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　　閥控式密封鉛酸蓄電池作為主電源或備用電源廣泛用于潛艇、坦克、計算機、通訊、太陽能電池等,在一些特殊使用領域或使用地區(qū),對電池的低溫性能提出了更高的要求。比如低溫容量要求,-40℃低溫5小時率(終止電壓10.2V)容量不低于常溫容量的30%。而采用普通的鉛膏配方,-40℃低溫容量會降到常溫的30%左右,這樣產(chǎn)品合格率非常低。其原因有溫度降低時電解液粘度增加,滲透能力減弱;電池內(nèi)阻增大,內(nèi)部電壓降增大。在這些因素作用下,電池放電容量減少。另外,在低溫環(huán)境條件使用,普通的閥控式鉛酸蓄電池負極活性物質(zhì)隨溫度下降,充電接受能力迅速降低,會進一步降低電池的放電性能,導致電池的性能滿足不了低溫使用要求。

　　本文從利于電池低溫放電性能的各個方面入手,在電池容量、重量等其他性能指標滿足要求的同時,盡量提高電池-40℃低溫放電性能,延長電池使用壽命。

　　1 溫度對鉛酸蓄電池的影響

　　(1)蓄電池實際容量

　　溫度對鉛酸蓄電池的容量影響較大,隨著溫度的降低容量減少。

　　蓄電池的額定容量通常是在25℃環(huán)境溫度下以及在指定的放電率情況下規(guī)定的。電池的最佳工作溫度是25℃,當電池放電工作溫度不是25℃時,由于電化學的作用,實際容量應按式(1)換算成25℃基準溫度時的容量

　　式中:Ct為實測容量(Ah);

　　Ce為環(huán)境溫度在25℃時的標稱容量(Ah);

　　T為實際環(huán)境溫度(℃);

　　K為容量的溫度系數(shù),10小時率容量實驗時

　　K=0.006/℃、3小時率容量實驗時K=0.008/℃、1小時率容量實驗時K=0.01/℃。從式(1)中可以看出,當環(huán)境溫度高于25℃時,蓄電池的實際釋放容量Ct大于設計額定容量Ce;而環(huán)境溫度低于25℃時,它的實際可釋放容量Ct低于設計額定容量Ce。從溫度系數(shù)K的取值還可看出,放電率越大,溫度對容量的影響也越大[1]。

　　(2)溫度與電池電解液性能的關系

　　電池容量隨溫度降低而減少,這與溫度對電解液粘度和內(nèi)阻有嚴重影響密切相關。電解液溫度高時,擴散速度增加、內(nèi)阻降低,其電動勢也略有增加。因此,鉛酸蓄電池的容量及活性物質(zhì)利用率隨溫度增加而增加。電解液溫度降低時,其粘度增大,離子運動受到較大阻力,擴散能力降低。在低溫下電解液的電阻增大,電化學反應阻力增加,結(jié)果導致電池容量下降。

　　(3)低溫對鉛酸蓄電池極板的影響

　　在低溫工作條件下,負極板上的海綿狀鉛極易變成小尺寸的晶粒,容易使小孔被凍結(jié)和堵塞,從而大大降低活性物質(zhì)的利用率。假若在低溫惡劣情況下大電流放電使用,負極活性物質(zhì)中的小孔將會被阻塞得更嚴重,海綿狀鉛可能變?yōu)橹旅艿腜bSO4,使得電池可放出的電量大大降低。對于正極板來說,其溫度系數(shù)為負值,因而在低溫下具有較高的電極電勢。從而在低溫情況下正極放電速率遠大于負極放電速率。這樣,在負極生成PbSO4層前,正極PbO2轉(zhuǎn)化為PbSO4的過程已經(jīng)結(jié)束,所以正極板在低溫下不生成致密的PbSO4晶粒。所以,溫度過低將會導致閥控式密封鉛酸蓄電池的容量下降[2]。

　　2 低溫電池的開發(fā)

　　(1)低溫電池的開發(fā)方案

　　從有利于電池低溫放電性能的各個方面入手,在電池容量、重量等其他性能指標滿足要求的同時,盡量提高電池在-40℃低溫時的放電性能,延長電池使用壽命。具體方案如下:

　�、購恼龢O板入手,調(diào)整Pb-Ca-Sn-Al合金成分,增加Sn含量到1.2%～1.5%,以增加板柵機械強度和耐腐蝕性。在合金中添加0.1%Ag,可以增加板柵耐蠕變能力,有利于改善電池的深循環(huán)放電循環(huán)性能。采用放射性板柵結(jié)構(gòu),將極耳向極板的中部移動,減薄極板厚度,增加極板片數(shù),改善電池大電流放電能力。

　�、跒榱搜娱L電池壽命、提高低溫大電流放電能力,采用高密度鉛膏配方,在鉛膏中適量添加導電劑。采用較大的裝配壓、內(nèi)化成的方法,進一步提高電池使用壽命。正極板中導電添加劑的加入,可以使極板電阻降低,電池低溫放電性能顯著提高;提高了正極活性物質(zhì)的轉(zhuǎn)換效率,正極板更容易化透;保證了正極板的高孔率,更利于酸液向極板內(nèi)部擴散,提高了活性物質(zhì)利用率;

　�、圬摌O鉛膏中提高木素、腐植酸的添加比例,更有效避免了硫酸鉛鈍化層的形成,提高了電池低溫放電容量;

　�、茇摌O鉛膏中活性炭的加入,保證了負極板的高孔率,更利于酸液向極板內(nèi)部擴散,提高了活性物質(zhì)利用率;

　�、輼O群中增加正負極板片數(shù),提高了極板真實表面積,保證了電池有較高的放電容量;

　�、捱x用高孔率、低內(nèi)阻的AGM優(yōu)質(zhì)隔板,提高電解質(zhì)中離子良好通過性,從而保證電池良好低溫性能;

　�、哌x用高純度、高固含量納米硅溶膠和內(nèi)含Na2SO4添加劑稀H2SO4的混合膠體電解質(zhì),使得電解質(zhì)成膠均勻、無分層,提高了電池過放電后充電能力,保證了電池使用壽命。

　　(2)低溫電池主要技術指標主要技術指標見表1。

　　(3)低溫電池與普通電池的性能對比低溫配方與普通配方制作的12V100Ah電池性能對比如圖1所示。

　　該圖為本發(fā)明超低溫正負極活性物質(zhì)配方制作的電池與常規(guī)電池在-40℃條件下的放電曲線對比圖。

　　通過檢測,采用本發(fā)明超低溫正負極活性物質(zhì)配方制作的電池,超低溫條件下(-40℃),放電容量達到額定容量的50%以上[3]。

　　(4)與其他廠家產(chǎn)品的性能對比本發(fā)明電池與不同廠家電池測試結(jié)果的對比見表2。

　　3 結(jié)束語

　　通過采用更改設計方案和采用低溫配方,低溫閥控式鉛酸蓄電池可實現(xiàn)在超低溫條件下(-40℃),放電容量達到額定容量的50%以上。

　　參考文獻

　　[1]朱松然.蓄電池手冊[M].天津:天津出版社,1998.

　　[2]張海林等.環(huán)境溫度對閥控密封鉛酸蓄電池的影響及應對措施.電力系統(tǒng)通信,2007,V28,No178:44-46.

　　[3]胡水華等.閥控式鉛酸蓄電池:CN201310160804.3

　　作者簡介

　　張曉明,2005年畢業(yè)于鄭州大學,獲得物理化學電化學方向碩士學位。從事化學鍍行業(yè)6年,2011年至今就職于武漢長光電源有限公司,從事鉛酸蓄電池研究工作。

　　本文中，我們將略過關于IT更新的一系列統(tǒng)計數(shù)據(jù)和趨勢的簡介，而把關注焦點聚焦于您的數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控實踐方案。

　　我曾經(jīng)有幸能夠有機會與各種類型的數(shù)據(jù)中心環(huán)境合作過。是的，這些數(shù)據(jù)中心的環(huán)境類型都各有不同。一些數(shù)據(jù)中心采用電源HPC工作負載，而其他數(shù)據(jù)中心則使用云工作負載。然后，還有一些數(shù)據(jù)中心充當了存儲孤島和存儲庫，以及一些數(shù)據(jù)中心是私有的托管合作伙伴。每家企業(yè)組織都可能有不同類型的要求，設備和布局。

　　然而，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的關鍵屬性需要匹配最佳的監(jiān)測機制。以下，我將為廣大讀者朋友們介紹一些這方面的最佳實踐方案：

　　數(shù)據(jù)中心操作環(huán)境監(jiān)測的主要監(jiān)測參數(shù)

　　溫度。這在任何數(shù)據(jù)中心操作環(huán)境中都是既定的參數(shù)。在任何情況下，均不允許服務器或服務器機架在超出其工作溫度以外的范圍操作運行。確保不斷檢查ASHRAE，以不斷優(yōu)化實現(xiàn)最佳的操作運營溫度。而操作運營環(huán)境溫度是會改變的。為了獲得更詳細的信息，數(shù)據(jù)中心管理人員需要監(jiān)控并查看機架的排氣指標、內(nèi)部溫度、甚至服務器的溫度。對溫度控制機制的可見度越高，工程師們就可以在相關潛在問題變得嚴重之前及時響應，以盡快解決問題。

　　濕度和水控制。就像監(jiān)控操作環(huán)境的溫度一樣，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的關鍵系統(tǒng)必須進行濕度監(jiān)控。有多種方法來檢查環(huán)境中的濕度。一般來說，這些檢查都是在機架內(nèi)部和機架外部的級別。在所有的監(jiān)控情況下，監(jiān)控的級別水平都應該保持穩(wěn)定，并且為了能夠快速反應，數(shù)據(jù)中心操作運營環(huán)境將需要考慮在各個戰(zhàn)略位置都部署多個傳感器。

　　通道環(huán)境控制。這意味著對溫度、濕度、氣流和冷熱通道的監(jiān)測。根據(jù)數(shù)據(jù)中心操作運營環(huán)境的規(guī)模大小，將會分別設計熱/冷通道。觀察這些數(shù)據(jù)中心通道的溫度范圍可以幫助數(shù)據(jù)中心管理人員快速發(fā)現(xiàn)問題，進而提高運營效率。

　　靜電。操作運營環(huán)境內(nèi)的靜電監(jiān)測傳感器有助于幫助數(shù)據(jù)中心管理人員掌握是否有附帶了大量靜電的物體設備進入了數(shù)據(jù)中心設施。靜電對數(shù)據(jù)中心的操作運營環(huán)境是非常有害的，因此管理這些傳感器也是相當重要的。

　　數(shù)據(jù)中心的訪問。從安全的角度來來看，許多企業(yè)組織都正在部署數(shù)據(jù)中心環(huán)境和機架入口傳感器。當一臺機架未經(jīng)正確配置安裝時，這些傳感器將向管理人員發(fā)送警報。更高級的操作運營環(huán)境實際上將激活指向已經(jīng)打開的確切機架上的攝像機系統(tǒng)。

　　使用傳感器和傳感器技術

　　耐用性。大數(shù)據(jù)中心已經(jīng)開始依靠其環(huán)境中的傳感器來提供關于其數(shù)據(jù)中心健康運行狀況的一些最重要的數(shù)據(jù)了。鑒于此，請務必要記住的一項規(guī)則是：沒有一任何一款傳感器能夠確保永遠有效的工作。傳感器也會發(fā)生故障，并可能隨時發(fā)生任何級別的故障。這就是為什么擁有冗余傳感器環(huán)境是非常重要的原因所在了。智能化的數(shù)據(jù)中心監(jiān)控工具將實際觀察操作環(huán)境中的所有傳感器。自動恢復過程可以被配置為同時監(jiān)控多臺傳感器，以防萬一出現(xiàn)故障失敗。這將有助于消除傳感器故障時的誤報。鑒于在大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)部署了這么多的傳感器點，數(shù)據(jù)中心管理人員必須建立適當?shù)木瘓髾C制。如果傳感器發(fā)生故障，則必須立即通知相關的責任人。如果設備開始發(fā)布不正確的信息或觸發(fā)假警報，則情況處理相同。數(shù)據(jù)中心傳感器環(huán)境的主動測試和維護將有助于減少發(fā)生故障的機會。然而，一套良好的管理系統(tǒng)將有助于緩解傳感器發(fā)生故障的麻煩。請務必記住，今天的企業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的建立是用于持久性監(jiān)控的。管理員要圍繞數(shù)據(jù)中心環(huán)境信息，依靠這些數(shù)據(jù)做出非常重要的決定。具有冗余的傳感器架構(gòu)將有助于數(shù)據(jù)中心中的一部分故障傳感器。

　　傳感器的安置。在部署數(shù)據(jù)中心傳感器時，考慮操作運營環(huán)境的規(guī)模大小是非常重要的。由于每家企業(yè)的操作運營環(huán)境都是獨一無二的，故而沒有太多的工具可以“自動的”為您安置傳感器。而這便是一家好的合作伙伴可以真正發(fā)揮他們的幫助作用的時候了。HVAC專業(yè)人員和數(shù)據(jù)中心監(jiān)控/環(huán)境設計專家們可以幫助企業(yè)組織規(guī)劃出傳感器部署的最佳策略。從更高級的角度看，數(shù)據(jù)中心管理人員應該考慮在四個主要領域部署傳感器。這些四個主要領域包括：

　　機架級的監(jiān)控。為了獲得更多信息和冗余，數(shù)據(jù)中心管理人員可以在機架中部署更多的傳感器。然而，傳感器應位于機架的頂部，以便監(jiān)測排出的熱空氣，同時還要安置在機架的底部，以監(jiān)測地板的冷卻度量指標。

　　操作環(huán)境室的監(jiān)控。這是安置監(jiān)控室內(nèi)濕度和溫度的傳感器的非常重要的地方。對于大型數(shù)據(jù)中心操作環(huán)境而言，我們建議將傳感器安置在熱區(qū)或距離冷卻單元最遠的區(qū)域。

　　機房空調(diào)/處理器監(jiān)控。這些傳感器將幫助識別與冷卻單元相關的直接故障。其應該被安置在靠近交流設備的地方。

　　濕度監(jiān)測。根據(jù)數(shù)據(jù)中心的操作環(huán)境，建議在服務器機房外墻以及高架地板下方安置泄漏傳感器。為了檢測來自冷卻裝置的濕度，應該在冷卻裝置周圍放置水傳感器，以監(jiān)測可能發(fā)生的漏水情況。如果使用液冷系統(tǒng)，請采取額外的預防措施。

　　對于為特別業(yè)務案例提供服務的數(shù)據(jù)中心的要求將始終是唯一的。創(chuàng)建良好的監(jiān)控最佳實踐方案需要充分了解數(shù)據(jù)中心的業(yè)務，數(shù)據(jù)中心的設計建造要求和未來的業(yè)務需求。根據(jù)您企業(yè)業(yè)務的特定用例，您可能需要在敏感區(qū)域進行其他方面的監(jiān)控。同樣，敏感的安全區(qū)域可能需要更多的物理監(jiān)控。請務必記住，一切都要圍繞著您數(shù)據(jù)中心的業(yè)務要求進行設計，以便支持您企業(yè)數(shù)據(jù)中心的健康運營和業(yè)務的發(fā)展。