核电池范文

核电池篇1

提起“核”，人们总想到核武器、核电站这样的“大块头”。但是通过核衰变工作的核电池却是另一番光景。明年，我国自主研发的核电池将随嫦娥三号软着陆月球，用于我国的着陆器和月球车上。届时核电池将与太阳能电池一起工作，各司其职。

“不是混合动力驱动车”

同时使用太阳能和核能作为能源，那么月球车也是辆“混合动力车”吗？并非如此。中国绕月探测工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远告诉记者，“太阳能负责提供月球车各种仪器的工作能源和驱动月球车行驶，而核能负责在夜晚期间给月球车的仪器保温。可以说，它们是‘各干各的’”。之所以这么分工，与月球环境和嫦娥三号要完成的任务密切相关。

欧阳自远介绍，嫦娥三号降落在月球后在着陆器内会“放”出月球车，它将在几公里的范围内对月球进行区域性的精细巡视探测。白天，太阳能驱动月球车行驶并支持月球车上各种探测仪器开展探测；晚上，月球车休眠，等待天亮再工作。

与地球不同，月球的白昼、黑夜各持续大约14天，且夜晚温度可低至零下180℃。而月球车上的仪器可承受的最低温约零下40℃。这也就是说，如果在月球的漫漫寒夜中，没有足够能源给仪器保温，全部仪器要冻坏，在下一个白昼来临之时，月球车将无法“醒过来”。

那么，利用蓄电池把白天积累的太阳能在晚上释放出来行不行呢？欧阳自远表示，这样做月球车将过于沉重，且蓄电池的延续工作时间也达不到14天。同样的，其他电池也行不通，不仅提供的能量功耗和供能时长达不到标准，也难以抵抗月球黑夜的超低温。

如此，核电池成了唯一的选择。它可以“耐得住”月球恶劣环境，且长期提供能量使月球车上的仪器保持不低于零下40℃甚至更高的温度环境。在它的保温下，月球车可以“熬”过黑夜，等到白天继续进行探测工作。

驱动好奇号的核电池

与嫦娥三号一样，日前成功登陆火星的NASA（美国航空航天局）好奇号上也有核电池的身影。不同的是，火星车上的核电池和锂电池取代了太阳能电池翼片，独立驱动其行驶。所以，好奇号才算是“核动力驱动车”。

欧阳自远表示，火星与地球的昼夜时长相仿，昼夜的温差远不如月球，因此黑夜给仪器带来的影响不大。不过，火星离太阳比地球远得多，在火星表面太阳能的能量密度比地球小得多，单靠太阳能难以驱动好奇号这个重量超过900公斤的庞然大物，需要核电池提供能量。当然，月球车和火星车都没有必要“跑”得快，只需要以每小时几米的速度前进，所以核能驱动的功率不必很大。

据NASA报道，好奇号上的核电池学名叫做“多任务放射性同位素热电发生器”，重达45公斤，其中包含4.8公斤的核燃料——钚氧化物，长66厘米，直径约64厘米，功率约140瓦，至少可以保证14年的供能。在核电池外部，有几层保护材料，确保一旦出现意外时核燃料不会泄漏。

按照NASA的计划，好奇号将行驶超过19公里，并将在火星表面爬坡。这时，核电池能够驱动火星车前进并完成探测任务，还能够与地球保持联系。

核电池依靠放射性元素衰变供能

无论是嫦娥三号月球车，还是好奇号火星车，车上的核电池原料都是钚238。它的半衰期约为80年，衰变过程中释放出能量，可保持二三十年的生命力。

由于使用了核燃料，核电池难免与核武器、核电站联系在一起，令人产生爆炸、污染等担忧。好奇号使用核电池就曾引发环保组织的强烈抗议，并推迟了发射日期。

对此，国家核电技术公司科研部处长朱书堂告诉记者，核武器、核电站的原理是核裂变，产生的能量大，过程剧烈，需要一系列控制系统，否则就会产生核爆炸。而核电池靠的是某些不稳定的原子核自然衰变（不稳定元素衰变后形成另外一种元素），这一过程中释放出能量，一般为热能，这一能量比核裂变产生的能量小很多。此外，核衰变比裂变“温柔”得多，不存在核爆炸的危险，但是因其原料具有放射性，一旦发生泄漏有核污染的可能。

以嫦娥三号和好奇号所用的钚238来说，它在不断地衰变中，射出阿尔法粒子，释放出热量，此时金属表面会变得通红，温度可达五六百度，再经由温差热电转换器形成电能，期间会有一定能量损失。

“之所以选择钚238，是因为它的半衰期80余年，也就是说核电池内的钚238的原子数减少到一半需要80年”，欧阳自远告诉记者。这样的半衰期，意味着它衰变得比较快，可以让核电池提供热源。同时又不会衰减得过于快，能够保证核电池二三十年内正常运转。而有的放射性元素半衰期太短，核电池的使用寿命也太短；有的放射性元素半衰期过长，可以达到几百万年甚至几十亿年，核电池的功率太低。

我们需要核电池么？

朱书堂表示，早在上世纪五六十年代，核电池的理论就已出现，早已是一项比较成熟的技术。但是技术可行，并不意味着能够完美“做”出核电池。尤其是核电池用于太空探索，更需要注意稳定性、安全性，还要尽量做得小、紧凑。因此，在控制技术达不到的情况下，很难做出核电池。

此外，我国之前没有把核电池用于太空探索还有另一个原因：是否需要使用它。欧阳自远介绍，之前嫦娥一号、二号都是月球探测卫星，太阳能电池足以完成探测的能源需求，完全没有必要使用核电池。

同样的，虽然嫦娥三号使用了核电池，也不意味着我国今后的太空探索都会用核电池。正如欧阳自远所说，对于核电池不必“谈核色变”，也不必认为它是太空中不可或缺的。

核电池篇2

【关键词】换料水池；水闸门；AP1000核电机组；可行性

0 概述

AP1000核电机组换料水池水闸门安装在堆内构件存放池与反应堆换料水池之间的槽道内，如图1所示，堆内构件存放池中安装有上部堆内构件和下部堆内构件存放架，反应堆换料水池内安装有反应堆压力容器。

图1 换料水池

机组大修过程中，当燃料组件卸载至乏燃料水池、上部堆内构件吊运至上部堆内构件存放架上之后，反应堆水池需排水以进行低水位阀门检修工作，而此时放置于上部堆内构件存放架上的上部堆内构件，只有底部的2667mm能被水淹没，其余1781.6mm高度暴露在水面之上，42根堆内核测仪表活化段只有底部的2496mm能被水淹没，其余的1771mm长度暴露在水面之上。经初步计算分析，暴露在水面之上的上部堆内构件及堆内核测仪表将产生不可接受的辐照剂量。因此，在压力容器低水位期间，上部堆内构件及堆内核测仪表暴露在水面以上部分需要采取有效措施进行辐射屏蔽。

1 低水位工况的必要性

参考国内其他核电站换料大修水位图，并结合AP1000机组反应堆的特点进行分析，AP1000机组的大修关键路径水位图如图2所示：

图2 大修关键路径水位图

1.1 必须在压力容器低水位条件下进行的工作

与反应堆冷却剂系统有接口的系统包括PXS、RNS、CVS等系统，这些系统中安装有位置低于压力容器法兰面的阀门22个，比如RNS隔离阀（RNS-PL-V001A/V001B），这些阀门的检修工作必须在低水位期间进行。

另外还有14个与一回路冷却剂剂系统（RCS）直接接口的阀门，安装高度在107英尺及135英尺之间，对这些阀门检修时，也需要将水位降低到压力容器法兰面水位107′11″以下。

1.2 适合在压力容器法兰面以下水位或低水位条件下进行的工作

（1）压力容器法兰面的检查、修复工作

压力容器法兰面检查是核电厂每次换料大修必须做的工作，主要目的是检查法兰面是否存在划痕、点蚀等缺陷，如果存在缺陷则进行适当的修复工作。

（2）压力容器主螺栓孔的检查、修复工作

压力容器主螺栓孔检查也是核电厂每次换料大修必须做的工作，主要目的是检查主螺栓螺纹孔螺纹是否损坏，如有损坏则必须进行修复。

参考国内其他核电站换料大修计划，AP1000核电站压力容器法兰面、主螺栓孔的检查、修复工作有三个时间窗口可以安排：一是，在反应堆开盖阶段，一体化顶盖未吊离时，但此时为关键路径会占用换料大修主线时间。二是，在反应堆扣盖阶段，燃料组件已装载到堆芯，上部堆内构件已回装到压力容器之后，此时同样为关键路径也会占用换料大修主线时间，但更严重的风险是此时开展这项工作会给压力容器带来重大的异物风险隐患，一旦在工作过程中，所使用的工器具、物料等掉入到压力容器中，要取出它必须将上部堆内构件重新吊运出压力容器，并卸载全部燃料组件，异物找到后再重新安装燃料组件和上部堆内构件，这将会大大延长机组大修所用时间，造成巨额经济损失。三是，在低水位工况下开展此项工作，此时本项工作不是关键路径，对大修主线时间没有影响，且堆芯燃料已经卸出至乏燃料水池，堆芯防异物风险也可以接受。

目前，国内运行核电厂此两项工作均安排在低水位期间进行，检修人员可以直接进入到反应堆水池底部对压力容器法兰面、主螺栓孔进行检查，对缺陷进行测量记录和修复。此项工作也可以在换料水池满水工况下使用水下摄像装置远程进行检查，但当法兰面发生缺陷时（如划痕、点蚀等）水下摄像装置无法对缺陷的形状和尺寸进行测量，且目前业内也没有在水下进行压力容器法兰面、主螺栓螺纹空螺纹修复的实例，没有可以借鉴的成熟经验。

（3）蒸汽发生器堵板安装工作

如果在反应堆开盖之前，半管运行时进行蒸汽发生器堵板安装工作，此时燃料组件仍安装在压力容器中，RNS持续运行，以冷却一回路冷却剂，压力容器水位处于热管段的80%高度处，水位标高为102′0.3″，此时水位距离蒸汽发生器水室进口管嘴下缘1928mm，距水室出口管嘴下缘1830mm。

考虑到一回路冷却剂水位突然升高，进入到蒸汽发生器水室的风险，在燃料组件还未卸出压力容器，反应堆未开盖，一回路冷却剂处于循环的状态，蒸汽发生器水室未隔离的情况下，进行蒸汽发生器堵板安装工作，严重威胁堵板安装人员的人身安全。

目前国内运行核电站蒸汽发生器堵板工作均安排在低水位期间进行，还没有运行核电站安排在半管运行阶段进行蒸汽发生器的堵板安装工作。

1.3 十年大修工况分析

机组十年大修期间，下部堆内构件需吊运出压力容器，存放于构件池中的下部堆内构件存放架上进行在役检查。下部堆内构件吊出压力容器之后，换料水池处于满水状态，下部堆内构件及压力容器的在役检查结束，下部堆内构件可回装至压力容器，之后再进行低水位检修工作。通过合理安排大修计划，使下部堆内构件吊出压力容器及低水位检修时间相互错开。

只有在一些特殊情况下，如下部堆内构件吊运出压力容器之后，在压力容器底部发现异物，此时如果反应堆水池能排水至低水位（压力容器法兰面水位以下），将更有利于压力容器底部异物打捞工作的进行。

2 低水位期间上部堆内构件辐射剂量分析

为进行低水位工作，换料水池必须排水，换料水池水位情况如图3所示。此时上部堆内构件吊出存放于上部堆内构件存放架上，上部堆内构件只能被构件池中的水部分淹没，其余部分没有水层屏蔽暴露在空气中。

图3 低水位期间换料水池水位示意图

反应堆水池底部标高为107′2″，构件池底部标高为98′1″，两侧高度差为9′1″（2768.6mm），也就是说换料水池排水的情况下，构件池中能储存的水的深度最大为2768.6mm。

上部堆内构件存放架支撑环上表面距离构件池水池底面高度为3574.3mm，上部堆内构件存放于上部堆内构件存放架上时，上部堆芯板燃料定位销顶部距离构件池地面101.6mm，上部堆内构件燃料定位销及下部堆芯板高度为170.7mm。

由此可算出上部堆内构件底部最大可被水淹没的高度为2667mm，上部堆芯板顶部最大可被水淹没高度为2496.3mm。

AP1000机组有42根堆内核测仪表，机组运行期间，插入到燃料组件中，测量堆芯的中子通量及堆芯出口温度。从压力容器中吊出上部堆内构件前，需要通过提升仪表格架组件（IGA）将堆内核测仪表从堆芯中抽出。堆内核测仪表中有4267mm的长度在机组运行期间是插入到燃料组件中的，上部堆内构件吊运至其存放架上时，插入堆芯的堆内核测仪表只有下部的2496mm能被水淹没，其余的1771mm没有水层屏蔽。

机组低水位时，上部堆内构件因含有堆内核测仪表活化段，是极强的辐射源，在构件池低水位情况下，经计算，在经过一个燃料循环之后，压力容器法兰面近端剂量率值为57.6mSv/h，压力容器法兰面附均辐射剂量率值为41mSv/h，135平台水池边最大辐射剂量率值为241mSv/h，实际的辐射水平还可能大于计算值。

上部堆内构件存放在低水位构件池中，维修人员进入压力容器法兰面平台作业，将会接受到很高的剂量照射，具体计算数值见表1：

表1

国内和部分美国运行电站的数据表明其年集体剂量大约为400man*mSv/堆・年，最近几年WANO集体剂量指标显示其中值水平约为550man*mSv，先进值230man*mSv。从计算结果来看，仅压力容器主螺栓孔检查及修复工作，集体剂量就可能达到717man*mSv，已超过了辐射管理目标值。此外，由于压力容器法兰面、135平台等区域的辐射水平非常高，辐射防护管控稍有闪失，个人剂量就可能超过管理限值。

通过分析计算，在低水位期间，带有堆内核测仪表的上部堆内构件存放于上部堆内构件存放架上，不采取必要的辐射屏蔽措施，所产生的辐照剂量是不可接受的。

3 干式屏蔽罩及换料水池水闸门两种方案对比

为屏蔽上部堆内构件及堆内核测仪表的辐照剂量，可考虑采用干式屏蔽罩及增加换料水池水闸门两种方案。

3.1 干式屏蔽罩

干式屏蔽罩方案，是在低水位期间，用一个屏蔽罩扣在上部堆内构件及堆内构件吊具上，包容住上部堆内构件及堆内构件吊具，达到屏蔽堆内构件及堆内核测仪表辐照剂量的目的。

3.1.1 屏蔽罩材料选择

根据工程经验，可能的屏蔽罩材料包括：重混凝土、铅、钢等。

混凝土：混凝土价格低廉，易于成型，钢筋混凝土是常用的屏蔽材料。缺点是密度较小，一般为2.5g/cm3。可通过添加铁矿石或钢筋支撑来提高密度，密度可达到4g/cm3。缺点是作为移动屏蔽体，吊装组装操作过程中容易因磕碰产生碎屑，造成污染，带来异物风险。密度较低，屏蔽体体积较大。

铅：铅材料密度高，可达到12.7g/cm3，屏蔽效果较好，是常用的屏蔽材料。但铅结构性能较差，质地较软，容易扩散，造成污染，并对人体健康有害。可用钢+铅制成屏蔽体，以改善其结构特性。但当屏蔽体重量较重时，作为结构材料的钢材用量较高，部分抵消了铅屏蔽体积小的优点。另外，复合结构不能完全保证铅不向外扩散。

钢：钢的密度较高，可达到7.8 g/cm3以上（不同的合金钢材密度有差异），屏蔽效果较好。钢的强度高，结构性能好，易于加工成型。反应堆一回路相关系统的主要材料为各种型号的不锈钢，如上部堆内构件材料主要为304不锈钢，堆内探测器包壳为316L不锈钢。采用不锈钢作为屏蔽材料，屏蔽材料与一回路相容性较好，不需要特别考虑引入异种材料增加一回路系统电化学腐蚀的可能。

综上所述分析，可知以304不锈钢或316不锈钢作为屏蔽罩材料是较优选择。下面的屏蔽罩尺寸计算以304不锈钢为基础。

3.1.2 屏蔽罩尺寸

要将压力容器检修区域和135平台的辐射剂量率减弱到原来的1/1000，屏蔽后压力容器检修区域的最大辐射剂量率降低到57.6uSv/h，135平台构件水池边缘的最大辐射剂量率降低到241uSv/h的目的，屏蔽罩所需的厚度为：1/2×S21000 =199.3mm（1/2为不锈钢对Co-60源的半减弱厚度，1/2=20mm）。

上部堆内构件及堆内构件吊具的最大直径为4577mm（不包括导向装置尺寸），在拆除吊具工作平台栏杆的情况下，上部堆内构件及堆内构件吊具的高度为11504mm。

为包容住上部堆内构件及堆内构件吊具，干式屏蔽罩的内径应不小于4577mm，屏蔽罩内部高度应不小于11504mm，为使得压力容器检修区域的最大辐射剂量率降低到57.6uSv/h，135平台构件水池边缘的最大辐射剂量率降低到241uSv/h，屏蔽罩的厚度要达到199.3mm。通过计算，该屏蔽罩的重量将达到310吨，超过了环吊的最大起升重量（环吊的最大起升重量为300美吨，约合272吨），也超过135平台及构件池池底的承重能力，且干式屏蔽罩与堆内构件及换料水池池壁之间的间隙很小，给屏蔽罩的吊装带来困难。因此采用干式屏蔽罩的方式来屏蔽上部堆内构件及堆内核测仪表的辐照剂量的方案是不可行的。

图4 上部堆内构件及堆内构件吊具尺寸

3.2 换料水池水闸门

换料水池水闸门安装在构件池与反应堆水池之间的槽道内，可将构件池与反应堆水池隔开，并实现密封，将整个换料水池一分为二。当水闸门安装时，可实现反应堆水池单独排水，而构件池仍保持充水状态。

西屋设计中删除了换料水池水闸门的设计。虽然如此，CA01模块中仍保留有安装水闸门的槽道，换料水池水闸门作为了可选项。

增加换料水池水闸门，水闸门安装到构件池及反应堆水池之间的槽道中之后，可实现构件池与反应堆水池的密封，在压力容器低水位期间，反应堆水池可以排水以便进行低水位检修工作，而构件池可以保持满水状态，以屏蔽上部堆内构件及堆内核测仪表的放射性剂量，如图5所示。图5 换料水池水闸门使用示意图

CA01模块中，换料水池水闸门槽道的高度为8560mm，宽度为5690mm，厚度为458mm，经计算，3864mm高度的换料水池水闸门就能将上部堆内构件及堆内核测仪表的剂量屏蔽到原来的万分之一，即压力容器检修区域剂量率降低到5.76μSv/h，135平台边缘最大剂量率降低到24.1μSv/h。当下部堆内构件处于构件池中的下部堆内构件存放架上时，5817mm高度的换料水池水闸门能将下部堆内构件活化段的辐射剂量降低到原来的万分之一。

4 结论

为进行压力容器法兰面、主螺栓孔检查、修复，低水位阀门检修，蒸汽发生器堵板安装等工作，压力容器低水位工况是机组大修期间必须经历的工况。但由于堆内核测仪表极高的放射性剂量，在机组低水位期间，如不采取措施进行屏蔽，所造成的人员辐射剂量是不可接受的。通过综合分析干式屏蔽罩和增加换料水池水闸门两种屏蔽方案，最终证明采用换料水池水闸门进行屏蔽上部堆内构件及堆内核测仪表剂量的方案是可行的。

【参考文献】

核电池篇3

退休牙医巴尼• 克拉克（Barney Clark）是第一个安装人工心脏的人。那是1982 年，它救了克拉克一命，但没持续多久。这颗名为Jarvik-7 的心脏只工作了112 天。当克拉克站在洗衣机大小的电源旁边给“心”充电时，突然死于突发脑溢血。而此前，医生最担心的其实是用来充电的导线，它连接着体内的心脏和和体外的电源，成了一个很容易导致感染和并发症的通道。其后移植人工心脏的人，确实不乏死在这上面的。从此之后，科学家一直在寻找可以连同本身的动力装置都放入病人胸腔的人工心脏。而且不光是装进去，最好还能彻底摆脱充电。鉴于这样的要求，核电池似乎是一个绝佳的选择。

地下三米有核电

核电池现在算不上是科幻作品的主角了。美国人已经做出了成品，虽然体积仍然很大，装不到人身上。那是一块直径1.5 米，高2 米的电池，但它可产生70 MWt（百万瓦热功率）的电力，相当于可在5 到10 年内满足两万户一般美国家庭或相同能量需求的工业用户使用。它诞生于美国新墨西哥州中北部的洛斯• 阿拉莫斯国家实验室(LANL)。20 世纪40 年代，这里诞生了第一个原子弹。半个多世纪后，一项由美国商务部、美国国务院和美国能源部联手发起的民用核电行业促进计划也从这里开始。

2008 年9 月底， 得到LANL 的授权， 美国HPG 公司（Hyperion Power Generation） 的首席执行官约翰• 格里兹• 迪尔（John Grizz Deal）在第52 届国际原子能机构大会上介绍了一种独立小型核电模块――Hyperion Power Module(HPM)。“最初开发HPM 是为了向油砂作业等偏远工业应用提供干净、平价的电能。”Deal 表示。HPM符合GNEP（Global N u c l e a r E n e r g y Partnership，全球核能合作计划）的所有不扩散标准，是适用于任何地方的安全、持续、清洁、无放射的能源，而且它“所需的人力财力仅是传统核电站的一小部分”。

这种3000 万美元一块的核电池可以用卡车、火车和轮船运输，将它埋于3 米深的地下即可使用。在使用期内，不用添加燃料，在建设难度和耗时上也比常规电厂有优势――它的体积仅为加拿大的重水堆的48 分之一，法国法玛通的压水堆的64 分之一，所以它不需巨大的混凝土密闭建筑、冷却塔以及电力传输设施，而且不需要水进行冷却。“对于没有并入电网的偏远城镇、矿山和海上钻井平台等地方再合适不过了。”迪尔表示。核电模块耗尽后可运回工厂添加燃料，继续使用。

核反应堆最大的问题是防止链式反应失控， 需要使用石墨制成的控制棒， 而HPM 使用的是氢化铀（Uranium Hydride) ，一种无法用于武器生产的低浓铀燃料。氢化铀燃料温度超过550℃就释放氢原子，于是自行冷却，流出核心的氢就存在反应堆内特制的储存盘里。等到失去氢原子的燃料的温度降低到一定程度，燃料又会从储存盘内取回氢原子。整个反应过程，反应堆温度保持在一个区间内上下波动，链式反应不会失控，因此不需要密闭混泥土建筑。

加拿大的油砂开采业是“核电池”装置的首批目标市场之一。油砂开采和提炼的最大环保问题就是需耗费大量电力，目前主要依靠天然气发电。而使用体积小、投资少的核电模块则可以帮助大大降低温室气体排放。“需要为偏远或电能稀缺社区提供可靠电力的各方也一直对这个产品有极大的兴趣。事实上，我们的主要客户是进行混合用途开发的欧洲公司。” 东欧的一家能源投资公司已经与HPG 公司签订了购买6 台核电模块的意向书，后续还将购买50 台以上，该公司计划将这些“核电池”安装在罗马尼亚和捷克。

问题是，每台HPM 会产生一个足球大小的核废料，该如何处理？尽管HPG 会对核电池进行实时遥测监控，现场也有监控设施，但它的运作很少需要人工干预，如何能防范其被利用？毕竟从大型核电设施、核动力航空母舰或是美国的“旅行者”（Voyager）卫星上弄到核原料相比，从偏远小村挖出一个小盒子的技术含量要少很多。

利用同位素衰变

人们想到了更小体积的核电池。这类电池需要的是更加缓慢的核反应――同位素的衰变。

同位素在自然衰变中可以放出比一般物质大得多的能量，衰变时间也比较长。1 克镭在衰变中释放的能量是1 克木柴燃烧时释放能量的60 多万倍，衰变时间有1 万年之久。放射性同位素在衰变过程会持续释放出具有热能的射线，再通过半导体换能器将射线的热能转变为电能，就构成了核电池。

与化学电池相比，核电池在移动性和承受震动方面更好，在-100°C~150°C 时都能运作，在使用期限内不需更换什么，并且核电池释放出的能量大小、速度不受外界的温度、化学反应、压力、电磁场等的影响，特别适用于长期供电困难的气候监控设备、卫星和宇宙飞船这类太空设备上。早在1959年1 月，美国制造出了第一个放射性同位素电池，1800 克的它在280 天内发出了11.6 度电。后来美国的“海盗1 号”、“海盗2 号”两艘宇宙飞船的工作电源用的都是核电池――一般的化学电池无法在温差超过100℃的火星表面正常工作。中国今后也将借助同位素电池，保证月球车在月球上的正常运转。

2005 年5 月13 日，美国与加拿大的一些研究人员与BetaBatt 公司向人们介绍了一款同位素核电池的原型产品BetaBattery。就像太阳能电池从传入的光子吸收能量，并产生电力一样，BetaBattery 核电池利用多孔硅半导体（porous-silicon diode）捕捉放射性气体――已知危险系数最低的放射性元素氚（Tritium）――发出的自由电子，产生能量。

氚是元素氢的一种放射性同位素，专用符号T。有些夜光表上标的“T”就表示手表是采用氚激发密封灯管管壁上的荧光物质发光。氚会发射β 射线而衰变为氦3，过程中会放出高速移动的电子，但不会穿透人体，所以只有大量接触或吸入，才会对人体有害。它的半衰期为12.5 年，以此制备的电池至少10 年不用充电或更换电池。

但安全始终是最让人担心的。“用非常薄的材料――例如一张纸，都可以阻隔它的辐射。”BetaBatt公司首席执行官拉里• 盖德肯（Larry Gadeken）表示，“就像一个普通的电池把化学物质包在里面一样，BetaBattery 的密封金属盒可以把整个放射性物质包裹在内部。”可是人们对核辐射的恐惧仍然是最大的障碍。核电池要想出现在手机、PDA、笔记本电脑等各种便携式电子设备中，甚至还想应用于人体内（人造器官比电子设备更迫切地需求有核电池这样的电源），就必须要让人们摆脱对核辐射的恐惧。

核电池篇4

一、《蓄电池组单节电池故障查找办法》的产生背景

变电站蓄电池作为备用电源在电力系统中起着极其重要的作用，在交流电失电或其它事故状态下蓄电池组一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪。蓄电池组供电能力不足，一般都是由蓄电池组中落后单节造成，而整组电池容量是以状况最差的那一节电池容量值为短板，如果不能查找失效单节，就会造成整组电池报废。因此查找、替换落后单节电池是密封电池维护的主要工作。在提高电池性能，减少维护工作量的同时，如何快捷有效地检测出早期失效电池并预测蓄电池性能变化趋势已成为电池运行管理的新课题。

二、《蓄电池组单节电池故障查找办法》的内涵

我们通过对所辖变电站蓄电池组运行维护情况的调研，找出单节电池损坏对整组蓄电池运行的影响，并对目前变电站蓄电池容量检测方法存在的缺陷进行了分析，靠电池端电压不能反映电池实际容量，也无法及时发现故障或失效的电池，采用人工测量电压，受安装空间所限，实时性差，无法及时确定单电池的在线状态。最终我们采用通过找出整组蓄电池中落后的单节，掌握单节蓄电池的老化程度，进而重点维护乃至剔除短板电池的方法来提高整组蓄电池的使用寿命。并且内阻测试仪在检测电池内阻时不需要把电池从系统中拆除， 2-3秒钟测试一节电池，可通过跟踪单节电池内阻变化程度，达到维护蓄电池的目的。而直接在线检测，工作量小，操作方便，不会影响电源系统的工作，避免了电源系统风险。

三、《蓄电池组单节电池故障查找办法》的主要内容和做法

1、首先，找出单节电池损坏对整组蓄电池运行的影响。

变电所正常运行时直流系统的负荷基本稳定，由充电机供电，而蓄电池组做为备用电源。整组电池充电的特性是，如电池组内有一个或几个内阻变大的老化电池，其容量必然变小，充电器给电池组充电时，老化电池因容量小，将很快充满。充电器会误以为整组电池已充满而转为浮充状态，以恒定电压和小电流给电池组充电。其余状态良好的电池不可能充满。电池组将以老化电池的容量为标准进行充放电，经多次浮充--放电--均充--放电--浮充的恶性循环，导致性能良好的电池的活化频率极低，电池的极板活性物质逐步固化，使电池的容量逐步降低，电池后备时间缩短。

由于蓄电池运行状况是长期处于浮充电状态，会造成电池化学能与电能相互转化的活性降低。在运行过程中，随着使用时间的增加必然会有个别或部分电池因内阻变大，呈退行性老化现象，而整组电池的容量是以状况最差的那一块电池的容量值为短板，当电池实际容量下降到其本身额定容量的90% 以下时，电池便进入衰退期，当电池容量下降到原来的80%以下时，电池便进入急剧的衰退状况，衰退期很短，而且蓄电池组都是串连起来，如果有一节发生问题，则整组都将失效，这时电池组已存在极大的事故隐患，加速老化而缩短使用寿命。同时，由于目前监测方式中存在的原理性缺陷，使电池组损害无法得以及时发现，东辛变、城中变曾发生过因蓄电池组整组性能大幅下降引起的直流异常消失或开关拒动的情况。

因此，如不对电池进行定时检测找出老化电池给予处理，电池组的容量将变小，电池寿命缩短，影响系统的高效安全运行。

2、其次，对目前变电站蓄电池容量检测方法存在的缺陷进行分析

一般变电站为确保直流系统供电可靠，不允许将蓄电池组从直流系统中断开。目前中区公司蓄电池监测有以下两种方法：

1）测量电池组（包括单只电池）的端电压。结构是由一个主控模块和数个采集模块组成，主模块接收监控器的命令，发送电池数据到直流设备监控器。采集模块中每个模块采集18节电池的电压，通过直流充电设备的监控器可显示各单节电池电压，判断故障电池的编号且给出报警。这类电池巡监仪一般由直流设备生产厂家提供，在订货时它是选配装置，由于功能单一、不能测试容量、且测量精度差、容易误报。测试示意图如图1：

值班员通过监视器虽然能反映运行中蓄电池的端电压，但靠电池端电压是不能反映电池实际容量的，也无法及时发现存在故障的失效电池，并且城南、华建等变电站采用人工测量电压，受安装空间所限，一半电池无法正常测量，运行检查实时性差，操作风险大，无法及时发现单电池是否被过充电、过放电。

2）通过核对性放电判别蓄电池的容量（每年一次左右）；

目前蓄电池容量检测方法是进行整组核对性放电，即把蓄电池组连接到负载箱，然后进行放电，来验证蓄电池的容量，但是这种方法有很多隐患和缺点：

a、放电时间长，风险大，电池组须脱离系统，蓄电池组所存储的化学能全部以热能形式消耗掉，既浪费了电能又费时费力，效率低。

b、进行核对性放电试验，必须具备一定条件，尽可能在变电站交流电基本保障的条件下进行。还需要解除重合闸压板，给安全供电带来隐患。如蓄电池测试过程中发生停电，则可能导致系统瘫痪。

c、核对放电只能测试整组电池容量，不能测试每一节单体电池容量。由于内阻最大的单节电池容量已达放电额定容量，从而导致其他电池由于放电深度不够，其劣化或落后程度还不能完全充分暴露出来。

d、有损蓄电池的容量。由于蓄电池的内部化学反应不是完全可逆的。全深度循环放电的次数是有限的，所以，不适宜对铅酸蓄电池频繁进行深放电。但是间隔时间过长，两次核对之间的蓄电池状态是不确定的。蓄电池的容量下降到80%以下后，蓄电池便进入急剧衰退状况，衰退期很短，可能在一次核对放电后几个月就失效，而在剩下的时间内电池组已存在极大的事故隐患。

通过对7个变电站蓄电池故障原因的分析总结可知，蓄电池内阻值随容量的降低而升高，也就是说，当蓄电池不断的老化，容量在不断的降低时，蓄电池的内阻会不断加大。对比整组蓄电池内阻或跟踪单体电池内阻变化程度，可以找出整组中落后的单节电池。通过跟踪单节电池内阻变化程度，掌握单节蓄电池的老化程度，达到维护蓄电池的目的。

3、采用蓄电池内阻测试仪测量蓄电池荷电状态以及连接电阻参数，判断蓄电池健康状态。

我们通过蓄电池内阻在线测试，测量到了单节及多组电池的电压、内阻、容量等重要参数，通过对数据进行分析，精确有效地挑出了落后电池，并且可以在单电池测试的同时，报告电池的状态（优、良、中、换、异常），可以跟踪电池的衰变趋势，为蓄电池的运行维护提供合理的建议，弥补了核对放电检测的缺点。

四、《蓄电池组单节电池故障查找办法》的实施效果

1、及时发现落后电池，维护工作量减小，通过内阻测试可以很快寻找落后电池，提高维护效率，确保系统安全有效运行。

2、内阻测试可以在线测量，不会影响系统的正常工作，同时测试花费时间短，日常维护非常方便。

核电池篇5

关键词：阀控式密封铅酸蓄电池 寿命 影响因素 预防措施

阀控式密封铅酸蓄电池性能稳定、可靠、维护工作量小，受到设计和运行人员的欢迎。但阀控式密封铅酸蓄电池对温度的反应灵敏，不允许过充电和欠充电，对充放电要求较为严格，要求有性能较好的充电装置，使用维护不当将严重缩短蓄电池的使用寿命。

1.阀控式密封铅酸蓄电池的寿命

阀控式密封铅酸蓄电池的寿命分为设计使用寿命和使用寿命。

1.1设计使用寿命

设计使用寿命是厂家设计的按规定的环境运行的寿命。一般的阀控式密封铅酸蓄电池的正常运行条件是在温度为25oc、浮充电压在2.25～2.27V（13.5～13.62V系6单体），2V蓄电池的寿命为10～15年，而6V和12V系列设计使用寿命为3～6年。

1.2使用寿命

使用寿命是阀控式密封铅酸蓄电池在安装现场的实际运行使用寿命。一般阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命小于其设计使用寿命，一般使用寿命为不到设计使用寿命的一半或更短。

2.影响阀控式密封铅酸蓄电池寿命的因素

由于极板种类、制造条件、使用方式有差异，导致蓄电池失效的原因也各异，这些归纳为铅酸蓄电池失效的内部因素。除此之外，蓄电池失效还和一些外部因素有关，如放电深度、放电电流密度、充电电流倍率等。

2.1影响阀控式密封铅酸蓄电池寿命的内部因素

2.1.1阀控式密封铅酸蓄电池硫酸盐化

（1）硫酸盐化的原因

蓄电池由于长期欠充电或过充电，浮充电压低于2.23～2.28V（25oc）或高于2.23～2.28V （25oc），使蓄电池缺水严重，电解液密度过高，在蓄电池负极形成一种较大的、难以接受充电的PbSO4结晶，此现象成为不可逆硫酸盐化。轻微的不可逆硫酸盐化，尚可用一些方法使它恢复，严重时会导致电极失效，充不进电。在对阀控式密封铅酸蓄电池进行核对性放电时蓄电池放不出额定容量。

（2）预防措施

1）对蓄电池浮充电时，单体电池电压应保持在2.23～2.25V，取2.25V/单体（（25oc）。

2）避免蓄电池深度放电。

3）对核对性放电达不到容量的蓄电池，应进行三次核对行放充电，容量仍达不到额定容量的80%以上时，应更换蓄电池组。

2.1.2阀控式密封铅酸蓄电池热失控

（1）热失控的原因

对于阀控式密封铅酸免维护蓄电池，要求充电电压不超过2.37V。充电电压过高、充电电流过大，产生的热将使电解液温度升高，导致电池内阻下降，内阻的下降又使充电电流增大。电池的温升和充电电流过大的互相加强，这样反复循环使电池出现热失控，最终导致电池因过热变形、开裂、损坏。

（2）预防措施

1）要克服热失控，除对电池本体提出要求外，还应注意以下几点：蓄电池室内或蓄电池柜要有较好的通风；环境温度不宜过高，整流充电装置必须具备限流、恒压功能，且恒压应保持在±1%的范围内。

2）为了提高电池的散热效率，电池制造厂常用强化聚丙烯作为电池的外壳材料。这种材料散热性能好，强度高，防渗漏和阻燃性能好。在结构上，将单体结构外壳紧贴外附的钢壳安装，或采用瓦楞状设计，并在钢壳上开孔，使叠装的电池组有数条上下贯通的通风道以利散热。

2.1.3阀控式密封铅酸蓄电池早期容量失效

阀控式密封铅酸蓄电池在使用过程中，只几个月或一、两年，其容量就低于额定值的80%；或整组蓄电池虽然普遍很好，但其中个别蓄电池的性能急剧变差。个别蓄电池失效，在整组蓄电池充电时，失效蓄电池电压上升迅速。整组蓄电池尚未充足电时，失效蓄电池已处于过充状态，将导致失效蓄电池失水速度加大。同时因失效蓄电池的影响，导致整组蓄电池充电电压升高，充电电流下降，充电时间延长，影响蓄电池的使用寿命。

（1）早期容量失效的原因

1）蓄电池设计和制造原因。实践表明，阀控式密封铅酸蓄电池中，正负极板跟玻璃纤维隔板中电解液脱离接触使蓄电池早期容量失效的根本原因。

2）生产工艺不当，原材料不合格。阀控式密封铅酸蓄电池组中个别蓄电池失效有可能是由于生产过程中个别偶然因素引起的，如组焊极群时有微小铅粒落入极群中、蓄电池加酸量控制不严、不合格部件装入蓄电池中、某些原材料不合格等。

3）没按要求对蓄电池进行维护，对蓄电池在运行中的问题没有及时发现。

（2）预防措施

1）在设计和制造中应适当提高极群组装压力，使隔板压缩率达到15%～20%；同时适当增加电解液量，并在蓄电池外壳强度允许的条件下适当提高安全排气阀的开启压力，减少开阀次数，以防失水速率加大，解决正、负极板跟玻璃纤维隔板中电解液脱离的问题。

2）蓄电池制造厂严格控制各工序的质量和严格防止不合格原材料进入生产工序。

3）建立蓄电池运行维护制度，对问题蓄电池及时发现、及时处理。

4）新蓄电池组在安装投产前按规程、规范要求进行一次全容量的核对性放电试验，及时发现问题蓄电池。

2.2影响阀控式密封铅酸蓄电池使用寿命的外部因素

阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命和使用条件是密切相关的，如环境温度、放电深度、浮充电等因素都对蓄电池的使用寿命有着不同程度甚至很严重的影响。

2.2.1影响蓄电池使用寿命的外部因素

（1）放电深度

蓄电池的放电深度即使用过程中放电到何程度开始充电。铅酸蓄电池寿命受放电深度影响很大。生产厂家在对蓄电池进行设计时考虑的重点就是深循环使用、浅循环使用还是浮充使用。若把浅循环的电池用于深循环的方式使用，则铅酸蓄电池很快会失效。因此，放电深度越深，其循环寿命越短越短。

（2）放电电流倍率

阀控式密封铅酸蓄电池的放电过程中，先用小电流放电，使极板深层有效物质参加反应，再用大电流充电，化学反应只在表面进行，将缩短蓄电池使用寿命。

（3） 浮充电

浮充电电压设置过低，会因蓄电池充电不足，使电池极板硫化而缩短电池寿命。浮充电压设置过高，电池将长期处于过充电状态，使电池的隔板、极板等由于电解氧化而遭破坏，造成电池板栅腐蚀加速，活性物质松动，而使容量失效。此外实验表明，单体阀控式密封铅酸蓄电池的浮充电压升高10mV，浮充电流可增大10倍。浮充电流过大时，电池内的热量不能及时散掉，电池中将出现热量积累，从而使电池温度升高，这样又促使浮充电流增大。最终造成电池的温度和电流不断增加的恶性循环，即热失控现象。

（4）充电电流倍率

大电流充电时，电池内部生成的气体的速率将超过电池吸收气体的速率，电池的内压将提高，气体从安全阀排出，造成电解液减少或干涸。通常，水分损失15%，电池的容量就减少15%。水分的过量损耗。将使阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命提前终止。

（5） 充电设备

电池使用状态的好坏关键取决于电池的充电机设备，若充电机纹波系数超标，恒压限流特性不好，就会造成蓄电池过充、欠充、电压过高、电流过大，电池温度过高等现象，而缩短电池使用寿命。

（6） 温度

温度升高将加速蓄电池内部水分的分解，在恒压充电时，高的室温环境使充电电流增大，导致过充电。电池长期在超过标准温度下运行，则温度升高10oc，蓄电池寿命约降低一半。在低温充电时，将产生氢气，使内压增高，电解液减少，电池寿命缩短。

2.2.2预防措施

（1）严格按照规程要求做好蓄电池充放电试验，放电过程中要加强对蓄电池组及单体蓄电池电压的检测，特别是放电即将终止时更要加强对蓄电池电压的监测。当达到生产厂家规定的放电终止电压时，应立即终止放电，并按要求充电。

（2）阀控式密封铅酸蓄电池的充放电要按规定要求进行，对蓄电池进行充电时，一定要避免充电电流过大或发生蓄电池过充现象。特别严禁用小电流放电，大电流充电的工作方式。

（3）加强对蓄电池浮充电运行方式的管理。浮充电运行时，单体电池电压应保持在2.23～2.28V，通常取2.25V（25oC）。并根据环境温度对蓄电池的浮充电电压进行校正。

（4）阀控式密封铅酸蓄电池运行时，对充电设备的要求是：稳压精度不大于±0.5%，稳流精度不大于±1%，纹波系数不大于0.5。对于运行参数超标的蓄电池充电设备应予以更换。

（5）严格控制蓄电池运行场所的环境温度。阀控式密封铅酸蓄电池的最佳使用温度为25oC，推荐使用温度为5～30 oC。对蓄电池环境温度超标的运行场所，应采取调温措施。

3.结束语

根据《DL/T724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》，“新安装的阀控式密封铅酸蓄电池组，应进行全核对性放电试验，以后每隔3年进行一次核对性放电试验。运行了6年以后的蓄电池组，每年做一次核对性放电试验”。长期按浮充电方式运行的阀控式密封铅酸蓄电池，从每一只电池的端电压来判断电池的容量、内部是否失水和干裂是很难的。可靠的方法是通过核对性放电找出电池存在的问题，判断电池的容量。通过核对性放电试验及时处理发现的问题，不但可以保证直流系统工作可靠，还可以保证蓄电池达到设计的使用寿命。

参考文献

[1]中国电力出版社 李宏伟 张松林 《阀控式密封铅酸蓄电池》

核电池篇6

关键词：变电站直流系统运行维护

一.引言

直流系统是变电站的一个重要组成部分，直流系统建设的主要目的是为了保持电力系统运行的稳定和安全。随着科技力量的不断强大，许多新型的技术和设备都普遍的使用在了直流系统中，因此，探讨直流系统运行维护，并深入研究当中存在的问题，对今后的系统运行有着重要的意义。本文主要介绍变电站直流系统的构成以及其运行过程中存在的问题和解决措施。

二.变电站直流系统的构成

变电站直流系统采用蓄电池和整流装置并列运行，平时整流装置提供整个直流系统的用电和对蓄电池进行浮充方式供电，蓄电池组在断路器合闸和故障时提供电能。其直流系统中的操作电源、合闸电源等设计均成环形供电结构，从而保证直流系统的可靠性。

直流系统主要由充电装置、蓄电池组、控制单元、直流馈电单元、监测单元组成，其中主要是充电装置和蓄电池组，在变电站的日常运行维护中要充分认识存在的问题，排除弊端，以便于不断完善直流系统运行维护的经验。

三.定值的确定

充电装置主要由集中控制单元、交流配电单元、充电模块、降压单元、绝缘监测单元等设备构成，当中的充电模块主要是使用n+1的冗余模式。根据设计要求，220V的直流母线电压的合格条件范围必须在±10%内，因为装有硅堆降压装置，为了实现更加精确的报警系统，可以将高频开关电源的充电装置精度高和装有硅堆降压，因此，当直流母线电压超过±5%时，系统就会自动报警。另外，母线绝缘降低报警也可设置为正负电源对地电压小于30V。

四.直流系统存在的问题

1.充电机使用中存在的问题

⑴许多运行维护人员没有注意到充电机电压的日常整定问题。直流系统电压告警中间继电器整定偏高，造成继电器动作断开直流电源，将中间继电器电压整定值改变后恢复正常。

⑵充电机固有程序设定与蓄电池个数搭配不当引起的蓄电池充电电压过高，引起过充。如某变电站蓄电池固有102个，均充电压却固定整定为245 V，容易引起蓄电池过充。

⑶部分变电站出现充电机模块失效现象。

⑷部分变电站的相控电源由于自身原因(纹波系数较大)，可能对运行中的设备造成过热及其他附加损耗， 变电站如果做核对性放电试验，可能影响到电池寿命，如果不做核对性放电，将无法核对蓄电池容量，也可能给蓄电池和直流系统的安全运行带来负面影响。

2.蓄电池存在的问题

事实上，生产蓄电池的厂家各不相同、其维护方法和条件也有所差异、蓄电池结构不同、个体差异、或者维护人员维护业务不精等原因，蓄电池很容易发生提前失效的问题，严重时会导致整个蓄电池和电池组的损坏，会给电网的运行带来严重的威胁。杂质也会影响蓄电池的使用，致使端电压偏低的蓄电池电力不足，在运行中进行了大量放电之后机会使电力更加不足，从而导致蓄电池端电压下降，加剧了极板硫酸盐化，负极易产生硫酸铅的累积，蓄电池也会因此而提前失效。在生产过程中，由于制造过程的离散性导致各蓄电池出现不同的容量。在运行中，蓄电池的电池内阻会不断升高，当蓄电池重新充电时，电压就会持续上升，也会引发充电不足，当再次使用时，回充时该电池充电更加不足，如此恶性循环，只会让蓄电池提前结束使用功能，让整个系统无法正常运行。

3.绝缘监察装置存在的问题

现场主要的绝缘监察装置问题有装置死机、插件损坏、插件烧毁等。部分绝缘监察装置死机造成全站直流系统失去地点，另外有些绝缘监察装置在同一母线多路电源馈线同时下降时无法正确报警。直流系统的网络拓扑对绝缘监察装置是否正常运行造成决定性的影响，但到下一级回路又接上小母线，造成环网结构，而现场大部分绝缘监察装置都是采用辐射型检测原理，这就造成了失地时能报警却无法正确选线的问题。

4.设备的故障检查及问题处理

当变电站因不明原因停电时，充电装置则在运行之外，此时应立刻停止电流运行，减轻负荷，同时应密切监视蓄电池组的端电压，此时的电压不得低于放电终止电压。在接近放电终止电压前，要将电池转移或停用;蓄电池的具体情况要随时检查，并做好记录，对一些不合格的，如电压超标等，要进行及时更换。电压超标的标准:超过平均电压的±10%，在检查时，不能将充电机退出运行，此时应降低充电机的输出电压，使得蓄电池组正好保持在放电状态。

五.加强直流系统运行维护管理的几点建议

1.加快加强重要变电站的直流电源改造工作，更换纹波系数较大的相控电源为高频开关电源。

2.对220KV变电站的直流系统设两台整流装置和一台备用整流装置供充电及浮充电之用。备用整流装置可在任意一台工作整流故障退出时，切换代替其工作。设立两组蓄电池，每组蓄电池均按单组电池为整个变电站直流系统供电。

3.加强直流系统在线监测的应用研究和推广工作。对于蓄电池巡检仪应推广使用能综合蓄电池放电曲线、蓄电池端电压、内阻、容量测试等运行状态进行有效判断的在线监测装置。对于绝缘监察装置考虑使用在线式绝缘检查和便携式直流接地检测仪综合使用判断的方法。

4.对直流系统的降压硅堆回路采用环路运行或不设置降压硅堆回路，从而避免了直流系统的降压硅堆存在开路的隐患。

5.结合变电站综合自动化改造，改直流系统环网结构为辐射型网络结构，采取直流分屏方式，保证直流回路的完整清晰。对于未更改的变电站，希望通过普查找到解环点，便于今后改造和故障查找。

6.定期进行蓄电池组核对性放电试验，按每2年进行1次核对性放电，运行6年以上的蓄电池组1年进行1次核对性放电试验。

7.每年进行一次直流二次熔丝、空开普查核对工作，确保熔丝、空开级差选配合理。

参考文献：

[1]董明，魏秉政 变电站直流系统运行现状及存在问题分析[J]继电器2006，03

[2]李均甫，张健能，任雪涛浅谈变电站直流系统运行维护的几个问题[J]继电器2004，17

[3]陈芳，芦兴，胡伟浅议变电站直流系统运行维护的现状和对策[J]中国电力教育2009

核电池篇7

【关键词】锂电池；89C2051单片机；充电控制；电池保护

一、锂电池的性能特点

锂电池是目前常用的二次电池，可以反复充电和放电，其对充电器的要求是：在电池电压较低时，应采用不大的电流进行充电，当电池电压在正常范围时，采用标准容量电流进行充电，当充电快结束时，充电电流限制在较小的电流上。一般情况下，当电池电压小于3V时，充电电流应小于0.5C；当电池电压在3V-4.1V之间时，充电电流大约1C（此处C指电池容量）；当电池电压接近4.2V时，充电电流为0.1C，进入涓流充电一段时间，就应停止充电。当电池温度超出规定时，应停止充电以保护电池。

二、充电器的系统设计

1.系统组成的设计

作为技能大赛课题，电路系统设计时除了要考虑能良好实现上述锂电池充电的功能要求外，还要充分考虑技能大赛相关的知识和技能要求。根据国家电子技能大赛的有关文件，其知识内容应涵盖：模拟电路、数字电路、单片机原理与接口电路、通信原理、传感器原理、电子测量技术、电子产品整机制造与装接工艺、Protel99 SE软件、C语言编程、电子装接工、调试工等应知内容；其技能内容应涵盖：元器件识读与检测、手工焊接、各种仪器仪表的使用与检测方法、单元电路装接与检测调试、电子电路读图方法、单片机电路装接与调试、检测等。结合锂电池充电器的实际要求，本电路系统组成如图1所示。

（1）CPU控制采用89C2051单片机，考核单片机原理与接口电路相关知识；

（2）稳压电源采用7805，考核稳压电源相关知识；

（3）开关电源采用LM2576，体现新材料和和新知识；

（4）电流控制与电压判别采用LM358，考核集成运放的基本应用。LM358选用贴片元件，体现了电子产品制造新技术的应用；

（5）温度检测电路由LM324和热敏电阻构成，体现传感器于接口电路知识；

（6）模拟电池由LM358和分立元件构成，体现模拟电路知识；

（7）倒计时定时控制电路设计成单独的电路，需学生在万能板上装接布线，考核学生的电路装接能力。

2.系统参数设计

1.CPU

2.开关电源充电电路

3.电流控制电路

4.电压判别电路

5.温度检测电路

6.键盘控制

五、充电器制作

1.PCB板设计

PCB板的设计与制作直接影响硬件设计的成败，设计PCB板时，首先确保原理图正确，原理图见附图，然后进行元件布局与电路布线，努力将系统中各元件之间、电路之间可能产生的不良影响降到最低。

原理图绘制完成后，先检查每个元件的封装由于Protel2004采用了原理图符号和PCB封装集成在一起的集成库，故可在原理图中直接修改每个元件的封装，再使用设计项中的Update命令将封装传递到同一项目中的PCB中。

在将原理图成功传递到PCB后，先进行元件布局，再通过布线将其一一连接，在所有器件的连线和网络都传递到PCB后，仔细检查PCB图上的封装会连接飞线，根据实际情况进行调整元件位置。

考虑到技能大赛的实际需要，元件封装既有通孔元件，也有贴片元件，以考核学生两种不同性质元件的手工焊接技能；电路板也设计成印刷电路板和万能板两部分，全面考核学生的装接技能。电路板见图10。

2.装配焊接与要求

（1）印制板插件位置正确，元器件极性正确，元器件、导线安装及字标方向均应符合工艺要求；接插件、紧固件安装可靠牢固，印制板安装对位；无烫伤和划伤处，整机清洁无污物。

（2）要求电子产品的焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺；引脚加工尺寸及成形符合工艺要求；导线长度、剥头长度符合工艺要求，芯线完好，捻头镀锡。

3.电路调试

（1）不接模拟电池，调W3使充电电压为4.2V（3分）。

（2）按键选择进入在充电状态，调节模拟电池电压为3.5V，调节W4使限流电流为0.6A。

（3）完成上述调节以后，按键选择进入低压充电状态，测量此时充电电流为为0.2A，如果偏离很大，则要修改软件参数。

（4）按键选择进入涓流充电状态，测量此时的充电电流为60mA，如果偏离很大，则要修改软件参数。

（5）调节W1，使UC4的2脚未4.1V实现涓流判断，调节W2使UC4的6脚为3V时实现低压判断。

（6）按键选择进入自动状态，调节电池电压（调W5），使电路进入低压充电状态，检测电池电压是否≤3V，调节电池电压使电路进入涓流充电状态，检测电池电压是否≥4.1V。

六、结语

核电池篇8

【关键词】 中心局房 蓄电池 大电流放电 必要性

中心机房的开关电源所带负载都是核心网络设备，平常考虑到核心网络设备的运行安全，所以进行配套大容量蓄电池测试时一般都只采用离线测试方式，而且一般都是采用10小时放电率进行核对性容量测试，普遍认为如果蓄电池进行10小时率放电正常，则可判定该电池性能正常，这种单一的容量测试方法在一定程度上可以测试出电池在使用过程中性能劣化情况，但是也存在一定的不足，不能充分发现蓄电池由于生产工艺等问题造成的，在大电流放电情况下，出现端电压迅速衰落的隐患。

一、蓄电池离线测试

我们在一中心局房所使用的一套高频开关电源系统负载电流为829A，其配套的两组容量为2000Ah的阀控式铅酸蓄电池，投入使用两年后，离线使用蓄电池容量测试仪以0.1C10进行放电。

在此情况下测出整组蓄电池放出预设容量后，各单体的放电终止电压都比较平匀，表现出来电池性能良好。

二、蓄电池在线测试

但是在市电停电时，单组蓄电池实际放电电流达到500A左右，达到了5小时放电率，对比放电曲线，在此情况下电池放电1小时以内，电池的单体应该保持在2V以上，整组电压应该在48V以上才算正常。

但该组电池在放电25分钟以后，电池的所有单体电压即降到2V以下，而且还处在持续下降趋势，放电到35分钟时，单体电压降到了1.95V，此时各单体的端电压一致性较好，总电压降到了46.8V。出于安全考虑，便停止了电池测试。

电池在进行10小时率测试时性能正常，说明蓄电池的极板面积、酸液配比等物理参数是符合性能标准要求的，而且没有出现早期性能失效情况。但当放电电流大于0.1C10时表现出端电压衰减较快，性能明显下降。通过启动开关电源的电池测试能，在线对同批次的其它几组电池进行了测试，也同样出现了这种现象。

三、原因分析

蓄电池的内阻由欧姆电阻和极化电阻两部分组成，前者由板栅、极柱、溶液和隔膜等产生，这类电阻服从欧姆定律，后者是电极电荷的传递电阻和扩散极化电阻，这类电阻不服从欧姆定律。一个实际的VRLA蓄电池的简化等效线路如下：

图中RΩ 表示的是电池的欧姆电阻，RP表示的是电池的极化内阻，Cd表示的电池正极和负极的极间电容。

电池在放电过程中电压随着时间会逐步下降，是由于电池在内部化学反应过程中，随着酸液浓度的降低，其内阻呈现出非线性的增大。一定容量的电池在一定的放电流情况下，在一定的时间段内其内阻变化情况会保证在一定的合理范围，才能保证电池按照放电曲线输出相应的电压。

电池在装配时的工艺好坏会影响电池的内阻，特别是极耳与汇流排的熔接、极柱根部的焊接质量等，在大电流放电情况下这种装配工艺问题引起的端电压衰减会更为明显，初步分析这是造成大电流放电情况下电池放电性能较差的根本原因。平常情况下，市电停电后，油机一般都会在15分钟以内就投入运行，所以这种问题在日常维护中不容易发现。

四、结束语

中心局房使用的大容量蓄电池组，仅通过电池容量测试仪以10小时率进行容量测试存在不足之处，大容量蓄电池有必要进行大电流放电测试。可以通过启动开关电源蓄电池容量测试功能对蓄电池进行在线测试，也可使用相应的电池测试设备对蓄电池进行大电流离线测试，确认蓄电池在大电流放电情况下性能正常，这样才能有效保证核心网络设备的供电安全性和可靠性。

参 考 文 献

[1] 徐曼珍，新型蓄电池原理与应用，人民邮电出版社，2005，1

[2]张雷霆，通信电源，人民邮电出版社，2009，12