水文仪器设备电源系统的管理维护

2018-01-26陶新红河南省许昌水文水资源勘测局

河南水利与南水北调 2017年12期

□陶新红（河南省许昌水文水资源勘测局）

1 引言

近些年来，随着对水文投入的增加，现代化的水文仪器在水文监测工作中得到了广泛使用，雨量、水位、墒情等遥测仪器设备陆续得到了应用，走航式ADCP、全站仪、GPS测量仪器、自动墒情监测仪等新仪器不断引进、推广和应用。在这些新仪器的应用中，都需要电源系统的支持，其电源系统涉及铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等，为保证仪器设备的正常使用，需要结合电池特性认真做好电池的管理维护。

2 电池特性

2.1 铅酸蓄电池

电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。充电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。根据铅酸蓄电池结构与用途区别，可分为：启动类、动力类、固定型阀控类、其它类。铅酸电池有6、12、24V等系列，常用于遥测设备、走航式ADCP、GPS测量仪器的供电系统等，水文仪器中使用的铅酸蓄电池多为固定型阀控类，采用太阳能自动充电或市电充电。

2.2 镍氢电池（Ni-MH）

镍氢电池是目前最环保的电池，注重环保的国家都大力提倡使用镍氢电池，因为易于回收再利用，且对环境的破坏也最小。不过镍氢电池与锂电池相比，还是有一些缺点。充电时间长、重量较沉、容量也比锂电小，还有记忆效应。用户必须用尽后再充电。镍氢电池的充电次数能够达到700次以上，某些质量好的产品充放电可达1 200次，比锂电池长寿而且价格也很大众化。

2.3 锂离子电池（Li-ion）

它的阳极采用能吸纳锂离子的碳极，在放电时，锂原子从石墨晶体内阳极表面电离成锂离子和电子，脱离电池阳极，到达锂离子电池阴极。充电时，阴极中的锂原子电离成锂离子和电子，并且锂离子向阳极运动与电子合成锂原子。

3 电池优缺点

铅酸蓄电池。优点:免维护蓄电池由于自身结构上安全密闭的优势，使用时不需补充蒸馏水，维护上比较简单，且无记忆效应，它还具有耐震、耐高温、使用寿命长、可回收性好的特点。缺点:比容小，即在同样的容量下，电池重量和体积都大。

镍氢电池（Ni-MH）。优点:使用寿命长，易于回收再利用，对环境的破坏最小。缺点：存在记忆效应，性能比锂电池要差。

锂离子电池（Li-ion）。优点:锂离子电池放电平台平缓，单个电池的电压高，能量密度高也就是电池比较轻。自放电小，没有记忆效应，好的电池，每月在2%以下，且可以恢复。工作温度范围宽为-20～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功率大，使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。缺点:缺点是价格昂贵，生产工艺比较复杂，要求高。

4 电池维护注意事项

充电时，应确保充电器的电极与电池的电极连接正确，即充电器的阳极与电池的正极相连接，充电器的阴极与电池的负极相连接。现在锂电池、镍氢电池的充电器多为专用充电装置，一般不会发生电极接反的现象。但对于铅酸电池，因充电接头多为金属夹，易发生此类风险，可根据颜色来判断极性，通常红色为正（阳）极，黑色为负（阴），颜色相对应就可保证正确的连接。

不同容量、不同性能的蓄电池不能混用。特别是应防止出现短路，否则易发生起火、爆炸的危险。

4.1 铅酸蓄电池

没有记忆效应，但由于自放电，电池容量会缓慢减少，因此长期停用的蓄电池应定期充电维护。

避免过放电，放电到终止电压后，继续放电称为过放电，过放电会严重损害蓄电池，对蓄电池的电气性能及循环寿命极为不利。蓄电池放电后应立即再充电，若放电后的蓄电池搁置时间太长，即使再充电也不能恢复其原容量。

过充电会增加蓄电池内水分损失，加速板栅腐蚀，使活性物质软化，而且会提高蓄电池变形的概率，因此应尽量避免过充电现象的发生。选择合适的充电器，保证充电电流和电压等参数与蓄电池的良好匹配。

铅酸电池适应范围较广，但应尽可能通风散热良好，夏秋高温季节，使用时要尽可能避免高温环境。若蓄电池使用或充电时出现过热现象，要立即停止使用，关闭电源，采取降温措施，待温度正常时才能进行使用或充电。蓄电池放电深度较浅，可不充或少充，外界温度偏高时应减少充电时间，并注意观察电池温度。铅酸电池可在0～35℃的环境下存放，存放地点应清洁、通风、干燥，避免阳光直射。

4.2 镍氢电池（Ni-MH）

一般情况下，新的镍氢电池只含有少量的电量，使用前要先进行充电然后再使用。但如果电池出厂时间比较短，电量很足，推荐先使用然后再充电。新买的镍氢电池一般要经过3-4次的充电和使用，性能才能发挥到最佳状态。

虽然镍氢电池的记忆效应小，但仍建议尽量每次使用完后再充电，并且是一次性充满，不要断断续续的充电。周期性地将电放完然后再充满有利于保持电池的容量与质量。电池充电时，要注意充电器周围的散热，为了避免电量流失等问题发生，保持电池两端的接触点和电池盖子的内部干净，必要时使用柔软、清洁的干布轻擦。长时间不用的时候，要把电池从电池仓中取出，置于干燥的环境中推荐放入电池盒中，可以避免电池短路。镍氢电池的自放电效应较明显，约为每月30%或更多。电池越是充的满，其自放电速率就越快，当电池电量下降至一定程度，其自放电速率又会稍微下降。电池所处环境温度对自放电速率也有很大的影响，所以，如果长时间不用，建议充电到“半满”状态。如果电池完全放电后再保存，很长时间内不使用，电池的自放电现象就会造成电池的过放电，会损坏电池，严重时会造成电池报废。因此对镍氢电池应定期放电充电，充电时建议采用慢充方式充电，以延长其使用寿命。尽量不要对镍氢电池进行过放电，过放电会损坏电池，导致充电失败，其危害远远大于镍氢电池本身的记忆效应。

4.3 锂离子电池（Li-ion）

放电电流不能过大，过大的电流导致电池内部发热，有可能会造成永久性的损害。绝对不能过放电，过放会使电池寿命缩短，严重时会导致电池失效。电池不用时，应将电池充满电。

电池出厂时，已充电到约50%的电容量，新购的电池可直接使用。电池第一次用完后充足电再用，第二次用完后再充足电，这样连续3次后，电池可达到最佳使用状态。

对锂离子电池充电，应使用专用的锂离子电池充电器。锂离子电池充电采用“恒流/恒压”方式，先恒流充电，到接近终止电压时改为恒压充电。

对电池充电时，其环境温度不能超过产品特性表中所列的温度范围。电池应在0～45℃温度范围内进行充电，远离高温（高于60℃）和低温（-20℃）环境。

锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用寿命。在使用中应尽可能防止过充电及过放电。在充电过程中，充满后应及时断开充电器。放电深度浅时，循环寿命会明显提高。因此在使用时，不要等到出现电量不足的信号时才去充电，更不要在出现此信号时继续使用。充电量是充电电流与充电时间的乘积，在充电电压为定值的情况下，充电电流越大，则充电速度越快，但充电电流过大，会损害锂电池，造成电池容量不足，原理是电池的部分电极活性物质在没有进行充分的电化学反应就停止充电，这种现象会随着循环次数的增加而加剧。

第一次充电，尽可能在充足电后多充一段时间，使用时则强制用到规定的电压或直至自动关机，如此能激活电池使用容量。但在锂离子电池的平常使用中，不需要如此操作，可以随时根据需要充电，充电时既不必要一定充满电为止，也不需要先放电。象首次充放电那样的操作，只需要每隔3～4个月进行连续的1～2次即可。长期不用时，尽可能充满再放置，并定期检查电池电量，若电量过低，其过放电会损害电池，严重时造成电池报废。