基于5G技術(shù)的海上救生船舶專用銀鋅電池改進(jìn)

邊可　何熠杪

摘要：本文將軍用深潛器上使用的壓力平衡式銀鋅電池與5G通訊技術(shù)相結(jié)合，對(duì)其電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，并將其應(yīng)用在小型救生船舶上，也可以作為一型高可靠性安全蓄電池應(yīng)用于更廣闊的民用蓄電池市場(chǎng)中。

關(guān)鍵詞：海上救生船舶? 銀鋅電池? 5g技術(shù)

1 引言

迄今為止，銀鋅電池已經(jīng)經(jīng)歷了100多年的發(fā)展，銀鋅電池是能量最高的水溶液電池。銀鋅電池問世60年后，其可靠性高和安全性好的突出優(yōu)點(diǎn)是其他化學(xué)電池難以達(dá)到的。一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本、德國(guó)、加拿大、意大利、俄羅斯等，以及部分發(fā)展中國(guó)家都在研制和生產(chǎn)新型銀鋅電池并開展了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)目前也有多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在進(jìn)行新型銀鋅電池的研制、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。銀鋅電池是比特性和電壓輸出平穩(wěn)方面最優(yōu)良的電池體系。目前銀鋅電池的研究方向是進(jìn)一步改良銀鋅電池的比特性、雙極性設(shè)計(jì)以及提高活性物質(zhì)放電密度，鋅/銀貯備電池以高比能量、高比功率、優(yōu)良的低溫特性和穩(wěn)定可靠的放電性能使其在眾多領(lǐng)域，尤其是在軍工器械領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2.電池組構(gòu)造

2.1電池組外形

對(duì)該型銀鋅蓄電池組的改進(jìn)及其設(shè)計(jì)方面包括如下部分：76個(gè)電池、電池組箱和蓋、電池之間的連接匯流排、熔斷器、檢測(cè)單電池電壓的掃描器、掃描器數(shù)據(jù)對(duì)用戶上傳的方式、電池組的電連接接頭、通氣和補(bǔ)償系統(tǒng)的連接裝置。分流器、海水檢測(cè)器、絕緣補(bǔ)償一個(gè)完整的電池組，重1100公斤，外形尺寸為l213×940×610毫米，體積為655.4升。

2.2電池組箱和蓋

電池組箱是裝電池的容器，起著將海水與油隔離的作用。美國(guó)在研制DSRV銀鋅蓄電池組時(shí)，曾對(duì)不銹鋼（316L）、欽合金（6AL-4V）和玻璃鋼三種材料作了比較，綜合衡量來看，玻璃鋼最好。

2.3電池在箱內(nèi)的布置和連接

在電池組箱中，通過焊接工藝，以薄鋼板制作用來約束和固定每個(gè)電池的框架結(jié)構(gòu)。框架的高度與極板一樣高。該框架可以減少電池膨脹對(duì)電池組整體的不利影響，同時(shí)起熱傳導(dǎo)作用，進(jìn)一步保證電池組整體的良好散熱性能，也有結(jié)構(gòu)增強(qiáng)作用，從而在單個(gè)電池外殼和電池組箱體厚度相同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的強(qiáng)度和抗沖擊性能，同時(shí)，該框架可以把電池重量分布在箱底的各部分，減小對(duì)箱體底部的剛性需求可以減少箱底的厚度設(shè)計(jì)，這些因素都使電池外殼和電池組箱的重量有所降低。電池之間的連接匯流排由銅制成，并在外層鍍鎳。

2.4電池組的絕緣

為了防止電池組在使用壽命期間絕緣下降、發(fā)生接地現(xiàn)象，電池組箱內(nèi)所有可能導(dǎo)電的部分都要很好地絕緣起來，以使電解液與海水在任何時(shí)侯都不能透過絕緣層與這些導(dǎo)電部分接觸。這些導(dǎo)電部分包括：極柱、電池之間的連接匯流排、電池組的電連接接頭、熔斷器和保險(xiǎn)絲，補(bǔ)償接頭、通氣系統(tǒng)、金屬螺栓等。極柱和電池之間的連接匯流排都用絕緣材料涂封起來。這種絕緣材料應(yīng)耐堿、耐海水和耐油。為了便于換裝電池、醫(yī)治電池的缺陷、個(gè)別電池的補(bǔ)充電或補(bǔ)放電，要求這絕緣材料使用便利、能在24小時(shí)內(nèi)去除并再涂封上。采用聚氨酯類（Polyurethane）材料作為這種絕緣材料。

每個(gè)電池上都裝有一個(gè)捕集器，它是靠電解液霧消除器來定位。該捕集器的主要作用是：把從電解液霧消除器帶出來的少量電解液收集起來，盡量減少電解液向外界的逸出，以保證絕緣性能。

3.電池組的5G通訊遠(yuǎn)程檢驗(yàn)

3.1電池組檢測(cè)用掃描器的結(jié)構(gòu)

電池組箱中裝有檢測(cè)每個(gè)電池電壓用的掃描器。它約占2個(gè)電池的容積，它是一個(gè)電動(dòng)機(jī)械式的掃描器。電機(jī)是浸油電機(jī)，能在絕緣油中工作。為調(diào)節(jié)電池之間的平衡，對(duì)單個(gè)電池的補(bǔ)充電，也可用這個(gè)線路。

掃描器的各個(gè)觸點(diǎn)與被測(cè)的各個(gè)電池相接。為了保護(hù)電池，防止外部短路引起的危害，每個(gè)電池的接線線路上都串有10安的保險(xiǎn)絲。保險(xiǎn)絲是可換的，并且盡量安裝得靠近極柱，以便更換。連接線叫單電池電壓測(cè)量線（ICV線）。ICV`線的絕緣材料應(yīng)耐堿、耐油、耐海水，能在2-35℃下正常工作，所以選擇聚四氟乙烯作為其外層包覆的絕緣材料。二點(diǎn)作為掃描器電機(jī)的動(dòng)力電源的輸入;二點(diǎn)與掃描器運(yùn)行用的電容器相接;二點(diǎn)是被測(cè)的某個(gè)電池的電信號(hào)輸出;一點(diǎn)是位置指示信一號(hào)線。

3.2電池組遠(yuǎn)程自檢的通訊傳輸方式

每個(gè)電池組箱內(nèi)裝一個(gè)海水指示探頭，在掃描器腔室內(nèi)，一直插到電池組箱底之上80-910毫米處。通過與該5G信號(hào)發(fā)射器建立通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)，使用者可以在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)對(duì)電池實(shí)時(shí)情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過5G通信網(wǎng)絡(luò)收集到的數(shù)據(jù)應(yīng)對(duì)照查閱標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以確定電池組當(dāng)前的剩余電量，并關(guān)注海水指示探頭信號(hào)以確定電池組是否會(huì)因進(jìn)水而無法正常工作。

電池用的電解液是45±1%的氫氧化鉀水溶液，沒有添加劑。電池的干態(tài)貯存期是24個(gè)月。自注人電解液之日起，在18個(gè)月內(nèi)或放出40000安時(shí)總?cè)萘壳?，電池容量?yīng)不低于額定容量的50%;在12個(gè)月內(nèi)或放出26000安時(shí)總?cè)萘壳?，電池容量?yīng)不低于額定容量的70%。電池組壽命結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)是：每組電池中有5個(gè)（占6.6%）電池發(fā)生內(nèi)部短路、電池殼破裂漏電解液、容量下降到規(guī)定值之下、電池組發(fā)生接地漏電等情況。

4.總結(jié)

本文創(chuàng)新地將原本適用于深潛器的銀鋅蓄電池加以改進(jìn)，主要包括電池的結(jié)構(gòu)及性能、電池組的各組成部分的簡(jiǎn)化，電池組的特殊絕緣措施以及通訊檢測(cè)裝置的應(yīng)用等。并嘗試將其使用于海上救生船舶，同時(shí)考慮到受船舶工作環(huán)境影響，其使用的電池必須對(duì)潮濕和鹽霧環(huán)境需要有著良好的適應(yīng)能力，甚至要考慮到電池有浸沒于水中工作時(shí)的情況下供電的可靠性和安全性，而銀鋅電池組將在這方面發(fā)揮巨大的作用。

該型銀鋅電池是一型適用于海上救生船舶和一些小型民用船舶的銀鋅電池組，電池設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上的加強(qiáng)和防水冗余設(shè)計(jì)，本電池組具備極高的安全性，適合海上救生船舶的供電應(yīng)用，在保留電池狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)同時(shí)應(yīng)用5G技術(shù)作出了改進(jìn)，讓使用者可以利用5G通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程對(duì)電池組當(dāng)前狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自主檢測(cè)，減輕了使用者的使用難度，電池維護(hù)性也得到了增強(qiáng)，適合在小型海上民用救生船舶市場(chǎng)進(jìn)行推廣。

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