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的不同将蓄电池产品分为以下三类:
第Ⅰ类:在通信局(站)内使用,市电供电类别为一、二类市电,温度变化范围为23±5℃、室内安装,有油机保证,此类使用工况定义为一类工况,在此工况下使用并满足使用要求的蓄电池定义为Ⅰ类蓄电池。
第Ⅱ类: 市电供电类别为三类市电(见YD/T 1051-2000相关定义),温度变化范围不超过0~35℃,室内安装,此类使用工况定义为二类工况,在此工况下使用并满足使用要求的蓄电池定义为Ⅱ类蓄电池。
第Ⅲ类:市电供电类别为四类(见YD/T 1051-2000相关定义)或者无市电条件下,可在无空调机房、室外或地埋等恶劣情况下使用,极端温度变化范围低于0℃,高于35℃,此类使用工况定义为三类工况,在此工况下使用并满足使用要求的蓄电池定义为Ⅲ类蓄电池。
2.3 蓄电池产品分类的意义
通过上述的划分,可以根据不同的使用环境和所需的产品特性消除以往用一种产品满足各类需求而造成与产品质量控制之间的矛盾。
此外,通过参考集中采购总成本最优课题的研究资料,对蓄电池产品进行了更加细化的成本测算,并对测算的成本内容进行了敏感性分析,该课题也以“针对不同使用环境(包括用电环境,温度等)定制特定规格的产品”作为对蓄电池产品集中采购总成本最优的首选建议。
因此,按照不同使用环境选择蓄电池产品不仅能够解决蓄电池日常使用中出现的技术问题,同时也是实现蓄电池产品集中采购总成本最优战略的重点。
3 蓄电池分类方案
根据上述论证,蓄电池产品使用环境及具体分类都已比较清晰。但如何对蓄电池产品进行合理分类?从哪几个维度对蓄电池进行有效分类?如何分类才能解决蓄电池现有存在的问题?为构建有效的分类方案,首先我们了解一下阀控式铅酸蓄电池的内部结构。构成阀控铅酸蓄电池的主要部件是正负极板栅、电解液、隔膜、电池壳和盖、安全阀,此外还一些零件如端子、连接条、极柱等。具体请见下图。
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图3 蓄电池结构图
经过研究分析,笔者发现正负极板栅合金成分和厚度、电解液、隔膜、外壳材料、安全阀、容量、活性物质成分、寿命、投铅量等因素对蓄电池产品质量影响较大。为抓住论述重点,笔者结合蓄电池结构以及实践应用等方面,重点对蓄电池板栅合金成分、厚度、容量、寿命、投铅量等要素分析论证蓄电池分类方案。
3.1 合金成分
早期铅酸蓄电池正负极板栅材料都是采用纯铅或铅钙合金。虽然这些板栅材料加工的极板电池可以用于浮充用途,但是我们发现对于循环用途,常常仅在50次循环之内,电池容量就迅速下降。
研究发现,将Sn添加到纯铅和铅钙合金中,可以改善其力学性能,提高充电性减少腐蚀,提高板栅与活性物质界面的导电性,添加足够量的Sn,也能改善板栅材料的晶粒结构,改变合金凝固方式。Ag添加到Pb-Ca-Sn合金中,能增强其抗腐蚀能力,并明显较少其蠕变速度或伸长长度,从而
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使得板栅材料具有非常高的稳定性。①
将Al添加到Pb-Ca及Pb-Ca-Sn合金中,以保护合金中的Ca流失和Ca含量的变化。一层薄但结实的氧铝化物浮在熔融合金表面,防止氧与合金表面接触,从而避免Ca氧化物及Sn氧化物的生成。
对循环及固定用途的阀控式铅酸蓄电池的正极板栅合金,已逐渐形成以铅钙合金为主,低钙含量,比较高的锡含量及低银含量的合金。这些合金在浮充或循环应用中,抗腐蚀能力非常好,可以达到高的力学性能和蠕变极限或抗板栅伸长,在腐蚀层产生极好的导电性,对深放电电池的再充电性能好,并且自放电速度低。
因此,通过以上已有的研究成果。按照三类蓄电池的使用环境,分类如下:
对于第Ⅰ类蓄电池,考虑到其使用环境多为枢纽楼、综合楼,主要作为浮充用途使用,建议采用以下两种合金配方:
表4:第Ⅰ类蓄电池板栅合金建议表
类别 第Ⅰ类 Pb Pb 正极板栅合金成分及占比 Ca Sn Al Ca Sn Al Pb Pb 负极板栅合金成分及占比 Ca Al Ca Sn Al 对于第Ⅱ类蓄电池,考虑到其使用环境多为一般基站,兼做浮充和循环放电用途使用,由于第Ⅱ类蓄电池需求量大,当大电池板栅及管式板栅生产时要求合金被迅速地硬化,Sn含量更低时,这些合金硬化快,并且在室温下短时间时效后即可被处理及涂膏,而Sn含量更高时,需要时效数个星期。因此,可采用以下两种合金配方,但建议采用低Sn设计:
表5:第Ⅱ类蓄电池板栅合金建议表
类别 第Ⅱ类 Pb Pb Pb 正极板栅合金成分及占比 Ca Sn Al Sb Ag Sn Ca Sn Al Pb Pb Pb 负极板栅合金成分及占比 Ca Al Ca Al Sn Ca Sn Al 对于第Ⅲ类蓄电池,考虑到其使用环境多为四类市电或无市电,主要作为循环放电用途使用,Sn含量更高时,减少了用于高温下铅酸蓄电池的正极Pb-Ca板栅的腐蚀速度和伸长速度。因此,可采用以下两种合金配方,但建议采用高Sn设计:
①
《阀控式铅酸蓄电池》,机械工业出版社,第1版,第27页
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表6:第Ⅲ类蓄电池板栅合金建议表
类别 第Ⅲ类 Pb Pb 正极板栅合金成分及占比 Ca Sn Al Sn Ca Al Pb Pb 负极板栅合金成分及占比 Ca Al Sn Ca Al 3.2 板栅厚度
板栅在涂膏后就成为蓄电池极板。板栅可以通过煅造和滚压及拉网技术生产。经研究发现,正极栅厚度决定电池寿命,极板厚度与电池预计寿命的关系见下表:
表7:板栅厚度与预计寿命关系表
正板栅厚度(mm) 循环寿命(次)10h率80%放电深度,25℃ 预计浮充寿命(年)(正常浮充使用) 2 150 2 3 257 4 3.4 400 6 4.5 800 12 考虑到三类不同环境,笔者根据蓄电池使用情况,对蓄电池使用寿命进行细化,结合对各省公司调查,第Ⅰ类蓄电池使用环境良好,浮充使用寿命确定为8年,根据上表,建议正极板栅厚度为4.2mm;第Ⅱ类蓄电池使用环境较为恶劣,使用寿命定为5年,建议正极板栅厚度为4.0mm;第Ⅲ类蓄电池使用环境最为恶劣,因此将循环寿命定为3年,相当于600次循环次数,建议正极板栅厚度为4.6mm。
3.3容量
蓄电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量,以符号C为计。单位安培小时,简称安时(Ah)。如何选择合适的蓄电池容量一直是工程建设人员主要关注的重点,容量选择不合适都会导致建设或维护成本增加。以往一直采用200AH至3000AH 10种容量型号。因此,根据使用环境对产品容量进行有效分类,使用方可以明确需求,生产企业也可对症下药。
对于第Ⅰ类蓄电池,其使用环境多为枢纽楼、综合楼,其型号应为500AH及以上蓄电池产品,500AH以下产品使用极少在该类场所,因此500AH、
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600AH、800AH、1000AH、1500AH、2000AH、3000AH等7种型号产品;
对于第Ⅱ类蓄电池,其使用环境多为一般基站,考虑到供电环境的千差万别,建议其型号应为200AH、300AH、400AH、500AH、600AH、800AH、1000AH等7种型号;
对于第Ⅲ类蓄电池,考虑到其使用环境多为四类市电或无市电,可在无空调机房、室外或地埋等恶劣情况下使用,主要作为循环放电用途使用,建议其型号应为300AH、400AH、500AH、600AH、800AH、1000AH、1500AH、2000AH等8种型号。具体分类详见表9。
表8:蓄电池产品种类及标准化型号表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 蓄电池型号规格 第Ⅰ类 第Ⅱ类 第Ⅲ类 —— 200Ah —— —— 300Ah 300Ah —— 400Ah 400Ah 500Ah 500Ah 500Ah 600Ah 600Ah 600Ah 800Ah 800Ah 800Ah 1000Ah 1000Ah 1000Ah 1500Ah —— 1500Ah 2000Ah —— 2000Ah 3000Ah —— —— 3.4寿命
蓄电池寿命一直是备受争议的问题。通常蓄电池的寿命都以浮充寿命和循环寿命两种方式来表示,当电池放电容量低于额定容量的80%时,视为电池寿命终止。
浮充使用寿命:将电池作为后备电源,在通信等设备正常运行情况下,电池处于浮充状态。当交流电供电中断以后,电池才放电工作,放电时间一般较长。浮充使用寿命一般以年为单位。
循环使用寿命:指电池使用期间,电池以放电及充电循环进行,电池放电一定深度后,再进行充电,充足电以后再放电工作。电池的循环寿命与放电深度(DOD)有关,一般可分为80%DOD与100%DOD。循环寿命以循环次数表示。
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