极柱冷却型动力蓄电池组绝缘分析

刘芃澎，孙俊忠，周智勇

极柱冷却型动力蓄电池组绝缘分析

刘芃澎，孙俊忠，周智勇

（海军潜艇学院，山东青岛 266199）

针对极柱冷却型动力蓄电池组绝缘低的问题，详细分析了极柱冷却型蓄电池组绝缘低的原因。在全面分析与对比电压法和电流法测量电池组绝缘特点的基础上，根据实际案例排查过程，总结出一套实用的极柱冷却型蓄电池组绝缘低的排查法，为极柱冷却型动力蓄电池组绝缘低的故障排查提供了理论和实践指导。

极柱冷却 蓄电池组 绝缘 蒸馏水 内阻

0 引言

动力蓄电池组是舰艇动力装置的重要组成部分，直接决定舰艇的机动作战能力。舰艇动力蓄电池组绝缘的高低直接影响整个电气网络的可靠运行。如果绝缘值达不到规定要求，将直接导致主要直流辅机不能正常工作，严重时可能造成蓄电池局部短路起火，从而使舰艇丧失战斗能力。因此，铅酸蓄电池使用手册明确规定，蓄电池组正常使用的最低绝缘值不能低于0.1 ΜΩ。

极柱冷却型铅酸蓄电池蒸馏水冷却管路采用极柱冷却后，虽可以直接冷却电极等发热部件，冷却效果更好，管路设计也节省空间、集流性更好。但极柱还承担蓄电池的连接和吊装作用，所以极柱冷却型蓄电池对生产工艺要求也更高。极柱冷却型蓄电池水冷极柱采用铸造工艺制成，铸造过程中水冷孔道是用铸砂填满，成型后再倒出，生产工程中可能在极柱水冷孔道内有残余铜屑和铸砂末，从而为蓄电池组的使用管理增加了安全隐患。极柱冷却型蓄电池用玻璃钢壳体替代了硬橡胶壳体，更容易受吸潮影响导致蓄电池组绝缘降低，根据实测数据统计，在阴天潮湿环境中大约25%单块蓄电池绝缘值达不到最低规定值30 ΜΩ。结合实际排查案例，本文对该型蓄电池经常发生绝缘低的问题进行了全面的理论分析，总结出一套实用的排查方法，为蓄电池使用管理提供了技术指导。

1 某艇蓄电池组绝缘低排查案例分析

1.1 排查过程

某艇检查发现两组蓄电池绝缘均低于最低标准值0.1 ΜΩ，艏组为0.05 ΜΩ、艉组为0.03 ΜΩ。启动蒸馏水净化系统对蓄电池进行循环净化后电池组绝缘无明显提高，后启动空调对电池室除湿，同时用苏打水清洁蓄电池组表面并检查蓄电池槽无明显破裂。次日全面检查水冷管、搅拌管和电池壳体是否有接地、破损，检查电解液液面是否有过高现象，均未发现异常。随后更换了冷却蒸馏水，并启动水冷和净化系统，艉组蓄电池绝缘仍未达到标准值。通过拆卸汇流排，跨接对地为零的蓄电池，绝缘仍无明显变化。在以接地蓄电池为中心扩展排查后绝缘依然无明显变化。拆卸电池水冷管，将各组的电池彻底断开后，测量第一分组的绝缘值为0.1 ΜΩ，其余分组绝缘均大于标准值。决定重点排查第一分组，将第一分组的水冷管全部拆卸后绝缘值达到30 ΜΩ。在更换冷却水管并加注新蒸馏水后，艏艉两组蓄电池绝缘值均达到0.18 ΜΩ。

使用三个月后艉组蓄电池绝缘值又降到0.08 ΜΩ，随后将电池管路内的冷却水吹除，绝缘达到1 ΜΩ以上。取样化验蒸馏水，化验结果指标均正常。剖开水冷胶管发现内壁附有黄色泥样杂质，将所有水冷管全部更换后绝缘问题彻底得以解决。

1.2 原因分析

除常见的蓄电池、电池盖上落有杂质，电解液溢出，搅拌系统渗漏，蓄电池室、电池槽外壁潮湿，水冷管路破损渗漏，接触汇流条、艇体等情况外[4]，极柱冷却型蓄电池绝缘低主要有以下两个原因：

1）由于极柱冷却型蓄电池用铸造工艺制成，铸造过程中用铸砂填满水冷孔道，成型后再倒出，电池出厂后可能在成品蓄电池极柱水冷孔道内有残余铜屑和铸砂末。使用过程中水冷橡胶管管壁粗糙，对杂质有一定的吸附作用，因此在蓄电池组工作一段时间后，砂末和铜屑会随着蒸馏水的流动残留在电池冷却水管壁上，从而影响蓄电池组的绝缘。

2）极柱冷却型蓄电池水冷管道连接在极柱上，对冷却水纯度要求比较高，如果冷却水导电率增加，将使电池绝缘降低并加剧电池自放电。某艇在停靠码头期间，按规定两天运行一次蒸馏水冷却系统和净化系统，每次运行1～3小时，能保证绝缘在0.1ΜΩ以上。超过两天未运行，绝缘基本会降至0.1ΜΩ以下。在案例排查过程中，两组蓄电池同时冷却净化，艏组电池绝缘提高明显，艉组电池确无明显提升。除了蒸馏水水质已经不达标外，蒸馏水净化系统树脂达到使用寿命，导致的净化效果较差也是不容忽视的因素。

2 极柱冷却型蓄电池绝缘低排查方法

针对极柱冷却型铅酸蓄电池绝缘低的问题，提出如下故障排查法：

第一步用目测法，重点检查蓄电池上、蓄电池盖上是否落有无关杂质，蓄电池是否溢出电解液、搅拌系统是否渗漏吸入电解液。如果绝缘低现象发生在加蒸馏水或总测量后，则重点考虑用碱水清洁蓄电池表面。

第二步检查蓄电池室、蓄电池槽外壁是否潮湿，启动空调对蓄电池室进行除湿。

第三步检查水冷管路有无破损渗漏、接触汇流条、艇体等情况。

第四步检查蓄电池壳体是否因破损而导致漏液。

第五步启动蒸馏水净化系统，净化冷却用的蒸馏水，净化时通过观察蒸馏水盐度的变化，可判断净化树脂是否有效。

第六步化验蒸馏水水质，检查氯离子、钙离子、镁离子和次氯酸根离子的浓度以及PH值，排查冷却水是否进海水、淡水或酸雾的可能[1]。

第七步拆卸汇流条，分组测量蓄电池组绝缘，找出接地点，测量单块电池绝缘。

第八步对定位的绝缘低蓄电池进行修复处理。应重点排查是否水冷管、搅拌管影响单块蓄电池绝缘。

第九步寻找接地蓄电池，进行修复或更换接地蓄电池。寻找接地蓄电池是关键的环节，详细的测量方法在第4部分进行分析。

相应排查流程图如图1所示。

3 寻找接地蓄电池方法

通过拆卸汇流条分组测量蓄电池组的绝缘来寻找接地蓄电池，是绝缘低排查的最重要一步，也是工作量最大的一步。首先要测量蓄电池组的绝缘，根据绝缘测量情况将蓄电池分组，测量每一组蓄电池的绝缘，对绝缘明显不达标的蓄电池组重点排查，对每一分组绝缘较低的蓄电池进行定位，并将定位的单块蓄电池断开进行修复。

常用的绝缘测量法有电压法和电流法，下面就常用的两种测量方法优缺点进行比较分析。

图1 极柱冷却型蓄电池绝缘低排查流程图

3.1 电压法

如图2所示为蓄电池组电路模型图。

图2 蓄电池组模型电路图

图3 蓄电池组模型等效电路图

其等效电路图如图3所示。

蓄电池组绝缘电阻为

由式（2）～（6）可得

由式（7）可以看出：蓄电池组的绝缘U/(U++U-)与U/(U++U-)有直接关系，即U/(U++U-)值越大，蓄电池组绝缘越好，U/(U++U-)值越小，蓄电池组绝缘越差，当U/(U++U-)=1时，蓄电池组绝缘为零。