中国是世界上在建地铁里程最多的国家。据不完全统计，未来5年世界范围内城市轨道交通的建设80%在中国。铅酸电池寿命长、价格低、可以大电流放电，因此在城市轨道交通行业大量使用。正常的铅酸电池在放电时形成的硫酸铅为疏松的微小结晶颗粒，充电时比较容易还原为铅。关于蓄电池的硫化，也有研究认为不可逆硫酸盐化通常与电解液中存在的大量表面活性物质有关，这些表面活性物质作为杂质存在。由于吸附减小了硫酸铅的溶解度，充电时会使铅离子还原的极限电流下降。防止负极不可逆硫酸盐化最简单的方法是及时充电和不要过放电。蓄电池一旦发生了不可逆硫酸盐化，如能及时处理尚能挽救。一般的处理方法是：将电解液的浓度调低（或用水代替硫酸），用比正常充电电流小一半或更低的电流进行充电，然后放电，再充电……如此反复数次，达到应有的容量以后，重新调整电解液浓度及液面高度。如何提高蓄电池寿命、提升蓄电池性能，一直是困扰轨道交通事业发展的难题。
1 蓄电池硫化原因分析
如果电池使用和维护不善，例如经常充电不足或过放电，负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅晶体。这种硫酸铅用常规的方法充电很难还原，需要采用很高的充电电压；若采用高电压充电，由于硫化极板的充电接受能力很差，会产生大量析出气体。这种硫化现象通常发生在负极，被称为不可逆硫酸盐化，是引起蓄电池容量下降，甚至成为蓄电池寿命终止的原因。
（1）富液电池的极板露出电解液液面。蓄电池内电解液液面过低，使极板上部与空气直接接触，负极板将会剧烈氧化。例如汽车在行驶中，由于电解液面上下波动，与极板上部已氧化的部分接触，会形成大晶粒的硫酸铅硬层，使极板上部硫化，这时极板的剩余部分将承受较大的放电电量，结果导致整个极板硫化。
（2）初充电或经常充电不足，以及没有定期充电。
（3）蓄电池电解液的密度过高，使硫酸铅溶解困难。
（4）铅酸电池经常过量放电或小电流深放电，使硫酸铅大量的生成，并深入到极板深处。硫酸铅在活性物质中含量的增加很容易凝结变硬，堵塞活性物质的孔隙，正常的充电反应在这种情况下难以进行，只进行水的分解。
（5）蓄电池长期处于半放电或放电状态中。例如：电池漏电、内部短路且未及时消除、充电电流小等，均能引起极板硫化。
（6）电解液不纯，含有较多的有机物和杂质，这些有机物和杂质不仅促进了电池自放电，而且也是造成极板硫化的主要原因。它们在蓄电池放电时吸附在负极板上，使之不可溶解。
2 脉冲修复除硫形式
脉冲修复主要有两种形式：在线式修复和离线式修复。
2.1 在线式修复
把可以产生脉冲源的除硫器并联在电池的正、负极极柱上，除硫器采用电池电源、充电器电源或使用外接市电，就会产生脉冲输出到蓄电池组。这种修复方式需要的能源很少、修复周期较长（产生修复效果一般要一两个月以上），但是由于除硫器常年并联在电池极柱两端，可以渐进地达到除硫的效果。对于没有硫化的电池，除硫器可以抑制电池的硫化。在线式修复技术不但可以消除铅酸蓄电池极板硫化现象，而且对于新电池还具有阻止、延缓极板硫化的作用，因此，对于新投入使用的电池，也可以配置在线式除硫设备。
2.2 离线式修复
可以产生快速的脉冲，脉冲电流相对比较大，产生脉冲的频率比较高，脉冲占空比比较大。一些产品还具有自动控制。这种修复仪主要是用来修复硫化比较严重的蓄电池。
3 蓄电池维修方案
3.1 维修准备
（1）由施工负责人确认即将施工站点的基本信息、施工环境、搬运难易程度、电池数量等，根据实际情况做好施工方案的细节调整。
（2）按照时间要求，根据站点具体情况，协调确认具体施工时间、施工方案和具体施工人员。
（3）每个站点施工前必须确认更换下来的旧电池的临时存储仓库，保证旧电池安全有效地存储。
3.2 蓄电池排查
（1）外观检查每组蓄电池中是否有单只蓄电池漏液、膨胀、变形的蓄电池，如有更换新的蓄电池。
（2）采用蓄电池内阻测量仪在线鉴别蓄电池的内阻，判别每只蓄电电池是否符合在网继续使用。基本原则是：单只蓄电池的内阻不超过蓄电池标准内阻值的2.5倍，如超过标准内阻值的2.5倍，建议更换新电池。
（3）更换后每组蓄电池整组内阻不超过标准值的3倍；如整组蓄电池内阻值超过3倍，小于3.5倍，采用放电仪测试每组蓄电池的容量是否在30%以上；对于不低于30%容量的蓄电池组可直接安装蓄电池在线除硫器，活化蓄电池修复容量；如整组容量低于30%，建议更换落后蓄电池后，保持整组蓄电池容量大于30%后再安装蓄电池在线除硫器；对于没有恢复价值的蓄电组建议整组更换。
3.3 蓄电池操作
（1）施工前，记录开关电源的负载电流情况、原电池组的品牌、容量、资产编码等基本信息，待全部站点安装完成后汇总提交至需求方项目负责人处。
（2）电池摆放及连接必须牢固可靠，旧电池拆除后，地面突出的爆炸螺丝须打磨平整，以防绊倒。
（3）按从正到负有序拆卸旧电池的铜排或连接线、螺栓、垫片、弹片等，把所有配件进行分类，置入配件箱（或空纸箱），不能随地乱扔，以免混淆或丢失。
（4）拆卸旧电池或故障电池，按从上到下、从外到内进行有序拆卸。如果有电池架的档条阻挡，先将其拆卸，再拆卸电池。
（5）拆卸过程中戴好防护用品，采用防护绝缘扳手，避免造成电池短路、破损，然后将旧电池依次装箱，粘上封箱胶，贴好废旧电池标记。
（6）通过蓄电池内阻测量仪对基站蓄电池进行内阻测试，鉴别蓄电池的好坏，无法准确鉴别的通过放电测试；合格后按从下到上、从内到外有序地摆放于电池架上面，摆放位置同更换前或参照更新改造图纸，摆放完成后要对摆放好的电池进行严格检查，确认正负极摆放正确，并保持各列电池间距20mm以上，然后安装档条。
（7）由正到负有序地连接铜排、连接线或电池防盗连接条。应保持铜排、连接线、电池防盗连接条连接牢固和准确，还应保持电池及配件的清洁。
（8）电池更换结束后，应认真再检查两遍端子连接是否紧固，查看正、负极性是否正确，无误后由正到负有序粘贴电池序列标贴。
（9）电池安装完成后须进行新电池资产标签的粘贴，并作更换年月的标记，便于日常维护。
（10）电池安装完成后，测量电池组总电压，单体电压，根据所安装电池的容量、组数、性能、环境温度等，重新正确设置开关电源的相关参数；将电源设备的浮充电压调至与电池组的开路电压相近。
（11）电池安装完成后须记录各单体浮充电压，并对电池进行补充充电。
（12）测量输出端子与安装柜架间的电阻，确认系统安装及设置的正确性；确认无误后安装蓄电池除硫器。
（13）接通空开、保险或正极母线，将电源设备的浮充电压调至正常设置，并查看电源设备的其他参数设置是否符合更换电池后的要求；再检查电池是否在均充状态，如不是，则手动启动均充；查看蓄电池除硫器是否正常工作。
（14）安装结束后打扫卫生，拍摄3张照片存档（基站标识卡、电池组整体外观和电池组资产条形码）。
（15）更换下来的电池运输到指定的仓库进行保存，按照轨道交通公司的要求统一安排入仓。
（16）离站前完成现场卫生清理并确认环境温度设定温度为28℃。
（17）离站前须与监控核对告警，确认无异常告警后方可离开。
3.4 除硫要求
（1）更换、连接和割入电源系统要由持电工证的专业工程技术人员在经过客户书面的许可并做好安全防护条件下操作。
（2）对于通信备用蓄电池组进行更换，首先确认是否有两组蓄电池，单组蓄电池，需要在市电稳定的时间更换蓄电池，先关闭蓄电池组的空开或保险，没有空开或保险的蓄电池组直接断开蓄电池组的正极母线，然后更换蓄电池，完毕后接通空开、保险或正极母线；多组蓄电池，逐组更换，当更换一组蓄电池时，需断开该组蓄电池的空开、保险或正极母线。
（3）将金属安装工具的把手用绝缘胶带包裹，进行绝缘处理。
（4）单体蓄电池采用铜排（或连接线）、平垫圈、弹垫圈、不锈钢螺栓串联连接，螺栓一定要拧紧（扭矩10N•m为宜），要避免用力过大造成端子损坏。连接前后，可在蓄电池极柱表面敷涂适量防锈剂（如凡士林）。
（5）蓄电池除硫器就近安装在电池架的附近，应确保维护方便。
3.5 新电池核对性放电
（1）记录环境温度、基站、电池型号、UPS型号等基本信息。
（2）检查UPS、电池外观，电池连接是否紧固，对松动电池进行紧固处理，测试电池开路电压并记录。
（3）对需要进行1小时率核对性放电电池，检查充电状态，电池电压符合测试要求时（开路电压2V系列电池2.15V以上，12V系列电池13.0V以上），直接进行放电。
（4）电压偏低电池组，进行手动均充充电。电池充饱电后进行下面操作。
（5）按照YD/T799-2010标准进行1小时率测试，记录测试数据《电池核对性放电测试记录表》。
（6）放电测试完成后，对电池进行手动均充。
4 结语
本文对轨道交通铅酸电池的硫化原因、除硫方式、维修过程进行了研究，并对除硫、新蓄电池的核对性放电进行了要求。通过对蓄电池除硫方案的研究，提高蓄电池稳定性及安全性，实现UPS蓄电池续航能力提升。
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（作者张乐供职于无锡太湖学院、江苏省物联网应用技术重点建设实验室）
