卷繞式鉛酸蓄電池在水情自動測報系統(tǒng)中的應用

概述

傳統(tǒng)上，北方高寒地區(qū)的水情自動測報系統(tǒng)到了冬天就必須將設備拆回，然后到了來年春天再重新安裝，這就給系統(tǒng)造成了相當大的安裝維護工作量。隨著人們對水情自動測報系統(tǒng)自動化程度要求的進一步提高，這一問題也越來越引起水情測報人員的關注。

1 水情自動測報系統(tǒng)的低溫特性

影響水情自動測報系統(tǒng)低溫工作特性的因素很多。首先，早期的數(shù)據(jù)采集器或通信設備由于電路設計原因，其工作溫度范圍較窄，無法適應低溫條件下的工作；其次，水面結冰帶來的水位測量問題也是限制水情自動測報系統(tǒng)低溫工作的一大原因；再次，由于水情自動測報系統(tǒng)一般安裝在野外無人職守的環(huán)境，現(xiàn)場沒有交流供電，因此一般只能采用太陽能+蓄電池浮充供電的工作方式。而傳統(tǒng)水情自動測報系統(tǒng)使用的均是閥控式密封鉛酸蓄電池。由于低溫條件下，鉛酸蓄電池的電解液有可能結凍而無法正常工作，其最低工作溫度一般只能到-10℃左右。

隨著技術的發(fā)展，水情自動測報系統(tǒng)的電子設備使用的都是工業(yè)級產(chǎn)品，其工作溫度范圍已經(jīng)不成問題，例如國網(wǎng)電科院的水情自動測報系統(tǒng)設備的核心數(shù)據(jù)采集器ACS300-MM就能在一40℃的低溫環(huán)境下正常工作。另外，水位測量也有了更多的方式，如超聲波、激光水位計等非接觸式測量方式，均可解決水面結冰帶來的問題。

由于蓄電池無法適應-10℃以下高寒地區(qū)的使用。因此，蓄電池的工作溫度范圍就成為決定水情自動測報系統(tǒng)低溫工作范圍的主要因素。

為了克服低溫天氣帶來的蓄電池使用方面的影響，人們也做了大量的努力，如黑龍江乾豐科技發(fā)展有限公司使用加熱降溫系統(tǒng)來保證蓄電池所處環(huán)境的溫度范圍保持在-10℃～+50℃，當系統(tǒng)在檢測到氣溫低于-10℃時，便可啟動加熱設備加熱；而在氣溫高于+50℃時，系統(tǒng)則啟動風扇進行散熱降溫，從而保證蓄電池能正常工作。然而，這種方式由于需要消耗大量的電能，故在日照不能保證的時候，系統(tǒng)的正常工作時間將大大降低。另外，采取雙法拉第筒式密閉埋地安裝方式，一方面能較好地使內(nèi)部工作溫度保持在-5℃～+40℃的范圍，從而克服低溫天氣帶來的影響，另一方面還具有較好的防雷能力，因此在水情自動測報系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，但這種方式只適用于遙測雨量站的安裝，對于帶水位或其它水文量測量的水文站來說，則不太適合。

鑒于以上種種原因，水利系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的相關標準，對水情自動測報系統(tǒng)規(guī)定的最低工作溫度也儀為-10℃和-25℃。

然而，隨著卷繞式鉛酸蓄電池的推廣應用，這一問題可以得到較好的解決。

2 卷繞式鉛酸蓄電池

卷繞式鉛酸蓄電池是近年來開發(fā)的新產(chǎn)品。鉛酸蓄電池的工作過程就是鉛和酸之間的化學反應過程，為了提高蓄電池的比容量，人們需要盡可能加大它們之間的接觸面積，為此，人們采用壓延鉛合金的方式制造出了很薄的鉛箔作為極板基片。但這樣一來，它的機械強度勢必要減小，為了解決這一問題，人們將正極板、隔板、負極板交替疊放，并卷繞在一起。從而制成電池單體為圓柱形的卷繞式鉛酸蓄電池，又稱螺旋卷式鉛酸蓄電池，或卷式電極鉛酸蓄電池。其外形如圖1所示。


一直以來，卷繞式鉛酸蓄電池都是西方發(fā)達國家的一張技術王牌。據(jù)報道，美國在上世紀60年代就開始研究卷繞式鉛酸蓄電池。西方少數(shù)發(fā)達國家也把卷繞式鉛酸蓄電池應用在軍事(裝甲車、坦克、潛艇等)等特殊領域。在軍事測試中，這種特種電池被子彈擊穿后，仍可快速啟動戰(zhàn)車或其它軍事裝備。經(jīng)過海灣戰(zhàn)爭的考驗，這種電池組被稱之為“美國戰(zhàn)略電池組”。

3 卷繞式鉛酸蓄電池的結構性能

卷繞式鉛酸蓄電池為螺旋型結構，如圖2所示。它采用只有1 mm左右的極板并經(jīng)高壓卷繞而成。由于采用的板柵材料為純鉛或鉛錫合金，故其比較柔軟，利于卷繞，其電解液是固態(tài)酸，電極板和固態(tài)酸一起捆綁并卷起來做成獨特的螺旋式卷繞。由于其使用的是固態(tài)酸，因而避免了電解液凍結的問題，同時具有卓越的低溫性能，可在-55℃的低溫條件下正常工作


卷繞式鉛酸蓄電池與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的工作原理是一樣的，它只是在制造工藝上有了改進，而正是這些改進使其具有區(qū)別于傳統(tǒng)蓄電池的更優(yōu)異的特性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)卓越的高低溫性能

卷繞式鉛酸蓄電池可在-55℃～75℃下工作。由于卷繞式鉛酸蓄電池采用了螺旋卷繞技術，其機板與機板之間的間隙極小，且其酸是固體酸，并能被玻璃纖維網(wǎng)所吸附，整個結構極其緊密。因此，在高溫下，其基本不存在冒氣冒泡現(xiàn)象，而在低溫下，更沒有液態(tài)酸可冰凍，也不存在電流輸出減少的問題。根據(jù)美國SAE測試標準，卷繞式鉛酸蓄電池可在-55℃～75℃范圍內(nèi)安全快速起動和牽引工作，而普通蓄電池的適用溫度范圍一般只在-10℃～40℃。這也是其能解決上述水情自動測報系統(tǒng)低溫條件工作的根本原因。