基于5G技術的海上救生船舶專用銀鋅電池改進

邊可　何熠杪

摘要：本文將軍用深潛器上使用的壓力平衡式銀鋅電池與5G通訊技術相結合，對其電池結構優化改進，并將其應用在小型救生船舶上，也可以作為一型高可靠性安全蓄電池應用于更廣闊的民用蓄電池市場中。

關鍵詞：海上救生船舶? 銀鋅電池? 5g技術

1 引言

迄今為止，銀鋅電池已經經歷了100多年的發展，銀鋅電池是能量最高的水溶液電池。銀鋅電池問世60年后，其可靠性高和安全性好的突出優點是其他化學電池難以達到的。一些發達國家，如美國、英國、法國、日本、德國、加拿大、意大利、俄羅斯等，以及部分發展中國家都在研制和生產新型銀鋅電池并開展了廣泛的應用。我國目前也有多家企業和研究機構在進行新型銀鋅電池的研制、設計和生產。銀鋅電池是比特性和電壓輸出平穩方面最優良的電池體系。目前銀鋅電池的研究方向是進一步改良銀鋅電池的比特性、雙極性設計以及提高活性物質放電密度，鋅/銀貯備電池以高比能量、高比功率、優良的低溫特性和穩定可靠的放電性能使其在眾多領域，尤其是在軍工器械領域得到廣泛應用。

2.電池組構造

2.1電池組外形

對該型銀鋅蓄電池組的改進及其設計方面包括如下部分：76個電池、電池組箱和蓋、電池之間的連接匯流排、熔斷器、檢測單電池電壓的掃描器、掃描器數據對用戶上傳的方式、電池組的電連接接頭、通氣和補償系統的連接裝置。分流器、海水檢測器、絕緣補償一個完整的電池組，重1100公斤，外形尺寸為l213×940×610毫米，體積為655.4升。

2.2電池組箱和蓋

電池組箱是裝電池的容器，起著將海水與油隔離的作用。美國在研制DSRV銀鋅蓄電池組時，曾對不銹鋼（316L）、欽合金（6AL-4V）和玻璃鋼三種材料作了比較，綜合衡量來看，玻璃鋼最好。

2.3電池在箱內的布置和連接

在電池組箱中，通過焊接工藝，以薄鋼板制作用來約束和固定每個電池的框架結構。框架的高度與極板一樣高。該框架可以減少電池膨脹對電池組整體的不利影響，同時起熱傳導作用，進一步保證電池組整體的良好散熱性能，也有結構增強作用，從而在單個電池外殼和電池組箱體厚度相同時實現更高的強度和抗沖擊性能，同時，該框架可以把電池重量分布在箱底的各部分，減小對箱體底部的剛性需求可以減少箱底的厚度設計，這些因素都使電池外殼和電池組箱的重量有所降低。電池之間的連接匯流排由銅制成，并在外層鍍鎳。

2.4電池組的絕緣

為了防止電池組在使用壽命期間絕緣下降、發生接地現象，電池組箱內所有可能導電的部分都要很好地絕緣起來，以使電解液與海水在任何時侯都不能透過絕緣層與這些導電部分接觸。這些導電部分包括：極柱、電池之間的連接匯流排、電池組的電連接接頭、熔斷器和保險絲，補償接頭、通氣系統、金屬螺栓等。極柱和電池之間的連接匯流排都用絕緣材料涂封起來。這種絕緣材料應耐堿、耐海水和耐油。為了便于換裝電池、醫治電池的缺陷、個別電池的補充電或補放電，要求這絕緣材料使用便利、能在24小時內去除并再涂封上。采用聚氨酯類（Polyurethane）材料作為這種絕緣材料。

每個電池上都裝有一個捕集器，它是靠電解液霧消除器來定位。該捕集器的主要作用是：把從電解液霧消除器帶出來的少量電解液收集起來，盡量減少電解液向外界的逸出，以保證絕緣性能。

3.電池組的5G通訊遠程檢驗

3.1電池組檢測用掃描器的結構

電池組箱中裝有檢測每個電池電壓用的掃描器。它約占2個電池的容積，它是一個電動機械式的掃描器。電機是浸油電機，能在絕緣油中工作。為調節電池之間的平衡，對單個電池的補充電，也可用這個線路。

掃描器的各個觸點與被測的各個電池相接。為了保護電池，防止外部短路引起的危害，每個電池的接線線路上都串有10安的保險絲。保險絲是可換的，并且盡量安裝得靠近極柱，以便更換。連接線叫單電池電壓測量線（ICV線）。ICV`線的絕緣材料應耐堿、耐油、耐海水，能在2-35℃下正常工作，所以選擇聚四氟乙烯作為其外層包覆的絕緣材料。二點作為掃描器電機的動力電源的輸入;二點與掃描器運行用的電容器相接;二點是被測的某個電池的電信號輸出;一點是位置指示信一號線。

3.2電池組遠程自檢的通訊傳輸方式

每個電池組箱內裝一個海水指示探頭，在掃描器腔室內，一直插到電池組箱底之上80-910毫米處。通過與該5G信號發射器建立通訊傳輸網絡，使用者可以在移動設備上實現對電池實時情況的遠程監控，通過5G通信網絡收集到的數據應對照查閱標準數據以確定電池組當前的剩余電量，并關注海水指示探頭信號以確定電池組是否會因進水而無法正常工作。

電池用的電解液是45±1%的氫氧化鉀水溶液，沒有添加劑。電池的干態貯存期是24個月。自注人電解液之日起，在18個月內或放出40000安時總容量前，電池容量應不低于額定容量的50%;在12個月內或放出26000安時總容量前，電池容量應不低于額定容量的70%。電池組壽命結束的標準是：每組電池中有5個（占6.6%）電池發生內部短路、電池殼破裂漏電解液、容量下降到規定值之下、電池組發生接地漏電等情況。

4.總結

本文創新地將原本適用于深潛器的銀鋅蓄電池加以改進，主要包括電池的結構及性能、電池組的各組成部分的簡化，電池組的特殊絕緣措施以及通訊檢測裝置的應用等。并嘗試將其使用于海上救生船舶，同時考慮到受船舶工作環境影響，其使用的電池必須對潮濕和鹽霧環境需要有著良好的適應能力，甚至要考慮到電池有浸沒于水中工作時的情況下供電的可靠性和安全性，而銀鋅電池組將在這方面發揮巨大的作用。

該型銀鋅電池是一型適用于海上救生船舶和一些小型民用船舶的銀鋅電池組，電池設計實現了結構上的加強和防水冗余設計，本電池組具備極高的安全性，適合海上救生船舶的供電應用，在保留電池狀態檢測系統同時應用5G技術作出了改進，讓使用者可以利用5G通信網絡進行遠程對電池組當前狀態實現自主檢測，減輕了使用者的使用難度，電池維護性也得到了增強，適合在小型海上民用救生船舶市場進行推廣。

參考文獻：

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