高原高寒通信保障中蓄電池的影響及對(duì)策分析

朱紅章 吳學(xué)偉

(69236部隊(duì)，新疆 沙灣 832106)

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高原高寒通信保障中蓄電池的影響及對(duì)策分析

朱紅章 吳學(xué)偉

(69236部隊(duì)，新疆 沙灣 832106)

結(jié)合高原高寒地區(qū)的環(huán)境特征，介紹了蓄電池在高原高寒地區(qū)使用時(shí)出現(xiàn)的癥狀，并分析了高原高寒環(huán)境對(duì)通信保障中蓄電池的影響因素，提出了高原高寒地區(qū)正確使用蓄電池的方法和注意事項(xiàng)。

高原高寒，通信保障，蓄電池，溫度環(huán)境

我國(guó)幅員遼闊、邊境漫長(zhǎng)、海拔各異、氣壓不同，造成遂行多樣化任務(wù)的區(qū)域存在較大不確定性，而各任務(wù)區(qū)域?qū)σ苿?dòng)通信車等裝備的影響及要求差異較大，現(xiàn)結(jié)合在高原高寒地區(qū)通信保障中發(fā)現(xiàn)的對(duì)蓄電池的影響，進(jìn)行分析探討。

1 概述

1.1 高原高寒地區(qū)環(huán)境簡(jiǎn)介

高原高寒地區(qū)一般指海拔在3 000 m以上，長(zhǎng)年可見(jiàn)山頂積雪的地區(qū)，其環(huán)境特點(diǎn)是溫度低，年平均氣溫在0 ℃以下，晝夜溫差大，常年溫差10 ℃～20 ℃，最高溫差可達(dá)30 ℃，夜間最低溫度可達(dá)-40 ℃，冬季寒冷期長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月，大氣壓約為一般平原地區(qū)的60%，含氧量約為一般平原地區(qū)的40%～70%。

1.2 蓄電池在高原高寒地區(qū)對(duì)通信保障的重要影響

在高原高寒地區(qū)遂行任務(wù)時(shí)，各類輪式車輛均需要依靠蓄電池啟動(dòng)車輛；各類通聯(lián)系統(tǒng)需要依靠UPS不間斷電源維持系統(tǒng)穩(wěn)定性和持續(xù)性；部分核心部位還需要依靠蓄電池逆變后供電，由此可見(jiàn)，蓄電池對(duì)通信保障的影響巨大。

1.3 蓄電池在高原高寒地區(qū)使用時(shí)出現(xiàn)的主要癥狀

筆者所在單位在高原高寒地區(qū)通信保障中發(fā)現(xiàn)，所使用的蓄電池普遍存在以下四種現(xiàn)象：

1)電池容量減小，持續(xù)供電時(shí)間明顯縮短；

2)欠壓現(xiàn)象明顯、部分車輛啟動(dòng)困難；

3)充電效率降低，單次充電時(shí)間明顯變長(zhǎng)；

4)電池下山后因脹鼓而報(bào)廢的數(shù)量巨大，使用壽命明顯縮短。

2 原因分析

2.1 蓄電池的組成及工作原理

蓄電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的一種設(shè)備，其可以按照電解液種類、工作性質(zhì)、貯存方式和電池所使用正負(fù)極材料等進(jìn)行劃分。其工作原理為：充電時(shí)，外部電能用于再生內(nèi)部活性物質(zhì)，電能儲(chǔ)存為化學(xué)能，當(dāng)需要放電時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能[4]。

2.2 高原高寒地區(qū)溫度環(huán)境對(duì)蓄電池的影響

1)溫度急劇變化導(dǎo)致極板硫化加速進(jìn)而增大其內(nèi)阻。

高原高寒地區(qū)晝夜溫差極大，導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部電池板的表面附著一層硬白水晶，充電后依舊不能剝離負(fù)極板表面轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的硫酸鉛，這就是“硫化”現(xiàn)象。極板硫化會(huì)引起電化學(xué)反應(yīng)的電池充電和放電不正常，從而減少電池容量和內(nèi)阻。經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)環(huán)境溫度降至0 ℃以下，溫度每降低10 ℃，內(nèi)阻增大15%左右[2]。

2)低溫導(dǎo)致負(fù)極活性物質(zhì)利用率降低。

在低溫環(huán)境下，負(fù)極鉛板微孔極易凍結(jié)，這將會(huì)形成一層致密的硫酸鉛，與此同時(shí)，被堵塞的微孔內(nèi)部電解液擴(kuò)散速度變慢。因此，溫度越低，微孔堵塞現(xiàn)象越嚴(yán)重，活性物質(zhì)利用率越低，電池的鈍化現(xiàn)象越嚴(yán)重，最終導(dǎo)致提前終止放電[3]。電池鈍化最重要的表現(xiàn)是顯示已經(jīng)充滿，但是開(kāi)始使用時(shí)電壓就迅速下降。這種鈍化現(xiàn)象是電池從高原返回平原后的一個(gè)重要表現(xiàn)。

3)低溫導(dǎo)致濃差極化降低充電效率。

溫度低于0 ℃時(shí)，鉛酸電池內(nèi)部擴(kuò)散流密度減小速率明顯高于交換電流密度減小速率，從而出現(xiàn)濃度極化現(xiàn)象，這將導(dǎo)致充電效率下降，充電時(shí)間大大延長(zhǎng)。

2.3 高原高寒地區(qū)壓力環(huán)境對(duì)蓄電池的影響

高原低壓會(huì)引起壓力閥提早開(kāi)啟，導(dǎo)致電池內(nèi)部的工作壓力降低，其內(nèi)部的水蒸氣會(huì)因壓力下降而加快揮發(fā)損失速度，這種揮發(fā)將直接引起電解液粘稠度、電阻增加，同時(shí)電池內(nèi)的氣體復(fù)合效率會(huì)隨著電池工作壓力的降低而降低。

2.4 高原高寒地區(qū)溫度壓力環(huán)境對(duì)蓄電池的影響

在15 ℃～25 ℃之間，閥控蓄電池可以提供可靠的直流電。當(dāng)溫度在25 ℃以上時(shí)，電池容量比額定容量高，否則，比額定容量低。高海拔地區(qū)面臨的低溫、低壓、溫度變化劇烈等因素，引起蓄電池鈍化現(xiàn)象加劇、內(nèi)部電阻提高、充放電效率降低，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池電量明顯降低，極端情況下甚至不足以滿足設(shè)備正常工作[1]。

以額定容量為120 Ah蓄電池為例，在10 h,5 h,3 h放電時(shí)，其在不同溫度下的實(shí)際容量見(jiàn)表1。可見(jiàn)，-20 ℃時(shí)，蓄電池在3種電流下放電時(shí)的實(shí)際容量分別為額定容量的73%，68.5%和64%；當(dāng)溫度達(dá)到-40 ℃時(shí)，其實(shí)際容量進(jìn)一步降低到額定容量的61%，54.5%和48%。

表1 環(huán)境對(duì)蓄電池容量的影響

3 高原高寒地區(qū)正確使用蓄電池的注意事項(xiàng)

3.1 經(jīng)常性注意事項(xiàng)

1)電池安裝牢固極樁接觸緊固。

車載電池必須安裝牢固，側(cè)面和底部最好固定橡膠墊或塊，以防止振動(dòng)或裂紋。此外，極樁和電纜應(yīng)連接可靠，電纜接頭與極樁之間接觸表面的氧化物如不及時(shí)清除，會(huì)產(chǎn)生高電阻引起電壓下降，影響電池輸出[3]。

2)保持蓄電池外表清潔干燥。

如果電池填充孔密封不好，車輛在振動(dòng)和顛簸的過(guò)程中，電池蓋的電解質(zhì)和灰塵等可以導(dǎo)致正極和負(fù)極之間的短路，造成電池放電，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)一夜起來(lái)后車輛無(wú)法啟動(dòng)的現(xiàn)象。

3)通氣孔要保持暢通。

通氣孔是保證電池內(nèi)膽與空氣連通的唯一通道。如果壓力大于安全范圍，氣體可隨時(shí)從孔中逸出，所以該孔不能被堵塞，堵塞后使電池內(nèi)氣體壓力增大，增加爆炸概率，尤其是從高原返回后，必須認(rèn)真檢查，確保該氣孔的暢通。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，很多蓄電池從高原返回平原后出現(xiàn)的脹鼓現(xiàn)象都是因?yàn)樵摽锥氯鸬摹?/p>

3.2 高原環(huán)境下注意事項(xiàng)

1)嚴(yán)格控制放電程度。

電池的實(shí)際容量在低溫環(huán)境下急劇下降，這極易導(dǎo)致車輛啟動(dòng)困難。因此，溫度越低，越需要對(duì)電池的放電進(jìn)行控制，特別是要控制大電流放電過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，白天蓄電池的放電不應(yīng)超過(guò)額定容量的25%，晚上不得超過(guò)50%。

2)嚴(yán)防長(zhǎng)期充電不足。

多次欠充電后，蓄電池極板硫化，活性物質(zhì)的減少將直接導(dǎo)致電池容量的減小，對(duì)于高原環(huán)境下需要經(jīng)常頻繁長(zhǎng)延時(shí)使用蓄電池的地方，充電器的容量必須足夠，否則，蓄電池一旦下山后，極有可能因持續(xù)供電時(shí)間急劇減少而選擇報(bào)廢。當(dāng)然也可以通過(guò)安裝鉛酸蓄電池容量恢復(fù)器盡可能防止和去除極板硫化物。

3)適當(dāng)調(diào)整電解液數(shù)量和濃度。

高原環(huán)境下，因溫度氣壓等因素影響，電解液揮發(fā)較多、反應(yīng)效率降低，蓄電池電量明顯減少，為此必須適當(dāng)增添電解液數(shù)量，提高電解液濃度，但要特別注意的是：

a.增添數(shù)量和濃度必須控制在允許范圍內(nèi)，否則會(huì)加速極板腐蝕，縮短電池壽命；

b.不可用自來(lái)水或工業(yè)硫酸電解質(zhì)填充制備，因?yàn)殡s質(zhì)會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，使內(nèi)部存儲(chǔ)容量減少，降低使用壽命，甚至報(bào)廢。

4)適當(dāng)調(diào)整夜間蓄電池外部環(huán)境溫度。

高原環(huán)境下，晝夜溫差極大，為不影響任務(wù)行動(dòng)，保障期間夜間應(yīng)每2 h啟動(dòng)一次車輛，使蓄電池工作一次，每次不低于10 min，便于改善其局部溫度并及時(shí)給其充電；對(duì)于長(zhǎng)期滯留高原行動(dòng)，夜間應(yīng)將電池卸載后放入帳篷或者給其覆蓋棉、皮、毛織物，盡可能延長(zhǎng)其使用壽命。

[1] 時(shí) 瑋,姜永春.磷酸鐵蓄電池SOC估算方法研究[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2015，24(8):769-774.

[2] 童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第3版.北京：高等教育出版社,2001.

[3] 彭 澎,司鳳榮.鉛酸蓄電池可用容量分析方法研究[J].盤電技術(shù)應(yīng)用研究,2013，135(2):6-8.

[4] 喬志強(qiáng).蓄電池產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)方法的探討[J].科技論壇,2013(5):23-25.

[5] 蔡 濱,李斐如,馬 巍,等.高原高寒環(huán)境對(duì)軍用特種車輛蓄電池性能的影響及其維護(hù)[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào),2014，18(9)：34-36.

On influence on accumulators in communication support of alpine areas of plateaus and their strategies

Zhu Hongzhang Wu Xuewei

(69236 Army, Shawan 832106, China)

Combining with the environmental features of the alpine regions in plateaus, the paper introduces the symptoms of the accumulators in these areas, analyzes the influential factors of accumulator in the communication support of the environment, and points out the correct methods for using the accumulators and their precautions.

alpine areas of plateaus, communication support, accumulator, temperature environment

1009-6825(2016)30-0132-02

2016-08-17

朱紅章(1979- )，男，工程師； 吳學(xué)偉(1982- )，男

TM912

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