提高潜艇铅酸蓄电池寿命技术途径的研究

提高潜艇铅酸蓄电池寿命技术途径的研究 船电技术I电池 提高潜艇铅酸蓄电池寿命技术途径的研究 朱运裕 (海军驻武汉712所军事代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 室,武汉430064) 摘要:本文通过对国内外潜艇铅酸蓄电池现状的综合分析,提出了提高潜艇铅酸电池寿命的技术途径, 可供从事铅酸蓄电池 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 人员参考. 关键词:铅酸蓄电池寿命技术途径 中图分类号:TM912.1文献标识码:A文章编号:1003.4862(2010)10.0036.03 HowtoImproveLead-acidAccumulator’SLifeUsed inaSubmarine ZhuYunyu (MilitaryRepresentativeOfficeof712ResearchInstitute,Wuhan430064,Ch ina) Abstract:/nthispaper,thestateoflead-acidaccumulatorathomeandabroadis analyzed.The technologicmethodofhowtoimprovelead-acidaccumulatorlifeisintroduce d. Keywords:lead-acidaccumulator,”lifetechnologicmethod l引言 铅酸蓄电池自1859年由PLante用腐蚀的铅 箔形成活性物质,首次实现了实用的铅酸蓄电池 之后,已有150年历史.在此期问尽管新体系电 池不断出现,如铁一镍蓄电池,镉一镍蓄电池,锌一 银蓄电池,锂电池等;但时至今日,在动力电池 领域铅酸蓄电池仍然占据主导地位,这主要由于 它具有如下优点J: (1)电压高 除锂电池外铅酸蓄电池的电压最高为2.0 v;碱性蓄电池为1.2V;锌一银蓄电池为1.65V: (2)高倍率放电性能好 铅酸蓄电池能以3,10倍率电流放电,满足 于用电设备不同工况的起动要求: f3)成本低 铅酸蓄电池的制造成本低价格仅为镉一镍蓄 电池的1/3,1/5左右. (4)安全性高 铅酸蓄电池由于能量密度相对较低,不存在 收稿Et期:2010-03.16 作者简介:朱运裕(1958一),男,高级工程师.研究方 向:舰船动力及综合电力系统. 36 像锂电池由于种种原因可能发生的燃烧,起火, 爆炸,仅有电池析氢一项存在安全性影响,经过 近百年来努力,人们已经找到了可靠的解决办法. 然而铅酸蓄电池又有某些难以克服的缺点: 如寿命短,铅酸蓄电池的寿命仅仅是锂电池的一 半:比能低.由于铅密度大的固有缺陷,其比能 量低,一般为20~40Wh/kg,而锂电池可达80, 100Wh/kg. 2国内外常规潜艇动力电池的现状 目前国内铅酸蓄电池由GJB1722A一2003潜 艇用铅酸蓄电池规范可知有六个型号分别是 QT-60S,QT-60Sd,QT-72sa,QT-98s,QT-105s, QT-53s,国内潜艇用铅酸蓄电池存在以下不足: 2.1电池型号多 铅酸蓄电池有QT-60S,QT-60Sd,QTG一72Sa, QT-53S,QT-105S,QT-98S六个型号,分属三个 外形尺寸,五个密度指标,四个重量要求,铅酸 蓄电池的型号几乎覆盖半个世纪,既有早期产品, 又有当今世界上较为先进的电池产品,电池型号 多既有好处,但给电池的保障工作带来许多难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 . 2.2电池的比能差异大 早期的电池重量比能仅为24.63Wh/kg,后期 船电技术I电池 的电池重量比能己达到40Wh/kg从比能上可以 出差异在一倍左右. 2-3电池的容量差异大 早期的电池容量为6000Ah/h,现在的动力电 池小时容量为10500Ah/h,容量几乎增加50%. 而且电解液密度又不相同,电解液密度的范围从 1.270,1.320都有产品. 2.4电池的寿命差异大 电池的寿命短的仅有2年,长的为5年,而 且仅有QTG一72Sa一型电池寿命为5年,在寿命 指标方面和国外产品存在一定的差距. 对国外铅酸蓄电池的相关情况介绍并不太 多,由于美国潜艇以核动力为主,所以铅酸蓄电 池的容量和寿命对其没有影响,而俄罗斯等欧洲 国家既有核动力又有常规动力潜艇,努力方向不 尽相同.从俄罗斯的出口的基诺级的潜艇电池情 况分析,俄罗斯电池还是比较重视提高铅酸蓄电 池技术水平的研究工作,在提高铅酸蓄电池的容 量和寿命方面做了大量的研究工作,早期出口的 产品电池寿命一般为二年左右,而后期出口的产 品电池寿命均提高到四年左右.其它欧洲国家并 没有将集中力放在提高铅酸蓄电池的容量和寿命 方面,而是将力量投身于新体系电池和AIP系统 的研制方面,如德国的214潜艇装备了燃料电池, 瑞典的则采用了斯特林机提高常规动力潜艇的续 航力,以弥补铅酸蓄电池的容量和寿命的不足. 3提高潜艇铅酸蓄电池寿命的技术途径 提高潜艇铅酸蓄电池寿命的技术途径较多, 目前的研究成果有以下四个方面: 3.1采用低锑合金的板栅,能提高电池寿命 从设计来看,导致电池寿命不长的原因有三 个: (1)板栅腐蚀断裂; (2)正极活性物质脱落; (3)后期析氢量较大. 用铅锑合金制造板栅是铅酸电池发展史上的 一 个重大技术突破,连续使用了一个世纪,它有 很多优点,如板栅制造过程中不易变形,制造出 的板栅较少出现气孔缩孔,但存在的缺点是明显 的. 我国的QT-60S,QT-60Sd,QTG一72Sa电池的 板栅均为铅锑合金,用铅锑合金制成的正板栅, 在工作期间,尤其在充电时锑将会从正极板栅中 溶解到溶液中,同时沉积到负极活性物质上,随 着充放电次数的增加,负极活性物质上所积累的 锑含量增加,而H+离子与锑放电具有较低的过 电位,因此锑存在会使蓄电池在充电后期,特别 是过充电时析氢量增加,耗水量增加,白放电加 速,电池寿命变短. 解决上述缺陷的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 是采用低锑合金制造板 栅,用多元合金代替原来的铅锑合金,多元合金 为铅,锑,锡,银,硒,砷等,经过试验证明, 板栅的耐腐蚀性能大大提高,寿命终止时,板栅 仍完好.而且析氢量已经大大降低,其电池寿命 终止时析氢量仅为25.0ml/min. 综上所述,采用多元合金取代原先沿用的铅 锑合金,能提高电池寿命. 3.2采取防短路措施 最新研究成果表明,铅绒短路是影响电池寿 命的原因之一,特别对于板状电池,在电池使用 一 段时间后,板身处会慢慢累积铅绒,采用护套 和护袋是延长寿命有效手段,实验证明采用上述 两项措施后,由铅绒短路所引起的容量下降和寿 命缩短的情况得到解决.应用述措施时要注意护 袋的孔率必须满足充放电过程中离子的迁移要 求. 3.3严格烘干工艺,能提高电池寿命 导致电池寿命不高的原因之一是正极活性物 质软化脱落,而电池生产过程中对活性物质与板 栅结合的程度影响最关键的工序就是烘干过程. QT.105S铅酸蓄电池研制过程中首批试生产电池 的台架寿命仅为98周期,远低于指标要求的原因 之一就是未能按烘干工艺对生极板进行烘干,使 正极铅膏和板栅结合力不强,从而导致正极板的 活性物质出现软化脱落.因此制定适宜烘干要求, 并严格执行烘干工艺,能确保铅膏和板栅结合力, 提高电池寿命的指标. 3.4使用防钝化剂能延长电池寿命 使用正常的铅酸蓄电池在放电时形成硫酸铅 结晶,在充电时能够比较容易还原为铅.如果电 池的使用和维护不善,如经常充电不足或放电时, 负极上就会逐渐形成,种粗大的硫酸铅,它引起 了蓄电池容量下降,充电时析氢增加,电池寿命 缩短,采用的添加剂技术能使硫酸铅重新活化, 提高铅酸蓄电池的寿命指标. 4结束语 37 船电技术l电池Vo1.30No.102010.10 综上所述,尽管铅酸蓄电池已经经历了150 年的发展历程,许多方面已经达到了极限的,但 大量的研究结果表明采取有效的方法和技术措施 仍旧能提高铅酸蓄电池的容量和寿命,本文所介 绍的方法已经成功的得到了应用,效果显着. 参考文献: [1】朱松然.铅酸蓄电池技术[M](2版).北京:机械 工业出版社,2002. [2]戴维?林登.电池手册[M].2版.北京:化学工业 出版社,2007. (上接第35页) 通过式(14)可求输出层与隐层之间的连接 权值. 2.5基于FRA优化的RBF神经网络的实现 本文所用的RBF网络的隐层单元初始个数 为零,在训练过程中,按照一定规则自适应地添 加,并将对输出信号作用很小的隐层单元删除, 确保网络结构简单,紧凑,用最少的隐层单元有 效地实现系统的非线性映射.具体算法如下:? 采集训练样本;?利用FRA求出每个候选项对价 值函数的犯,并按从大到小的顺序排成一列;? 从队列的第一个开始选取基函数中心,直到输出 误差小于事先给定的网络训练精度P.此时选取 的基函数中心即构成RBF神经网络的中心并且 确定中心的个数;?利用步骤?求出基函数的中 心,并根据式(14)计算输出层与隐层之间的连 接权值. 3实验结果 本文的实验系统以TI公司的TMS320LF2407 为核心建立,DSP完成神经网络的训练,网络输 出的处理以及相关的控制逻辑等.实验电机的主 要参数为:额定功率PN=500W,IN=5.5A,额定 转速为1000rpm,电机负载为发电机,负载改变 可以通过改变连接在发电机输出端的负载电阻来 实现. 由于网络输出存在一定偏差,并不是严格的 0或者1,因此为了使电机的逆变器动作准确,需 要对神经网络的输出即逆变器控制函数进行处 理,处理原则如下式: 10gf()0.25 g’(“)={1gi)0.7515) lg’(一1)0.25gf(,z)0.75 式中:g,v),g’y(n一1)分别为网络当前和前,次经 过处理后的第i个开关管的控制函数值. 图3给出了稳态时的试验曲线.其中通道1 38 为A相的相电流,通道2为由霍尔传感器给出的 实际换相信号,通道3为本文算法估算的换相信 号,从图上可以看出,稳态时两条换相信号实验 []-.豳....一-...f=1...由...臼.1