高原高寒通信保障中蓄電池的影響及對策分析

朱紅章 吳學偉

(69236部隊，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策分析

朱紅章 吳學偉

(69236部隊，新疆 沙灣 832106)

結合高原高寒地區的環境特征，介紹了蓄電池在高原高寒地區使用時出現的癥狀，并分析了高原高寒環境對通信保障中蓄電池的影響因素，提出了高原高寒地區正確使用蓄電池的方法和注意事項。

高原高寒，通信保障，蓄電池，溫度環境

我國幅員遼闊、邊境漫長、海拔各異、氣壓不同，造成遂行多樣化任務的區域存在較大不確定性，而各任務區域對移動通信車等裝備的影響及要求差異較大，現結合在高原高寒地區通信保障中發現的對蓄電池的影響，進行分析探討。

1 概述

1.1 高原高寒地區環境簡介

高原高寒地區一般指海拔在3 000 m以上，長年可見山頂積雪的地區，其環境特點是溫度低，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30 ℃，夜間最低溫度可達-40 ℃，冬季寒冷期長達6個月，大氣壓約為一般平原地區的60%，含氧量約為一般平原地區的40%～70%。

1.2 蓄電池在高原高寒地區對通信保障的重要影響

在高原高寒地區遂行任務時，各類輪式車輛均需要依靠蓄電池啟動車輛；各類通聯系統需要依靠UPS不間斷電源維持系統穩定性和持續性；部分核心部位還需要依靠蓄電池逆變后供電，由此可見，蓄電池對通信保障的影響巨大。

1.3 蓄電池在高原高寒地區使用時出現的主要癥狀

筆者所在單位在高原高寒地區通信保障中發現，所使用的蓄電池普遍存在以下四種現象：

1)電池容量減小，持續供電時間明顯縮短；

2)欠壓現象明顯、部分車輛啟動困難；

3)充電效率降低，單次充電時間明顯變長；

4)電池下山后因脹鼓而報廢的數量巨大，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

蓄電池是將化學能轉化成電能的一種設備，其可以按照電解液種類、工作性質、貯存方式和電池所使用正負極材料等進行劃分。其工作原理為：充電時，外部電能用于再生內部活性物質，電能儲存為化學能，當需要放電時，化學能轉化為電能[4]。

2.2 高原高寒地區溫度環境對蓄電池的影響

1)溫度急劇變化導致極板硫化加速進而增大其內阻。

高原高寒地區晝夜溫差極大，導致蓄電池內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極板表面轉化為活性物質的硫酸鉛，這就是“硫化”現象。極板硫化會引起電化學反應的電池充電和放電不正常，從而減少電池容量和內阻。經驗表明：當環境溫度降至0 ℃以下，溫度每降低10 ℃，內阻增大15%左右[2]。

2)低溫導致負極活性物質利用率降低。

在低溫環境下，負極鉛板微孔極易凍結，這將會形成一層致密的硫酸鉛，與此同時，被堵塞的微孔內部電解液擴散速度變慢。因此，溫度越低，微孔堵塞現象越嚴重，活性物質利用率越低，電池的鈍化現象越嚴重，最終導致提前終止放電[3]。電池鈍化最重要的表現是顯示已經充滿，但是開始使用時電壓就迅速下降。這種鈍化現象是電池從高原返回平原后的一個重要表現。

3)低溫導致濃差極化降低充電效率。

溫度低于0 ℃時，鉛酸電池內部擴散流密度減小速率明顯高于交換電流密度減小速率，從而出現濃度極化現象，這將導致充電效率下降，充電時間大大延長。

2.3 高原高寒地區壓力環境對蓄電池的影響

高原低壓會引起壓力閥提早開啟，導致電池內部的工作壓力降低，其內部的水蒸氣會因壓力下降而加快揮發損失速度，這種揮發將直接引起電解液粘稠度、電阻增加，同時電池內的氣體復合效率會隨著電池工作壓力的降低而降低。

2.4 高原高寒地區溫度壓力環境對蓄電池的影響

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

以額定容量為120 Ah蓄電池為例，在10 h,5 h,3 h放電時，其在不同溫度下的實際容量見表1?？梢?，-20 ℃時，蓄電池在3種電流下放電時的實際容量分別為額定容量的73%，68.5%和64%；當溫度達到-40 ℃時，其實際容量進一步降低到額定容量的61%，54.5%和48%。

表1 環境對蓄電池容量的影響

3 高原高寒地區正確使用蓄電池的注意事項

3.1 經常性注意事項

1)電池安裝牢固極樁接觸緊固。

車載電池必須安裝牢固，側面和底部最好固定橡膠墊或塊，以防止振動或裂紋。此外，極樁和電纜應連接可靠，電纜接頭與極樁之間接觸表面的氧化物如不及時清除，會產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，車輛在振動和顛簸的過程中，電池蓋的電解質和灰塵等可以導致正極和負極之間的短路，造成電池放電，嚴重時會出現一夜起來后車輛無法啟動的現象。

3)通氣孔要保持暢通。

通氣孔是保證電池內膽與空氣連通的唯一通道。如果壓力大于安全范圍，氣體可隨時從孔中逸出，所以該孔不能被堵塞，堵塞后使電池內氣體壓力增大，增加爆炸概率，尤其是從高原返回后，必須認真檢查，確保該氣孔的暢通。實踐中發現，很多蓄電池從高原返回平原后出現的脹鼓現象都是因為該孔堵塞引起的。

3.2 高原環境下注意事項

1)嚴格控制放電程度。

電池的實際容量在低溫環境下急劇下降，這極易導致車輛啟動困難。因此，溫度越低，越需要對電池的放電進行控制，特別是要控制大電流放電過程。一般來說，白天蓄電池的放電不應超過額定容量的25%，晚上不得超過50%。

2)嚴防長期充電不足。

多次欠充電后，蓄電池極板硫化，活性物質的減少將直接導致電池容量的減小，對于高原環境下需要經常頻繁長延時使用蓄電池的地方，充電器的容量必須足夠，否則，蓄電池一旦下山后，極有可能因持續供電時間急劇減少而選擇報廢。當然也可以通過安裝鉛酸蓄電池容量恢復器盡可能防止和去除極板硫化物。

3)適當調整電解液數量和濃度。

高原環境下，因溫度氣壓等因素影響，電解液揮發較多、反應效率降低，蓄電池電量明顯減少，為此必須適當增添電解液數量，提高電解液濃度，但要特別注意的是：

a.增添數量和濃度必須控制在允許范圍內，否則會加速極板腐蝕，縮短電池壽命；

b.不可用自來水或工業硫酸電解質填充制備，因為雜質會導致電池內部短路，使內部存儲容量減少，降低使用壽命，甚至報廢。

4)適當調整夜間蓄電池外部環境溫度。

高原環境下，晝夜溫差極大，為不影響任務行動，保障期間夜間應每2 h啟動一次車輛，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給其充電；對于長期滯留高原行動，夜間應將電池卸載后放入帳篷或者給其覆蓋棉、皮、毛織物，盡可能延長其使用壽命。

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

[2] 童詩白,華成英.模擬電子技術基礎[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].盤電技術應用研究,2013，135(2):6-8.

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

[5] 蔡 濱,李斐如,馬 巍,等.高原高寒環境對軍用特種車輛蓄電池性能的影響及其維護[J].軍事交通學院學報,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； 吳學偉(1982- )，男

TM912

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