铅酸蓄电池放电特性研究与运行分析

铅酸蓄电池放电特性研究与运行分析

陈丰源

（中国民用航空华东地区空中交通管理局网络通信公司，上海200340）

摘

要：提出了一种简单的电池放电特性建模方法，建立了放电曲线数学模型，并通过年度蓄电池放电数据对其进行验证，利用此

方法可以估计出任意放电电流下的电压曲线，并据此估算出电池的剩余放电时间。

关键词：铅酸蓄电池；放电曲线；曲线建模

DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2019.05.014

0引言

铅酸蓄电池是有线通信室电源系统的重要组成部分，它

相同的。由于电池的非线性特性，因此放电电压曲线本质上是非线性的。

在市电正常时存储化学能量，当市电中断时它可将化学能转换为电能，为用电设备提供直流电源。本文通过收集近两年有线通信室的放电维护数据，研究蓄电池在放电维护过程中电流、截止电压、荷电状态等参数的变化特征，得到蓄电池健康分析报告，以便归纳总结出日后对蓄电池更为科学、安全、有效的维护管理方式。

1

1.1

铅酸蓄电池放电原理

阀控式铅酸蓄电池的基本原理

阀控式铅酸蓄电池的特点在于它的密封性原理，

即利用负极吸收原理，通过氧气复合循环来保证其密封性。氧气复合循环的原理是，在充电后期，正极开始析出氧气，当氧气扩散到了负极被负极吸收，此时的反应过程如下：

Pb+1O2+H2SO4→PbSO4+H2O

2

在上述充电过程中，氧气在正极生成，扩散后在负极被吸收的过程，就是“氧气复合循环”。另外，负极由于活性物质过量而在“氧气复合循环”的作用下始终处于未充足电量状态，使氢气不能析出，即充电过程中负极只发生如下反应：

-PbSO4+2e+→Pb+SO24

图1电话站一楼第一组蓄电池U-t关系

在较长一段时间内，电池电压随时间发生近似线性变化，用直线拟合就可以获得很好的效果，然而对于理想的光滑放由于其非线性本质，线性段选取的越长，曲线拟合效电曲线，

在实际系统中，测量的物理信号中会不可避果越差。另一方面，

对于具有线性规律的数据，使用数据越多，免地掺杂干扰信号，

线性拟合效果越好。本文参考了文献[1]中的实验数据结果。

起始段的拟合标准差很小，这是由于放电初期电压曲线与此相比噪声可以忽略不计，使得这段放电曲线近快速下降，

这段时间很短，暂不考虑。随着线性段选取比似为一条直线，

例的增加，拟合标准差逐渐减小，而后又快速增大，大约在55%取得最小值，换言之，选取放电曲线起始的55%作为线性段是最合适的。线性段拟合结果可用下列公式表示：

u（t）=a×t+b，t≤t1

性段截止时间。2.2

放电曲线非线性段的建模

参照文献[1]中的实验结果，图1表示的是放电曲线非线性段拟合的过程，这说明放电曲线的非线性段具有指数变化规律。放电曲线的非线性段可用下列公式表示：

u（t）=a×t+b-exp[a（）+b1]，t＞t11t-t1

（2）

a和b是放电曲线线性段的拟合参数，a1和b1用于拟合放电式中，

曲线与线性段拟合结果的残差，a1由放电曲线形状决定，b1由t1时刻放电曲线与线性段拟合结果的残差决定，t1是指数项的时间偏移，即放电曲线线性段的截止时间。2.3

总放电曲线的建模

鉴于指数函数的特性，当t≤t1时，式（2）中指数项的影响很小，也就是说放电曲线的拟合曲线可以用一个统一的表达式表示：

（下转第27页）

1.2阀控式铅酸蓄电池的失效机理

阀控式铅酸蓄电池失效的主要原因有以下几方面：板栅

腐蚀、水损耗、板栅延伸、热失控、负极板硫酸盐化和电池电压不均等，其中最常见的失效原因是正极板腐蚀。对阀控式铅酸蓄电池性能和劣化速度影响最大的是正极部分，其腐蚀速度的影响因素主要有腐蚀膜孔尺寸、极化、变形、活性物质性能变化等。

（1）

a表示线性段斜率，b表示放电可虚拟初始电压，t1表示线式中，

2

2.1

铅酸蓄电池放电特性曲线

放电曲线线性段的建模

在电池储能系统中，建立电池外特性的精确模型对于有

然而建模过程并不简单。一方面，电池效管理电池非常关键，

的外特性受到许多因素影响；另一方面，电池的可测信息非常有限。这就使得电池建模只能使用有限的信息来描述诸多相互耦合因素影响的电池特性。

本文以电话站一楼第一组蓄电池为例，在恒流放电过程由于电池存在内阻，放电初期，电池电压快速下降；在随后中，

较长的一段时间内，电池电压随时间发生近似线性变化；电池将放空时，电压随时间发生非线性变化并快速下降，如图1所示。这一规律对于不同类型电池、不同电流的放电电压曲线是

机电信息2019年第5期总第575期25ShebeiGuanliyuGaizao◆设备管理与改造

光纤接入百兆单纤光电收发器。

航管楼测试终端配置IP地址：192.168.1.2，子网掩码：255.255.255.0；西区综合业务楼测试终端配置IP地址：192.168.1.1，子网掩码：255.255.255.0。通过两终端对ping的方式组网及测试结果如表3所示。对本组网的以太网业务进行测试，

测试过程中发现，使用单纤光电收发器进行组网时，光电

表3

序号1

一套含三个节点的40波的环网，包括西区指挥基地、塔台、空管局新楼。网络采用层次化的分级结构，由骨干汇聚层、业务接入层组成，骨干汇聚层选用基于波分复用技术的设备，通过光纤系统组成一张虹桥地区波分环网，用于进行数据的汇聚及各个不同方向的波长级业务传输。因为成环，所以整个传送网具有较强的网络保护能力，提升了整网的安全性和可靠性，再配置一套网管系统，实现对整网设备的统一集中管理。

测试结果不通

百兆单纤光猫测试结果

测试时间1h

测试内容互ping

5结语

本文通过对虹桥机场光传输网络的现状和发展进行分

收发器上的光纤指示灯异常，同时测试终端互ping无法ping通。

析，阐述了波分复用技术相关概念，进行了波分复用设备的组网测试，并设计了基于波分复用技术的光传输网络方案，得到（1）WDM技术的应用可以使一根光纤的传输容量以下结论：

比单波长传输增加几倍至几十倍，提高传输速率，解决传输带宽瓶颈问题。（2）通过对现有网络业务的需求、带宽分析，总结出WDM技术在解决带宽需求、节省纤芯、降低成本等方面的优势。（3）本文提出了一套可行的基于WDM技术的光传输网络建设方案，以应对大颗粒业务的增长需求，在解决现网传输纤芯不足等问题方面具有借鉴意义。

［参考文献］

[1]纪越峰.光波分复用系统[M].北京：北京邮电大学出版社有

限公司，2001.

4基于波分复用技术的虹桥机场光传输网络方案设计

基于波分复用技术的传输网，主要可以用于解决虹桥机

场范围内的专线用户信号的传输问题。虹桥机场现有的专线用户信号传输基本上是点对点方式，采用传统的PDH设备以随着东区电话站机房的拆迁或搬迁，及一条光缆加协转传输，

今后原有、新增的用户信号传输也将全部移到以西区指挥基因此面对东区大量用户的各类专线需求，如还是使地为核心，

用传统的一个业务一条光缆传输的方式，将会消耗海量的东区至西区的光缆和管道资源，同时传统的PDH设备既满足不还面临设备老化和监控方式单一低效了高带宽传输的要求，

的问题，无法满足在西区运行指挥基地建成后新增的大量数据传输通信的需求。

因此，基于上文对波分复用技术的讨论和分析，我认为未来可以在西区指挥基地新建一套基于波分复用技术的传输网。波分设备提供千兆以上高带宽传输，千兆以下小颗粒业务由波分设备下接MSTP设备来实现。其中波分传输平面将建设

（上接第25页）

收稿日期：2019-01-02

作者简介：刘梦薇（1991—），女，新疆乌鲁木齐人，助理工程

师，研究方向：网络传输。

u（t）=a×t+b-exp[a（）+b1]，t＞01t-t1（3）

4结语

本文提出了一种简单的电池放电特性建模方法，它是在

3模型验证

由于有线通信室电话站节点四组蓄电池都以0.4C的标准

建立了分析了放电电压曲线特征与放电电流关系的基础上，放电曲线数学模型。利用此方法可以估计出任意放电电流下的电压曲线，并据此估计出电池的剩余放电时间，为科室的蓄电池更换工作提供更多指导依据。不可否认的是，抛开本文讨论的电压分段曲线建模，放电时蓄电池的温度、即时内阻也影响着蓄电池的放电时间，如果建立温度和内阻模型，能进一步准确地给出更多参考依据，因此在条件允许的情况下，建议公内阻等更多参数的放电仪。司更新可以监控温度、

［参考文献］

[1]王贵明.电动车动力蓄电池实验建模研究[D].北京：北方工

业大学，2003.

[2]CERAOLOM.Newdynamicalmodelsoflead-acidbatteries

[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2000,15(4):1184-1190.

进行放电，因此将本文参考文献[2]中0.4C、100A条件下的拟合结果与实际放电结果进行对比。

采样电话站一楼第一组蓄电池数据，如表1所示。

表1

123456

电话站一楼第一组蓄电池数据

电压u（t）/V49.21248.83148.38847.86847.28146.562

采样时间/h

将数据分别代入式（3）进行方程求解，得到验证数据，并u（t）与t的关系式为：与参考值对比结果如下，

u（t）=（-1.318t）+47.874-exp[4.06（t-1.4）-2.148]，t＞0（4）由于组端截止电压设置为43.2V，因此将u（t）=43.2代入上式即可算出，当t=2.08h时，u（t）=43.2V，即估算的组端电压到达截止电压时的放电时间约为2.08h，相较要求提前完成放电1.5h的标准，仍为不合格，建议整组更换，与蓄电池维护厂商给出的意见一致。

收稿日期：2019-01-02

作者简介：陈丰源（1990—），男，江苏南通人，助理工程师，研

究方向：网络传输及电力传输。

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