智能化脈沖充電設備在航標用鉛酸蓄電池上的應用

汪江楠 馮小軍

摘要：本報告通過研究航標用鉛酸蓄電池的性能以及使用過程中會產生的問題，通過實例分析得出影響鉛酸蓄電池的使用壽命的幾點因素，而后針對其缺陷展開研究，通過智能化快速充電設備在航標用鉛酸蓄電池，將其與航標電池日常養護結合，做到有效提升鉛酸蓄電池的使用壽命及縮短充電時間，提高航標電池充電設備充電效率。

關鍵詞：航標;鉛酸蓄電池;使用壽命;充電效率;智能化快速充電設備

中圖分類號：TM53 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0087-02

1 航標鉛酸展蓄電池充電研究背景

1.1 現狀概述

航標是船舶航行中的導航標識，是船舶夜間航行的重要參照標識，而航標夜間的照明是由儲能蓄電池提供的。由于航標電池不能得到及時補充電，所以航標用電池經常處于長延時深度放電狀態，航標用電池雖然是可再充電蓄電池，但由于常期處于深度欠充電狀態，蓄電池受白晝環境溫差變化影響，電池極板上的硫酸鉛，因受反復重結晶效應，而使結晶體致密變大，從而使再充電變的非常困難，用常規恒壓，恒流充電器充電不但時間長達幾十小時，而且也不能使蓄電池恢復到正常使用狀態，從而造成航標蓄電池早期損壞報廢。

1.2 研究方向

為縮短蓄電池充電時間，解決目前航標電池不能連續充電的問題，確保蓄電池能充足電恢復正常使用，并能有效延長航標電池的使用壽命，我們擬開發一種智能化，脈沖式，充放電逆變回能充放電設備。

該充放電設備可使目前航標用電池補充電從幾十小時縮短到幾小時，并可有效修復航標用電池極板的重結晶狀態，使電池恢復正常的充放電性能。在電池脈沖充電和修復性放電時還能把電池的放電電能返回電網再利用做到真正的高效節能。常期使用該設備給航標用電池充電，可有效延長電池30%-50%的使用壽命時間。

2 航標用鉛酸蓄電池硫化的主要因素

航標照明供電系統，多數遠離城鄉供電網絡，深入江河湖海和島礁，日曬雨淋，使用條件惡劣，維修保養困難，而航標照明供電安全可靠則是第一要素，因此儲能型閥控式密封膠體鉛酸蓄電池，是目前航標照明系統儲能供電的主要產品。航標用電池在夜間照明放電后需要立即補充電，由于航標供電系統多數遠離城鄉供電網絡，所以大多數航標用蓄電池只能在白天依靠太陽能光伏電源來進行補充電。由于航標供電系統使用環境條件的限制，太陽能光照度和光伏電源充電功率都將會受到一定影響，每年中還會有很多陰雨天無法及時給電池補充電。這些因素也就是導致鉛酸蓄電池極板早期硫化的主要因素，導致電池可使用容量降低。電池常期欠充電就會使正負極板上的硫酸鉛，逐漸形成大面積堅硬的硫酸鉛結晶層，它復蓋于電池正負極表面，阻塞了電液流通，增大了電池內阻，阻礙了電池正常充放電，而采用常規恒壓限流充電已不能使這種硫酸鉛結晶得到恢復還原，所以又把此種狀況叫做不可逆硫化鹽現象。這就是航標用鉛酸蓄電池早期報廢的主要原因。

3 智能化快速充電方法的創新點

智能化快速充電方法，是采用了智能化主動式去極化方法。它不但能快速消除電池的強烈極化反應，它還可以把極化反應升高的電勢降到較低的位置，使下一周期的充電，能從較低的電勢下開始。有效降低了充電電壓，減少了電池發熱與析氣。另一方面智能化脈沖大電流的充放電，也增加了電液濃差變化速率，提高了電液攪動與對流，加快了電液濃差的擴散，所以不但能提高電池的充電速度，相應也提高了電池的充電效能，在瞬間大電流的沖擊下，早起硫化現象也能得到緩解及修復，這就是智能化快速充電方法的創新點。

智能化快速充放電設備，是把充電設備改進，放電能量逆變回收，充電工藝更新，充電大數據分析，智能化地結合運用在一體。它是現有直流充電設備的更新換代產品，它是蓄電池充電領域里的一次變革。也必將是未來鉛酸蓄電池充電設備智能化應用的發展趨勢。

4 智能蓄電池脈沖充電設備簡介

4.1 智能化脈沖充電設備（如圖1所示）

4.2 智能蓄電池脈沖充放電電源操作規程

啟動前的準備工作：檢測需進行充電蓄電池的初始效能，做好電壓記錄。確認電池極性，選擇通道，連接電池。正常運行：（1）檢查連接無誤后，先后打開1（上）和2（下）空氣開關。（2）在計算機打開軟件登錄，編制電池化成工藝，發送運行命令。（3）觀察運行顯示數據20分鐘，確認電池極性的正負無錯誤，充電時電壓應緩緩上升，放電時電壓應緩緩下降，第一次電池放電或充電時，應注意觀察電池實際的工作狀態是否在放電或充電，如以上發現異常應立即停機，檢查設備和外部輸出接線，電池極性連接。

運行時必須注意電流、電壓、時間應符合工藝要求。定時觀察設備運行狀況。運行結束后，導出全部數據，做好記錄。關閉設備，依次關閉2（下）和1（上）空氣開關。電池靜置一定時間后，檢測電池效能。注意事項：（1）設備周圍保持良好的通風環境。（2） 注意定時檢查電池溫度。（3）設備程序運行出現的錯誤報警及時查看，判斷狀況后及時處理。

5 實驗數據

（1）12v-100AH型電池深循環試驗結果對比表，如表1所示。

本次試驗選用1只12V-100Ah鉛酸蓄電池，經初始容量達標后，分別用智能化脈沖充電與傳統的恒壓限流充電這兩種深循環工藝交替進行充放電試驗，試驗結果表明間隙脈沖比傳統的恒壓限流充電速度可提高1倍（6.3h/3.1h=203%），電池充放電容量亦有所提高，充電效率可提高6%，（92.2/86.7=106%）。

（2）12V-100Ah電池10h率放電電壓與剩余容量對照表，如表2所示。

鉛酸蓄電池完全充電后以10A恒流放電，每隔0.2小時的放電電壓記錄值，它所對應的是電池放電后的實際剩余容量。該表格可結合海區遙測報警值班平臺，我們可以較快分析及監控使用外置式鉛酸蓄電池的電池容量，方便各航標管理者做出對應的電池維護更換計劃。

6 智能化快速充放電設備應用的社會效益與經濟效益

如果把智能化快速充放電設備，用于航標管理系統的電池修復應用，能使電池使用時間延長30%-50%計算。沿海航標處每年電池使用量是：鉛酸蓄電池電池500只*單價1200元/只=60萬元。每年可節約航標用電池資金60萬元*30%=18萬元至60萬元*50%=30萬元。如果擴大到全國航標管理系統去應用。其節約效能應該是很可觀的。鉛酸蓄電池的壽命延長意味著每年的報廢率降低，這對環境保護也起著積極推進的作用。我國目前是一個鉛酸蓄電池生產與應用的大國，應對每年約2.5億KWh的產品銷售應用市場來講，如果所有使用常規恒壓限流的充電設備，能逐步更換為用智能化快速充放電設備來充電，這不但有利于鉛酸蓄電池的應用與發展。而且又開發了一個更新換代的充電設備新品市場，其所帶來的社會效益和經濟效益將是非常巨大的！

參考文獻

[1] 楊占錄，王宗亮，吳言鳳.大容量鉛酸蓄電池脈沖快速充電裝置[J].自動化技術與應用，2015（12）：106-109.

[2] 朱光輝，侯振義.一種鉛酸蓄電池脈沖修復充電電路研究[J].電源技術，2011（09）：59-63.