铅和海绵状铅，这是一种正常的电化学反应。但如果电池使用和维护不善，极板上就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅结晶，这时充电就非常难以转化为活性物质的硫酸铅，这就是硫酸盐化(简称硫化); 所以，只有做到电解液零损失，同时有效提高蓄电池充电初期的受电能力，使蓄电池进入正常充电电化期，促使极板的硫酸铅还原，就能恢复蓄电池额定的荷电量，达到额定容量，从而实现延长蓄电池使用寿命的目的。 在容量恢复施工过程中，极板在容量恢复剂作用下，电还原时首先在硫酸溶液中形成自由基，并与硫酸溶液中的原极板脱落的铅粉同时存在于电液中，在“电化成”下自由基与原电液中的铅粉，和硫酸溶液共同参于作用下，在阴极板上生成金属有机化合物，提高导电能力，有效提升了蓄电池充电初期的受电能力，能够顺利进入正常的充电周期，将硫化铅还原，逐步恢复容量。经过施工过程的几次充放电过程，这个过程被逐步强化，最终消除了硫化现象，使得蓄电池的容量得到恢复。 三、蓄电池容量恢复技术特点 运用系统工程理论，把物理和化学消除硫化的方法有机结合起来，同时运用先进的新型容量恢复维护工艺，技术操作化、规范化。 利用浙江雄邦科技的专利产品、高科技产品设备和规范化施工工艺，在电化反应过程中，能有效软化、消除硫化物结晶，清除结晶硫化物，并因容量恢复剂继续存在于蓄电池中，能在极板上生成保护层，有效抑制极板硫化的产生，使电池极板始终处于优良和高效工作状态的特点。 有效结合减少电解液中的有害离子:铁、锰、氯、砷、铵等离子的游离作用，减少了电池内部的自放电的特点。 在电化学反应时，形成活性物基核，增强电极结构，扩展电化反应，提高了极板电流密度，降低了极化阻滞和电池内阻，抑制阳极腐蚀，体积膨胀，正极脱粉，使具有良好导电性并带负电荷的特点。 在电化学反应时，能加速电池内部氢氧的化合、减少了排气，提高吸氢过电位，减少水耗;确保电化反应更迅速、更彻底、更均衡，充电更饱满，放电更强劲，并保证容量稳定输出，提高工作效率，具有优良的可逆性，能量转换效率高、具有恢复增容的特点。 从根本上改变原电池的性质，使其充放电性能指标更加优异，低温运行能力增强，深循环性能提高。使蓄电池能在高于标准十小时率充电电流的激化下而不被损坏，保证了修复效果的稳定性和使用周期。 只要是没有物理性损伤的电池(如栅框断裂的、短路的、变形的、破裂的、漏液的、爬酸的等)，都可以提升到原标称容量的95%以上，修复的成功率高。浙江雄邦科技承诺对其提供的技术服务提供三年的质量保证，维护期内实际容量保持在额定容量的80%以上。 经容量恢复后后的铅酸蓄电池，由于使用寿命的延长，报废处理的电池相应减少，大大降低了环境污染，适应和符合时代的要求。 该技术创新是针对正在使用的铅酸蓄电池实行日常维护和改造，使其寿命延长一倍以上，并对废旧不开路不知短路的电池进行复原改造，使其整旧如新，再延长一个使用周期，大大减少和降低了用户的更新投入，经济性十分明显。 四、技术的安全性: 向需恢复的蓄电池内注入浙江雄邦科技独家使用的专利产品容量恢复剂，该容量恢复剂是国家环保专利产品，我们提供的技术施工对人体无害，容量恢复后的蓄电池绝对安全，从施工到结束没有改变蓄电池出厂时的任何标准，更没有超出国家对蓄电池的十一项标准(蓄电池国标)。 五、蓄电池容量恢复过程简介 现场安全要求 1、必须得到基站管理部门允许后方可开门进入基站～ 2、进入基站后首先在施工现场醒目位置悬挂施工警示牌，根据现场情况合理有效、整洁摆放设 备、工具及相关材物料，避免因此引起的人身安全及事故发生～ 、需要断开一组蓄电池连接线时，必须确保另一组蓄电池在线安全运行～ 3 4、单组电池的基站必须有备用容量保证的电池组在线或发电机在线运行才可施工～ 5、严格执行通信行业规范、基站安全#管理#～ 6、严格执行电力行业操作规范要求～ 7、施工过程中如遇停电等故障时，必须第一时间停止施工，安全上线确保设备安全运行，同时 告知相关管理人员～ 准备工作: 1(按需施工基站名单了解基站地理位置，路线，基站内部交流电源配置。 2(了解并记录蓄电池厂家、容量、投入使用年限、维护记录及开关电源模块的配置。 3(了解并记录基站开关电源所有信息(品牌、参数、停电、故障及报警时间)。 4(需配备可更换的同品牌、容量、年份、批次的备用电池(更换物理性损坏电池用)。 5(制定施工计划、施工方案(注意施工工作牌，基站钥匙，进站通报等) 现场操作过程: 两组蓄电池的基站: 确定容量高的一组蓄电池在线运行，容量低的先施工;在施工过程中保证有一组蓄电池安全 在线运行。 (清理、整理、清洁该组蓄电池，对电池外部认真仔细检查，筛除有(外观)物理性损坏1 的蓄电池。 2(对该整组蓄电池进行初始容量(被检测的电池组在24小时内没有放过电;如在24 小时内有过放电的，必须充饱后方可进行初始容量检测)。 3(内部检查筛除有物理性损坏的蓄电池，根据之前所得数据进行分析、确定加容量恢复剂 型号和数量、以及添加剂的量。 (第一阶段进行恒压56.40V、恒流0.20C10A充电，第二阶段进行恒压56.40V、恒流0.15C10A4 充电，第三阶段进行恒压56.40V、恒流0.10C10A充电，充电完成后，该组电池总电压达 到电源开关柜设定的浮充电压后安全上线运行，再对第二组进行。 5(第二组同样按上述第1—4条施工，暂时不上线;该组电池充足后进行放电检测，通过以 上多次循环的施工过程，利用浙江雄邦科技的专利产品和技术，软化、消除颗粒结晶硫 化物，调整电解质密度，消除极板氧化成分，初步降低电池内阻;在此同时抑制硫化物 结晶体的再生。 6(综合运用浙江雄邦科技专利产品和技术，软化、消除大颗粒结晶硫化物，激活原电池铅 膏中的添加剂，增强电极结构，扩展电化反应，进一步降低电池内阻。 7(对电池组中最落后的电池进行特殊处理--根据电池中电解质的成分设计特殊的恢复工艺， 添加相应的雄邦科技的专利产品—容量恢复剂，脱离电池组技术施工;经过3--7次的充 放电循环。 8(容量恢复后用恒压53.60V，第一阶段限流0.10C10A充电5小时后，第二阶段限流0.03C10A 充电，确定100%充足的状态下进行放电检测，用3小时率放电检测(放电电流2.5I10A， 最低单电压1.800V以上)，达到该标准确认合格。 9(在施工过程中遇到停电，立即停止施工，把恢复过程中的电池组安全上线，以保障设备 运行;在第一时间通知基站管理部门和工程施工负责人并做记录。 10(第二组施工完毕安全上线运行后，按以上现场操作第5-9条操作对第一组进行容量恢复 技术施工。 11(施工完毕将基站卫生清理、清洁、清扫，将施工中产生垃圾整理带出基站;施工所有设 备、工具及材物料清点整理后撤离基站。 单组蓄电池的基站: ? 需要备用电池组在线运行后施工; ? 发电机在线安全运行后施工; ? 在仓库容量恢复施工完成后上基站安装，检测合格后上线运行; ? 在晚23.00时至第二天上午7.00之间施工(但施工时间过长)，为保障基站设备安全运 行，这条需协商、谨慎施工。 具体施工同两组蓄电池的基站现场操作第1—10条操作项目，该组电池施工完成后安全上 线，撤除备用电池组，将基站卫生清理、清洁、清扫，施工中产生垃圾整理带出基站;施工所有设备、工具及材物料清点整理后撤离基站，检查完毕电话通知基站管理部门，确认设备运行正常后锁门离开基站。 仓库蓄电池: 1、清理、整理、清洁、组合蓄电池组，对电池外部认真仔细检查，筛除有(外观)物理性 损坏的蓄电池。 2、对并好组的蓄电池组进行初始容量检测(被检测的电池组设定53.6V、0.10C10A充电; 必须充饱后方可进行初始容量检测)。 、内部检查筛除有物理性损坏的蓄电池，根据之前所得数据进行分析、确定加雄邦科技专3 利产品--活化剂型号和数量、以及添加剂的量。 4、第一阶段进行恒压56.40V、恒流0.20C10A充电，第二阶段进行恒压56.40V、恒流0.10C10A 充电，第三阶段进行恒压56.40V、恒流0.03C10A充电。 5、该组电池充足后进行放电检测，通过以上多次循环的施工过程，利用雄邦科技的专利产 品和技术，软化、消除颗粒结晶硫化物，调整电解质密度，消除极板氧化成分，初步降 低电池内阻;在此同时抑制硫化物结晶体的再生。 6、综合运用雄邦科技专利产品和技术，软化、消除大颗粒结晶硫化物，激活原电池铅膏中 的添加剂，增强电极结构，扩展电化反应，进一步降低电池内阻。 7、容量恢复后用恒压53.60V，第一阶段限流0.10C10A充电5小时后，第二阶段限流0.03C10A 充电，确定100%充足的状态下进行放电检测，用3小时率放电检测(放电电流2.5I10A， 最低单电压1.800V以上)，达到该标准确认合格。 8、第一组施工完成后，按以上操作对第二组等、、、、、进行容量恢复技术施工。 9、对同品牌、同容量、同年份、同批次电池组中，恢复后的容量和端电压接近的蓄电池重 新组合，最落后的电池进行特殊处理--根据电池中电解质的成分设计特殊的恢复工艺， 添加相应的雄邦科技的专利产品—容量恢复剂，脱离电池组技术施工;经过3--7次的充 放电循环。 10、将施工场地卫生清理、清洁、清扫，将垃圾整理带出仓库;施工完工后的蓄电池组拆除 连接线，合理、有序、整齐摆放，施工所有设备、工具及材物料清点整理后撤离仓库， 检查完毕后通知仓库管理部门，办理好相关手续离开仓库。 蓄电池选择原则: 为体现该项目的技术可行性，在扩大试点时，宁波分公司根据以下原则选择试点基站:根据以往电池容量测试，整组容量已小于50%;多节电池单体电压落后;整组容量明显下降的电池组。当然电池活化技术适用于因电解液干涸和极板表面硫酸盐化造成容量不足的电池组，对于因物理性损坏的(如栅框断裂的、短路的、变形的、破裂的、漏液的、爬酸的等)是不能恢复容量的。 六、使用环境及注意事项 1、 使用环境应干燥清洁通风，室温不超过35?。 2、 空调通风不应直接对着蓄电池，尽量使蓄电池组各部位温差不超过3?。 3、电源柜设定浮充电压53.6V(此为最高浮充电压)。 4、在一个月内停电两次以上(两次停电的间隔时间在12小时之内的，放电容量在额定容量的 30%以上的)须实行人工均充六小时(上限电压56.4V)，放电一小时(放电电流按5小时率 电流放电)，再实行人工均充到电池组100%充足(上限电压56.4V)。 5、在一个月内停电三次以上(两次停电的间隔时间在12小时以上，放电容量在额定容量的50% 以上的)须实行人工均充六小时(上限电压56.4V)，放电一小时(放电电流按5小时率电流 放电)，再实行人工均充到电池组100%充足(上限电压56.4V)。 6、电池组充电100%后设定浮充电压53.6V。 7、交流电的三相要均衡，相与相的电压差须小于30V。 七、检查要求(月度、季度) 1、检查连接处有无松动，螺栓一定要拧紧(扭矩为?15N?m)。 2、检查极柱、安全阀周围是否有腐蚀现象、酸雾酸液逸出; 3、壳体有无渗漏和变形。 4、测量并记录蓄电池组的端电压和环境温度; 5、测量并记录馈电母线、电缆及软连接头压降。 6、检查并记录开关电源柜的历史记录(故障、报警、停电时间和次数)。 7、电池在运行期间不能打开安全阀。 八、技术服务承诺 1、经浙江雄邦科技公司恢复容量后的蓄电池，质保期为三年。 2、每半年现场检查一次; 3、每年进行一次额定容量测试，确保电池正常的工作容量; 4、不定期的和客户沟通，了解容量恢复后蓄电池组在线运行状态。 5、完善的技术服务数据中心，经过容量恢复技术施工的所有数据和资料建档保存。 6、在质保期内如有质量问题:24小时内作出答复，并立即赶赴现场处理，确保用户正常使 用。 九、测试分析 2006年7-8月，我们对经过技术改造的14组电池逐组进行了放电测试，结果表明:经过容量复原的14组蓄电池，其中95,已经恢复到额定容量的95%以上 ,5,的蓄电池恢复到额定容量的90%以上，在容量恢复过程中有5,的蓄电池由于电池内部损坏和蓄电池短路而无法完成容量恢复进行更换。 2007年9月25日，再次对所经过恢复容量的4组基站蓄电池进行了在线放电测试，检测在线容量都在额定容量的85%以上，在线运行稳定，完全符合基站蓄电池在线运行的标准。 十、效益评估、环保 新购的蓄电池一般在前二、三年内基本能保证基站正常运行，到第三、四年开始就会出现在线容量不足，电池容量下降主要带来以下负面影响: 1、 减少了基站主设备后备运行时间，影响到网络运行安全; 2、 更换落后电池耗费大量人力物力，经济成本高; 3、 为保障网络正常运行，市电停电时需频繁调度油机发电; 4、 基站设备因电池原因断站，直接影响到用户感知度。 现对基站电池活化项目的经济效益评估如下: 某基站2组500AH电池，因容量严重落后，若全部更换新电池2组，现市场采购价在50000元左右，按照使用6年的标准计算，折算每年费用为8300元左右。 若采用电池容量恢复技术，技术施工费用10000元，延长3年使用时间。折算每年费用3300元左右。 基站内达不到容量标准的蓄电池经浙江雄邦科技公司技术改造后，自施工之日起质保期为三年，每半年巡检维护一次。蓄电池容量达到要求可以大幅度减少发电调度人力支出和发电成本的发生，实际效益不能以简单的加减法来衡量。 延长蓄电池使用寿命带来的另一重要影响是可有效从源头上控制废旧铅酸蓄电池对环境的污染，使来自铅酸蓄电池的生产、使用以及废弃电池对环境的影响大幅度减少，另外还可以节约大量的电力、能源、各种生产资料，产生的社会、环境效益是巨大的。 十一、结论: 宁波移动蓄电池容量恢复项目经过试点，取得了初步的效果，基本达到了预期目标，95%落后电池经活化后，容量恢复到85%以上，大部分恢复到95,。 当然电池组容量恢复项目并非适合所有落后电池，应针对不同厂家、型号的落后电池进行筛选。电池组后期维护工作量增加等问题，以往的维护标准和维护手段需适时改进，这也需要我们与厂家在今后工作中继续共同协作并加以解决。 十二:附(一)现场操作工艺流程图 十三:附(二)基站蓄电池容量恢复前后和检测数据对比 附表(一)现场操作工艺流程图 (1)检查、紧固连接条 (2)测量电池端电压 (3)开启蓄电池安全阀 (4)电池内部检查 (5)测量蓄电池温度 (6)恢复液的计量 7)自动放电检测 (8)自动放电检测数据采集 ( (9)容量恢复后接入系统正式在线运行 附表二:宁波移动通信基站蓄电池容量恢复项目检测基站数据报表 序 基站 电池使用时组 施工 施工前 施工后 6个月 12个月 18个月24个月 号 名称 规格 间 数 日期 容量% 容量% AH % AH % AH % AH % 1 后殷 南都2000- 一组 06.7(2787 17% 462 92% 93% 456 91% 95% 基站 500AH 2003年 --8.02 二组 76 15% 457 91% 88% 432 86% 100% 2 球山 南都 2000- 一组 06.7.27 183 37% 478 96% 94% 462 92% 92% 基站 500AH 2003年 --8.02 二组 100 20% 481 96% 89% 436 87% 95% 3 甲村 南都 2001 一组 07.6.29 227 45% 500 100% 99% 基站 500AH 年 --7.01 二组 139 28% 500 100% 98% 4 钟公庙南都2002 一组 07.6.26 250 50% 500 100% 100% 基站 500AH 年 --6.28 二组 222 44% 500 100% 100% 5 马渚 南都2001 一组 07.7.06 139 28% 500 100% 96% 基站 500AH 年 -7.08 二组 250 50% 500 100% 95% 序 基站 电池使用 组 施工 施工前 施工后 6个月 12个月 18个月24个月 号 名称 规格 时间 数 日期 容量% 容量% AH % AH % AH % AH % 6 汽车西南都不 07.7(04139 28% 500 100% 95% 站基站 500AH 详 一组 --07.05 7 夏叶 南都2001 07.07.11 139 28% 500 100% 100% 基站 500AH 年 一组 -07.12 8 郑苍 南都1998 07.07.02 222 44% 500 100% 98% 基站 500AH 年 一组 --07.03 9 旦门 南都1999 07.07.09 228 46% 500 100% 100% 基站 500AH 年 一组 --7.10