智能化脉冲充电设备在航标用铅酸蓄电池上的应用

汪江楠 冯小军

摘要：本报告通过研究航标用铅酸蓄电池的性能以及使用过程中会产生的问题，通过实例分析得出影响铅酸蓄电池的使用寿命的几点因素，而后针对其缺陷展开研究，通过智能化快速充电设备在航标用铅酸蓄电池，将其与航标电池日常养护结合，做到有效提升铅酸蓄电池的使用寿命及缩短充电时间，提高航标电池充电设备充电效率。

关键词：航标;铅酸蓄电池;使用寿命;充电效率;智能化快速充电设备

中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）11-0087-02

1 航标铅酸展蓄电池充电研究背景

1.1 现状概述

航标是船舶航行中的导航标识，是船舶夜间航行的重要参照标识，而航标夜间的照明是由储能蓄电池提供的。由于航标电池不能得到及时补充电，所以航标用电池经常处于长延时深度放电状态，航标用电池虽然是可再充电蓄电池，但由于常期处于深度欠充电状态，蓄电池受白昼环境温差变化影响，电池极板上的硫酸铅，因受反复重结晶效应，而使结晶体致密变大，从而使再充电变的非常困难，用常规恒压，恒流充电器充电不但时间长达几十小时，而且也不能使蓄电池恢复到正常使用状态，从而造成航标蓄电池早期损坏报废。

1.2 研究方向

为缩短蓄电池充电时间，解决目前航标电池不能连续充电的问题，确保蓄电池能充足电恢复正常使用，并能有效延长航标电池的使用寿命，我们拟开发一种智能化，脉冲式，充放电逆变回能充放电设备。

该充放电设备可使目前航标用电池补充电从几十小时缩短到几小时，并可有效修复航标用电池极板的重结晶状态，使电池恢复正常的充放电性能。在电池脉冲充电和修复性放电时还能把电池的放电电能返回电网再利用做到真正的高效节能。常期使用该设备给航标用电池充电，可有效延长电池30%-50%的使用寿命时间。

2 航标用铅酸蓄电池硫化的主要因素

航标照明供电系统，多数远离城乡供电网络，深入江河湖海和岛礁，日晒雨淋，使用条件恶劣，维修保养困难，而航标照明供电安全可靠则是第一要素，因此储能型阀控式密封胶体铅酸蓄电池，是目前航标照明系统储能供电的主要产品。航标用电池在夜间照明放电后需要立即补充电，由于航标供电系统多数远离城乡供电网络，所以大多数航标用蓄电池只能在白天依靠太阳能光伏电源来进行补充电。由于航标供电系统使用环境条件的限制，太阳能光照度和光伏电源充电功率都将会受到一定影响，每年中还会有很多阴雨天无法及时给电池补充电。这些因素也就是导致铅酸蓄电池极板早期硫化的主要因素，导致电池可使用容量降低。电池常期欠充电就会使正负极板上的硫酸铅，逐渐形成大面积坚硬的硫酸铅结晶层，它复盖于电池正负极表面，阻塞了电液流通，增大了电池内阻，阻碍了电池正常充放电，而采用常规恒压限流充电已不能使这种硫酸铅结晶得到恢复还原，所以又把此种状况叫做不可逆硫化盐现象。这就是航标用铅酸蓄电池早期报废的主要原因。

3 智能化快速充电方法的创新点

智能化快速充电方法，是采用了智能化主动式去极化方法。它不但能快速消除电池的强烈极化反应，它还可以把极化反应升高的电势降到较低的位置，使下一周期的充电，能从较低的电势下开始。有效降低了充电电压，减少了电池发热与析气。另一方面智能化脉冲大电流的充放电，也增加了电液浓差变化速率，提高了电液搅动与对流，加快了电液浓差的扩散，所以不但能提高电池的充电速度，相应也提高了电池的充电效能，在瞬间大电流的冲击下，早起硫化现象也能得到缓解及修复，这就是智能化快速充电方法的创新点。

智能化快速充放电设备，是把充电设备改进，放电能量逆变回收，充电工艺更新，充电大数据分析，智能化地结合运用在一体。它是现有直流充电设备的更新换代产品，它是蓄电池充电领域里的一次变革。也必将是未来铅酸蓄电池充电设备智能化应用的发展趋势。

4 智能蓄电池脉冲充电设备简介

4.1 智能化脉冲充电设备（如图1所示）

4.2 智能蓄电池脉冲充放电电源操作规程

启动前的准备工作：检测需进行充电蓄电池的初始效能，做好电压记录。确认电池极性，選择通道，连接电池。正常运行：（1）检查连接无误后，先后打开1（上）和2（下）空气开关。（2）在计算机打开软件登录，编制电池化成工艺，发送运行命令。（3）观察运行显示数据20分钟，确认电池极性的正负无错误，充电时电压应缓缓上升，放电时电压应缓缓下降，第一次电池放电或充电时，应注意观察电池实际的工作状态是否在放电或充电，如以上发现异常应立即停机，检查设备和外部输出接线，电池极性连接。

运行时必须注意电流、电压、时间应符合工艺要求。定时观察设备运行状况。运行结束后，导出全部数据，做好记录。关闭设备，依次关闭2（下）和1（上）空气开关。电池静置一定时间后，检测电池效能。注意事项：（1）设备周围保持良好的通风环境。（2） 注意定时检查电池温度。（3）设备程序运行出现的错误报警及时查看，判断状况后及时处理。

5 实验数据

（1）12v-100AH型电池深循环试验结果对比表，如表1所示。

本次试验选用1只12V-100Ah铅酸蓄电池，经初始容量达标后，分别用智能化脉冲充电与传统的恒压限流充电这两种深循环工艺交替进行充放电试验，试验结果表明间隙脉冲比传统的恒压限流充电速度可提高1倍（6.3h/3.1h=203%），电池充放电容量亦有所提高，充电效率可提高6%，（92.2/86.7=106%）。

（2）12V-100Ah电池10h率放电电压与剩余容量对照表，如表2所示。

铅酸蓄电池完全充电后以10A恒流放电，每隔0.2小时的放电电压记录值，它所对应的是电池放电后的实际剩余容量。该表格可结合海区遥测报警值班平台，我们可以较快分析及监控使用外置式铅酸蓄电池的电池容量，方便各航标管理者做出对应的电池维护更换计划。

6 智能化快速充放电设备应用的社会效益与经济效益

如果把智能化快速充放电设备，用于航标管理系统的电池修复应用，能使电池使用时间延长30%-50%计算。沿海航标处每年电池使用量是：铅酸蓄电池电池500只*单价1200元/只=60万元。每年可节约航标用电池资金60万元*30%=18万元至60万元*50%=30万元。如果扩大到全国航标管理系统去应用。其节约效能应该是很可观的。铅酸蓄电池的寿命延长意味着每年的报废率降低，这对环境保护也起着积极推进的作用。我国目前是一个铅酸蓄电池生产与应用的大国，应对每年约2.5亿KWh的产品销售应用市场来讲，如果所有使用常规恒压限流的充电设备，能逐步更换为用智能化快速充放电设备来充电，这不但有利于铅酸蓄电池的应用与发展。而且又开发了一个更新换代的充电设备新品市场，其所带来的社会效益和经济效益将是非常巨大的！

参考文献

[1] 杨占录，王宗亮，吴言凤.大容量铅酸蓄电池脉冲快速充电装置[J].自动化技术与应用，2015（12）：106-109.

[2] 朱光辉，侯振义.一种铅酸蓄电池脉冲修复充电电路研究[J].电源技术，2011（09）：59-63.