引言
傳統(tǒng)上,，北方高寒地區(qū)的水情自動測報系統(tǒng)到了冬天就必須將設(shè)備拆回,，然后到了來年春天再重新安裝，這就給系統(tǒng)造成了相當(dāng)大的安裝維護工作量,。隨著人們對水情自動測報系統(tǒng)自動化程度要求的進(jìn)一步提高,，這一問題也越來越引起水情測報人員的關(guān)注。
1 水情自動測報系統(tǒng)的低溫特性
影響水情自動測報系統(tǒng)低溫工作特性的因素很多,。首先,，早期的數(shù)據(jù)采集器或通信設(shè)備由于電路設(shè)計原因，其工作溫度范圍較窄,，無法適應(yīng)低溫條件下的工作,；其次，水面結(jié)冰帶來的水位測量問題也是限制水情自動測報系統(tǒng)低溫工作的一大原因,；再次,，由于水情自動測報系統(tǒng)一般安裝在野外無人職守的環(huán)境，現(xiàn)場沒有交流供電,，因此一般只能采用太陽能+蓄電池浮充供電的工作方式,。而傳統(tǒng)水情自動測報系統(tǒng)使用的均是閥控式密封鉛酸蓄電池。由于低溫條件下,，鉛酸蓄電池的電解液有可能結(jié)凍而無法正常工作,，其最低工作溫度一般只能到-10℃左右。
隨著技術(shù)的發(fā)展,，水情自動測報系統(tǒng)的電子設(shè)備使用的都是工業(yè)級產(chǎn)品,，其工作溫度范圍已經(jīng)不成問題，例如國網(wǎng)電科院的水情自動測報系統(tǒng)設(shè)備的核心數(shù)據(jù)采集器ACS300-MM就能在一40℃的低溫環(huán)境下正常工作,。另外,，水位測量也有了更多的方式,，如超聲波、激光水位計等非接觸式測量方式,，均可解決水面結(jié)冰帶來的問題,。
由于蓄電池?zé)o法適應(yīng)-10℃以下高寒地區(qū)的使用。因此,，蓄電池的工作溫度范圍就成為決定水情自動測報系統(tǒng)低溫工作范圍的主要因素,。
為了克服低溫天氣帶來的蓄電池使用方面的影響，人們也做了大量的努力,，如黑龍江乾豐科技發(fā)展有限公司使用加熱降溫系統(tǒng)來保證蓄電池所處環(huán)境的溫度范圍保持在-10℃～+50℃,，當(dāng)系統(tǒng)在檢測到氣溫低于-10℃時，便可啟動加熱設(shè)備加熱,；而在氣溫高于+50℃時,，系統(tǒng)則啟動風(fēng)扇進(jìn)行散熱降溫，從而保證蓄電池能正常工作,。然而,，這種方式由于需要消耗大量的電能，故在日照不能保證的時候,，系統(tǒng)的正常工作時間將大大降低,。另外，采取雙法拉第筒式密閉埋地安裝方式,，一方面能較好地使內(nèi)部工作溫度保持在-5℃～+40℃的范圍,，從而克服低溫天氣帶來的影響，另一方面還具有較好的防雷能力,，因此在水情自動測報系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,，但這種方式只適用于遙測雨量站的安裝，對于帶水位或其它水文量測量的水文站來說,，則不太適合,。
鑒于以上種種原因，水利系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),，對水情自動測報系統(tǒng)規(guī)定的最低工作溫度也儀為-10℃和-25℃,。
然而，隨著卷繞式鉛酸蓄電池的推廣應(yīng)用,，這一問題可以得到較好的解決,。
2 卷繞式鉛酸蓄電池
卷繞式鉛酸蓄電池是近年來開發(fā)的新產(chǎn)品。鉛酸蓄電池的工作過程就是鉛和酸之間的化學(xué)反應(yīng)過程,，為了提高蓄電池的比容量,，人們需要盡可能加大它們之間的接觸面積，為此,，人們采用壓延鉛合金的方式制造出了很薄的鉛箔作為極板基片,。但這樣一來,，它的機械強度勢必要減小，為了解決這一問題,，人們將正極板,、隔板、負(fù)極板交替疊放,，并卷繞在一起,。從而制成電池單體為圓柱形的卷繞式鉛酸蓄電池，又稱螺旋卷式鉛酸蓄電池,，或卷式電極鉛酸蓄電池,。其外形如圖1所示。
一直以來,，卷繞式鉛酸蓄電池都是西方發(fā)達(dá)國家的一張技術(shù)王牌。據(jù)報道,，美國在上世紀(jì)60年代就開始研究卷繞式鉛酸蓄電池,。西方少數(shù)發(fā)達(dá)國家也把卷繞式鉛酸蓄電池應(yīng)用在軍事(裝甲車、坦克,、潛艇等)等特殊領(lǐng)域,。在軍事測試中，這種特種電池被子彈擊穿后,，仍可快速啟動戰(zhàn)車或其它軍事裝備,。經(jīng)過海灣戰(zhàn)爭的考驗，這種電池組被稱之為“美國戰(zhàn)略電池組”,。
3 卷繞式鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)性能
卷繞式鉛酸蓄電池為螺旋型結(jié)構(gòu),，如圖2所示。它采用只有1 mm左右的極板并經(jīng)高壓卷繞而成,。由于采用的板柵材料為純鉛或鉛錫合金,，故其比較柔軟，利于卷繞,，其電解液是固態(tài)酸,，電極板和固態(tài)酸一起捆綁并卷起來做成獨特的螺旋式卷繞。由于其使用的是固態(tài)酸,，因而避免了電解液凍結(jié)的問題,，同時具有卓越的低溫性能，可在-55℃的低溫條件下正常工作
卷繞式鉛酸蓄電池與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的工作原理是一樣的,，它只是在制造工藝上有了改進(jìn),，而正是這些改進(jìn)使其具有區(qū)別于傳統(tǒng)蓄電池的更優(yōu)異的特性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)卓越的高低溫性能
卷繞式鉛酸蓄電池可在-55℃～75℃下工作,。由于卷繞式鉛酸蓄電池采用了螺旋卷繞技術(shù),，其機板與機板之間的間隙極小,，且其酸是固體酸，并能被玻璃纖維網(wǎng)所吸附,，整個結(jié)構(gòu)極其緊密,。因此，在高溫下,，其基本不存在冒氣冒泡現(xiàn)象,，而在低溫下，更沒有液態(tài)酸可冰凍,，也不存在電流輸出減少的問題,。根據(jù)美國SAE測試標(biāo)準(zhǔn)，卷繞式鉛酸蓄電池可在-55℃～75℃范圍內(nèi)安全快速起動和牽引工作,，而普通蓄電池的適用溫度范圍一般只在-10℃～40℃,。這也是其能解決上述水情自動測報系統(tǒng)低溫條件工作的根本原因。
(2)充電非常迅速
卷繞式鉛酸蓄電池在40分鐘內(nèi)可充入95％以上的電量,。由于卷繞式鉛酸蓄電池的內(nèi)阻極低,，因此可將充電電流基本上全部接受，且其本身容量較大,，故充電時沒有電流限制,，其一般快速充電時間在1小時左右就能滿載，而普通蓄電池的內(nèi)阻較高,，故其部分充電電流將轉(zhuǎn)化為熱能散出,，且其充電時間一般至少要6小時以上。卷繞式鉛酸蓄電池采用高純鉛制作,，故其相比普通蓄電池,，其副反應(yīng)小得多，因而電池可以使用小電流充電,，即使在陰雨天也可以達(dá)到90％以上的充電效率,。
(3)超長壽命
卷繞式鉛酸蓄電池在設(shè)計時的浮充壽命可達(dá)8年以上。由于卷繞式鉛酸蓄電池的活性鉛面積非常大,，故其放電后的恢復(fù)能力也極強,，根據(jù)美國SAE標(biāo)準(zhǔn)，在J240測試中,，卷繞式鉛酸蓄電池的起動次數(shù)高達(dá)15000次以上,。相比于普通蓄電池一般2000-4000次左右的動力與起動次數(shù)來說，卷繞式鉛酸蓄電池更具強勁的優(yōu)勢,。
(4)自放電極小
由于卷繞式鉛酸蓄電池的內(nèi)阻極小,，故其本身在閑置不用時的自放電極小。卷繞式鉛酸蓄電池可放置兩年而不用充電，故從某種意義上真正實現(xiàn)了免維護,。而普通蓄電池至多可放置1-2個月就必須充電,。
由于具有以上優(yōu)異的性能，卷繞式鉛酸蓄電池已被廣泛應(yīng)用于混合電動車,、電動工具,、儀器儀表、風(fēng)力發(fā)電等各個領(lǐng)域,。
4 卷繞式鉛酸蓄電池的研究與發(fā)展
4.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀
美國GATES公司在上世紀(jì)60年代就開始開發(fā)卷繞式鉛酸蓄電池,，后來成為瑞典GYLLING集團屬下的一個子公司(即Optima batteries A B)，此后,，卷繞式鉛酸蓄電池的研究和發(fā)展更為迅速,，瑞典OPTIMA公司投入市場的傲鐵馬牌電池便是由其開發(fā)的。該電池?fù)碛?8項專利,，采用電池單元螺旋卷繞技術(shù),，板柵為0.3 mm的純鉛，正負(fù)極之間用超細(xì)玻璃纖維(AGM)隔板隔開,。極板間距小,，內(nèi)阻僅為2.8 mΩ，其大電流放電性能好,。
隨后涌現(xiàn)的卷繞式電池有威爾士產(chǎn)SBS電池、美國Bolder公司擁有TMF專利技術(shù)的密閉薄層鉛酸蓄電池,、西班牙Exide公司開發(fā)的高能Orbital密封閥控鉛酸蓄電池等,。
4.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)對于卷繞式鉛酸蓄電池的研究還處于發(fā)展初級階段，還沒有大規(guī)模批量生產(chǎn),。目前涉足卷繞式鉛酸蓄電池的生產(chǎn)企業(yè)僅有中億科技,、江蘇雙登、陜西多倫,、深圳寶力晟等4家,。
中億科技于2004年開始研發(fā)卷繞式鉛酸蓄電池，歷經(jīng)4年時間,，現(xiàn)已成功開發(fā)了2V50AH,、6V50AH、12V50AH三種型號卷繞式鉛酸蓄電池,，目前已經(jīng)實現(xiàn)小批量生產(chǎn),。
江蘇雙登(倫敦證交所二板市場上市)主要生產(chǎn)經(jīng)營各種鉛酸蓄電池和鋰電池。公司卷繞式鉛酸蓄電池項目2003年立項,，2006年成功研制出6V2.5Ah以及2V8Ah卷繞式鉛酸蓄電池,，2007年產(chǎn)品通過了UL認(rèn)證，并已實現(xiàn)小批量生產(chǎn),。
陜西多倫于2007年6月研制成功“多倫鐵馬”牌大型卷繞式鉛蓄電池產(chǎn)品,，據(jù)稱產(chǎn)品優(yōu)于國外同類產(chǎn)品,，并計劃利用該項技術(shù)投資30億元啟動動力汽車項目。
寶力晟成立于2004年,，專業(yè)生產(chǎn)2 V,、4 V、6 V,、12 V系列卷繞式鉛酸蓄電池,，AGM鉛酸蓄電池、深循環(huán)太陽能蓄電池,、高爾夫球車蓄電池和膠體電池,。公司2002年開始投入卷繞式電池的研發(fā)，目前已批量自動化生產(chǎn)2.5AH-50AH系列卷繞式電池,，產(chǎn)品通過了CE,、UL認(rèn)證。
5 結(jié)束語
目前,，水情自動測報系統(tǒng)使用較多的還是閥控式密封鉛酸蓄電池,，受制于鎳氫電池、鋰電池的高額成本,，這種情況持續(xù)了較長時間,，這從根本上限制了水情自動測報系統(tǒng)的低溫工作特性。隨著國內(nèi)較低成本的卷繞式鉛酸蓄電池研發(fā),，這一情況得到了大大改觀,，其-55℃～75℃的寬工作溫度范圍使其非常適用于高寒地區(qū)的應(yīng)用，此外,，由于工藝上的改進(jìn),，卷繞式鉛酸蓄電池還具有啟動功率大、比能大,、使用壽命長,、自放電極小、充電迅速等適用于遙測系統(tǒng)的特性,。筆者相信,，卷繞式鉛酸蓄電池將在水情自動測報系統(tǒng)及其它采用太陽能+蓄電池浮充供電的遙測系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。