卷繞式鉛酸蓄電池在水情自動(dòng)測報系統中的應用

概述

傳統上，北方高寒地區的水情自動(dòng)測報系統到了冬天就必須將設備拆回，然后到了來(lái)年春天再重新安裝，這就給系統造成了相當大的安裝維護工作量。隨著(zhù)人們對水情自動(dòng)測報系統自動(dòng)化程度要求的進(jìn)一步提高，這一問(wèn)題也越來(lái)越引起水情測報人員的關(guān)注。

1 水情自動(dòng)測報系統的低溫特性

影響水情自動(dòng)測報系統低溫工作特性的因素很多。首先，早期的數據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(wú)法適應低溫條件下的工作；其次，水面結冰帶來(lái)的水位測量問(wèn)題也是限制水情自動(dòng)測報系統低溫工作的一大原因；再次，由于水情自動(dòng)測報系統一般安裝在野外無(wú)人職守的環(huán)境，現場(chǎng)沒(méi)有交流供電，因此一般只能采用太陽(yáng)能+蓄電池浮充供電的工作方式。而傳統水情自動(dòng)測報系統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(wú)法正常工作，其最低工作溫度一般只能到-10℃左右。

隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，水情自動(dòng)測報系統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(wèn)題，例如國網(wǎng)電科院的水情自動(dòng)測報系統設備的核心數據采集器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(lái)的問(wèn)題。

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

為了克服低溫天氣帶來(lái)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來(lái)保證蓄電池所處環(huán)境的溫度范圍保持在-10℃～+50℃，當系統在檢測到氣溫低于-10℃時(shí)，便可啟動(dòng)加熱設備加熱；而在氣溫高于+50℃時(shí)，系統則啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)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(shí)候，系統的正常工作時(shí)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部工作溫度保持在-5℃～+40℃的范圍，從而克服低溫天氣帶來(lái)的影響，另一方面還具有較好的防雷能力，因此在水情自動(dòng)測報系統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(lái)說(shuō)，則不太適合。

鑒于以上種種原因，水利系統和電力系統的相關(guān)標準，對水情自動(dòng)測報系統規定的最低工作溫度也儀為-10℃和-25℃。

然而，隨著(zhù)卷繞式鉛酸蓄電池的推廣應用，這一問(wèn)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(lái)開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品。鉛酸蓄電池的工作過(guò)程就是鉛和酸之間的化學(xué)反應過(guò)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(lái)，它的機械強度勢必要減小，為了解決這一問(wèn)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(chēng)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(lái)，卷繞式鉛酸蓄電池都是西方發(fā)達國家的一張技術(shù)王牌。據報道，美國在上世紀60年代就開(kāi)始研究卷繞式鉛酸蓄電池。西方少數發(fā)達國家也把卷繞式鉛酸蓄電池應用在軍事(裝甲車(chē)、坦克、潛艇等)等特殊領(lǐng)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(dòng)戰車(chē)或其它軍事裝備。經(jīng)過(guò)海灣戰爭的考驗，這種電池組被稱(chēng)之為“美國戰略電池組”。

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(lái)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(wèn)題，同時(shí)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(jìn)，而正是這些改進(jìn)使其具有區別于傳統蓄電池的更優(yōu)異的特性，主要表現在以下幾個(gè)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(shù)，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(gè)結構極其緊密。因此，在高溫下，其基本不存在冒氣冒泡現象，而在低溫下，更沒(méi)有液態(tài)酸可冰凍，也不存在電流輸出減少的問(wèn)題。根據美國SAE測試標準，卷繞式鉛酸蓄電池可在-55℃～75℃范圍內安全快速起動(dòng)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(dòng)測報系統低溫條件工作的根本原因。