卷绕式铅酸蓄电池应用实例

概述

传统上，北方高寒地区的水情自动测报系统到了冬天就必须将设备拆回，然后到了来年春天再重新安装，这就给系统造成了相当大的安装维护工作量。随着人们对水情自动测报系统自动化程度要求的进一步提高，这一问题也越来越引起水情测报人员的关注。

1 水情自动测报系统的低温特性

影响水情自动测报系统低温工作特性的因素很多。首先，早期的数据采集器或通信设备由于电路设计原因，其工作温度范围较窄，无法适应低温条件下的工作；其次，水面结冰带来的水位测量问题也是限制水情自动测报系统低温工作的一大原因；再次，由于水情自动测报系统一般安装在野外无人职守的环境，现场没有交流供电，因此一般只能采用太阳能+蓄电池浮充供电的工作方式。而传统水情自动测报系统使用的均是阀控式密封铅酸蓄电池。由于低温条件下，铅酸蓄电池的电解液有可能结冻而无法正常工作，其最低工作温度一般只能到-10℃左右。

随着技术的发展，水情自动测报系统的电子设备使用的都是工业级产品，其工作温度范围已经不成问题，例如国网电科院的水情自动测报系统设备的核心数据采集器ACS300-MM就能在一40℃的低温环境下正常工作。另外，水位测量也有了更多的方式，如超声波、激光水位计等非接触式测量方式，均可解决水面结冰带来的问题。

由于蓄电池无法适应-10℃以下高寒地区的使用。因此，蓄电池的工作温度范围就成为决定水情自动测报系统低温工作范围的主要因素。

为了克服低温天气带来的蓄电池使用方面的影响，人们也做了大量的努力，如黑龙江乾丰科技发展有限公司使用加热降温系统来保证蓄电池所处环境的温度范围保持在-10℃～+50℃，当系统在检测到气温低于-10℃时，便可启动加热设备加热；而在气温高于+50℃时，系统则启动风扇进行散热降温，从而保证蓄电池能正常工作。然而，这种方式由于需要消耗大量的电能，故在日照不能保证的时候，系统的正常工作时间将大大降低。另外，采取双法拉第筒式密闭埋地安装方式，一方面能较好地使内部工作温度保持在-5℃～+40℃的范围，从而克服低温天气带来的影响，另一方面还具有较好的防雷能力，因此在水情自动测报系统中得到了广泛的应用，但这种方式只适用于遥测雨量站的安装，对于带水位或其它水文量测量的水文站来说，则不太适合。

鉴于以上种种原因，水利系统和电力系统的相关标准，对水情自动测报系统规定的最低工作温度也仪为-10℃和-25℃。

然而，随着卷绕式铅酸蓄电池的推广应用，这一问题可以得到较好的解决。

2 卷绕式铅酸蓄电池

卷绕式铅酸蓄电池是近年来开发的新产品。铅酸蓄电池的工作过程就是铅和酸之间的化学反应过程，为了提高蓄电池的比容量，人们需要尽可能加大它们之间的接触面积，为此，人们采用压延铅合金的方式制造出了很薄的铅箔作为极板基片。但这样一来，它的机械强度势必要减小，为了解决这一问题，人们将正极板、隔板、负极板交替叠放，并卷绕在一起。从而制成电池单体为圆柱形的卷绕式铅酸蓄电池，又称螺旋卷式铅酸蓄电池，或卷式电极铅酸蓄电池。其外形如图1所示。


一直以来，卷绕式铅酸蓄电池都是西方发达国家的一张技术王牌。据报道，美国在上世纪60年代就开始研究卷绕式铅酸蓄电池。西方少数发达国家也把卷绕式铅酸蓄电池应用在军事(装甲车、坦克、潜艇等)等特殊领域。在军事测试中，这种特种电池被子弹击穿后，仍可快速启动战车或其它军事装备。经过海湾战争的考验，这种电池组被称之为“美国战略电池组”。

3 卷绕式铅酸蓄电池的结构性能

卷绕式铅酸蓄电池为螺旋型结构，如图2所示。它采用只有1 mm左右的极板并经高压卷绕而成。由于采用的板栅材料为纯铅或铅锡合金，故其比较柔软，利于卷绕，其电解液是固态酸，电极板和固态酸一起捆绑并卷起来做成独特的螺旋式卷绕。由于其使用的是固态酸，因而避免了电解液冻结的问题，同时具有卓越的低温性能，可在-55℃的低温条件下正常工作


卷绕式铅酸蓄电池与传统铅酸蓄电池的工作原理是一样的，它只是在制造工艺上有了改进，而正是这些改进使其具有区别于传统蓄电池的更优异的特性，主要表现在以下几个方面：

(1)卓越的高低温性能

卷绕式铅酸蓄电池可在-55℃～75℃下工作。由于卷绕式铅酸蓄电池采用了螺旋卷绕技术，其机板与机板之间的间隙极小，且其酸是固体酸，并能被玻璃纤维网所吸附，整个结构极其紧密。因此，在高温下，其基本不存在冒气冒泡现象，而在低温下，更没有液态酸可冰冻，也不存在电流输出减少的问题。根据美国SAE测试标准，卷绕式铅酸蓄电池可在-55℃～75℃范围内安全快速起动和牵引工作，而普通蓄电池的适用温度范围一般只在-10℃～40℃。这也是其能解决上述水情自动测报系统低温条件工作的根本原因。