阀控式密封铅酸蓄电池作为主电源或备用电源广泛用于潜艇、坦克、计算机、通讯、太阳能电池等,在一些特殊使用领域或使用地区,对电池的低温性能提出了更高的要求。比如低温容量要求,-40℃低温5小时率(终止电压10.2V)容量不低于常温容量的30%。而采用普通的铅膏配方,-40℃低温容量会降到常温的30%左右,这样产品合格率非常低。其原因有温度降低时电解液粘度增加,渗透能力减弱;电池内阻增大,内部电压降增大。在这些因素作用下,电池放电容量减少。另外,在低温环境条件使用,普通的阀控式铅酸蓄电池负极活性物质随温度下降,充电接受能力迅速降低,会进一步降低电池的放电性能,导致电池的性能满足不了低温使用要求。

　　本文从利于电池低温放电性能的各个方面入手,在电池容量、重量等其他性能指标满足要求的同时,尽量提高电池-40℃低温放电性能,延长电池使用寿命。

　　1 温度对铅酸蓄电池的影响

　　(1)蓄电池实际容量

　　温度对铅酸蓄电池的容量影响较大,随着温度的降低容量减少。

　　蓄电池的额定容量通常是在25℃环境温度下以及在指定的放电率情况下规定的。电池的最佳工作温度是25℃,当电池放电工作温度不是25℃时,由于电化学的作用,实际容量应按式(1)换算成25℃基准温度时的容量

　　式中:Ct为实测容量(Ah);

　　Ce为环境温度在25℃时的标称容量(Ah);

　　T为实际环境温度(℃);

　　K为容量的温度系数,10小时率容量实验时

　　K=0.006/℃、3小时率容量实验时K=0.008/℃、1小时率容量实验时K=0.01/℃。从式(1)中可以看出,当环境温度高于25℃时,蓄电池的实际释放容量Ct大于设计额定容量Ce;而环境温度低于25℃时,它的实际可释放容量Ct低于设计额定容量Ce。从温度系数K的取值还可看出,放电率越大,温度对容量的影响也越大[1]。

　　(2)温度与电池电解液性能的关系

　　电池容量随温度降低而减少,这与温度对电解液粘度和内阻有严重影响密切相关。电解液温度高时,扩散速度增加、内阻降低,其电动势也略有增加。因此,铅酸蓄电池的容量及活性物质利用率随温度增加而增加。电解液温度降低时,其粘度增大,离子运动受到较大阻力,扩散能力降低。在低温下电解液的电阻增大,电化学反应阻力增加,结果导致电池容量下降。

　　(3)低温对铅酸蓄电池极板的影响

　　在低温工作条件下,负极板上的海绵状铅极易变成小尺寸的晶粒,容易使小孔被冻结和堵塞,从而大大降低活性物质的利用率。假若在低温恶劣情况下大电流放电使用,负极活性物质中的小孔将会被阻塞得更严重,海绵状铅可能变为致密的PbSO4,使得电池可放出的电量大大降低。对于正极板来说,其温度系数为负值,因而在低温下具有较高的电极电势。从而在低温情况下正极放电速率远大于负极放电速率。这样,在负极生成PbSO4层前,正极PbO2转化为PbSO4的过程已经结束,所以正极板在低温下不生成致密的PbSO4晶粒。所以,温度过低将会导致阀控式密封铅酸蓄电池的容量下降[2]。

　　2 低温电池的开发

　　(1)低温电池的开发方案

　　从有利于电池低温放电性能的各个方面入手,在电池容量、重量等其他性能指标满足要求的同时,尽量提高电池在-40℃低温时的放电性能,延长电池使用寿命。具体方案如下:

　　①从正极板入手,调整Pb-Ca-Sn-Al合金成分,增加Sn含量到1.2%～1.5%,以增加板栅机械强度和耐腐蚀性。在合金中添加0.1%Ag,可以增加板栅耐蠕变能力,有利于改善电池的深循环放电循环性能。采用放射性板栅结构,将极耳向极板的中部移动,减薄极板厚度,增加极板片数,改善电池大电流放电能力。

　　②为了延长电池寿命、提高低温大电流放电能力,采用高密度铅膏配方,在铅膏中适量添加导电剂。采用较大的装配压、内化成的方法,进一步提高电池使用寿命。正极板中导电添加剂的加入,可以使极板电阻降低,电池低温放电性能显著提高;提高了正极活性物质的转换效率,正极板更容易化透;保证了正极板的高孔率,更利于酸液向极板内部扩散,提高了活性物质利用率;

　　③负极铅膏中提高木素、腐植酸的添加比例,更有效避免了硫酸铅钝化层的形成,提高了电池低温放电容量;

　　④负极铅膏中活性炭的加入,保证了负极板的高孔率,更利于酸液向极板内部扩散,提高了活性物质利用率;

　　⑤极群中增加正负极板片数,提高了极板真实表面积,保证了电池有较高的放电容量;

　　⑥选用高孔率、低内阻的AGM优质隔板,提高电解质中离子良好通过性,从而保证电池良好低温性能;

　　⑦选用高纯度、高固含量纳米硅溶胶和内含Na2SO4添加剂稀H2SO4的混合胶体电解质,使得电解质成胶均匀、无分层,提高了电池过放电后充电能力,保证了电池使用寿命。

　　(2)低温电池主要技术指标主要技术指标见表1。

　　(3)低温电池与普通电池的性能对比低温配方与普通配方制作的12V100Ah电池性能对比如图1所示。

　　该图为本发明超低温正负极活性物质配方制作的电池与常规电池在-40℃条件下的放电曲线对比图。

　　通过检测,采用本发明超低温正负极活性物质配方制作的电池,超低温条件下(-40℃),放电容量达到额定容量的50%以上[3]。

　　(4)与其他厂家产品的性能对比本发明电池与不同厂家电池测试结果的对比见表2。

　　3 结束语

　　通过采用更改设计方案和采用低温配方,低温阀控式铅酸蓄电池可实现在超低温条件下(-40℃),放电容量达到额定容量的50%以上。

　　参考文献

　　[1]朱松然.蓄电池手册[M].天津:天津出版社,1998.

　　[2]张海林等.环境温度对阀控密封铅酸蓄电池的影响及应对措施.电力系统通信,2007,V28,No178:44-46.

　　[3]胡水华等.阀控式铅酸蓄电池:CN201310160804.3

　　作者简介

　　张晓明,2005年毕业于郑州大学,获得物理化学电化学方向硕士学位。从事化学镀行业6年,2011年至今就职于武汉长光电源有限公司,从事铅酸蓄电池研究工作。

　　本文中，我们将略过关于IT更新的一系列统计数据和趋势的简介，而把关注焦点聚焦于您的数据中心的监控实践方案。

　　我曾经有幸能够有机会与各种类型的数据中心环境合作过。是的，这些数据中心的环境类型都各有不同。一些数据中心采用电源HPC工作负载，而其他数据中心则使用云工作负载。然后，还有一些数据中心充当了存储孤岛和存储库，以及一些数据中心是私有的托管合作伙伴。每家企业组织都可能有不同类型的要求，设备和布局。

　　然而，现代数据中心的关键属性需要匹配最佳的监测机制。以下，我将为广大读者朋友们介绍一些这方面的最佳实践方案：

　　数据中心操作环境监测的主要监测参数

　　温度。这在任何数据中心操作环境中都是既定的参数。在任何情况下，均不允许服务器或服务器机架在超出其工作温度以外的范围操作运行。确保不断检查ASHRAE，以不断优化实现最佳的操作运营温度。而操作运营环境温度是会改变的。为了获得更详细的信息，数据中心管理人员需要监控并查看机架的排气指标、内部温度、甚至服务器的温度。对温度控制机制的可见度越高，工程师们就可以在相关潜在问题变得严重之前及时响应，以尽快解决问题。

　　湿度和水控制。就像监控操作环境的温度一样，数据中心内的关键系统必须进行湿度监控。有多种方法来检查环境中的湿度。一般来说，这些检查都是在机架内部和机架外部的级别。在所有的监控情况下，监控的级别水平都应该保持稳定，并且为了能够快速反应，数据中心操作运营环境将需要考虑在各个战略位置都部署多个传感器。

　　通道环境控制。这意味着对温度、湿度、气流和冷热通道的监测。根据数据中心操作运营环境的规模大小，将会分别设计热/冷通道。观察这些数据中心通道的温度范围可以帮助数据中心管理人员快速发现问题，进而提高运营效率。

　　静电。操作运营环境内的静电监测传感器有助于帮助数据中心管理人员掌握是否有附带了大量静电的物体设备进入了数据中心设施。静电对数据中心的操作运营环境是非常有害的，因此管理这些传感器也是相当重要的。

　　数据中心的访问。从安全的角度来来看，许多企业组织都正在部署数据中心环境和机架入口传感器。当一台机架未经正确配置安装时，这些传感器将向管理人员发送警报。更高级的操作运营环境实际上将激活指向已经打开的确切机架上的摄像机系统。

　　使用传感器和传感器技术

　　耐用性。大数据中心已经开始依靠其环境中的传感器来提供关于其数据中心健康运行状况的一些最重要的数据了。鉴于此，请务必要记住的一项规则是：没有一任何一款传感器能够确保永远有效的工作。传感器也会发生故障，并可能随时发生任何级别的故障。这就是为什么拥有冗余传感器环境是非常重要的原因所在了。智能化的数据中心监控工具将实际观察操作环境中的所有传感器。自动恢复过程可以被配置为同时监控多台传感器，以防万一出现故障失败。这将有助于消除传感器故障时的误报。鉴于在大型数据中心内部署了这么多的传感器点，数据中心管理人员必须建立适当的警报机制。如果传感器发生故障，则必须立即通知相关的责任人。如果设备开始发布不正确的信息或触发假警报，则情况处理相同。数据中心传感器环境的主动测试和维护将有助于减少发生故障的机会。然而，一套良好的管理系统将有助于缓解传感器发生故障的麻烦。请务必记住，今天的企业监控系统的建立是用于持久性监控的。管理员要围绕数据中心环境信息，依靠这些数据做出非常重要的决定。具有冗余的传感器架构将有助于数据中心中的一部分故障传感器。

　　传感器的安置。在部署数据中心传感器时，考虑操作运营环境的规模大小是非常重要的。由于每家企业的操作运营环境都是独一无二的，故而没有太多的工具可以“自动的”为您安置传感器。而这便是一家好的合作伙伴可以真正发挥他们的帮助作用的时候了。HVAC专业人员和数据中心监控/环境设计专家们可以帮助企业组织规划出传感器部署的最佳策略。从更高级的角度看，数据中心管理人员应该考虑在四个主要领域部署传感器。这些四个主要领域包括：

　　机架级的监控。为了获得更多信息和冗余，数据中心管理人员可以在机架中部署更多的传感器。然而，传感器应位于机架的顶部，以便监测排出的热空气，同时还要安置在机架的底部，以监测地板的冷却度量指标。

　　操作环境室的监控。这是安置监控室内湿度和温度的传感器的非常重要的地方。对于大型数据中心操作环境而言，我们建议将传感器安置在热区或距离冷却单元最远的区域。

　　机房空调/处理器监控。这些传感器将帮助识别与冷却单元相关的直接故障。其应该被安置在靠近交流设备的地方。

　　湿度监测。根据数据中心的操作环境，建议在服务器机房外墙以及高架地板下方安置泄漏传感器。为了检测来自冷却装置的湿度，应该在冷却装置周围放置水传感器，以监测可能发生的漏水情况。如果使用液冷系统，请采取额外的预防措施。

　　对于为特别业务案例提供服务的数据中心的要求将始终是唯一的。创建良好的监控最佳实践方案需要充分了解数据中心的业务，数据中心的设计建造要求和未来的业务需求。根据您企业业务的特定用例，您可能需要在敏感区域进行其他方面的监控。同样，敏感的安全区域可能需要更多的物理监控。请务必记住，一切都要围绕着您数据中心的业务要求进行设计，以便支持您企业数据中心的健康运营和业务的发展。