基于5G技术的海上救生船舶专用银锌电池改进

边可　何熠杪

摘要：本文将军用深潜器上使用的压力平衡式银锌电池与5G通讯技术相结合，对其电池结构优化改进，并将其应用在小型救生船舶上，也可以作为一型高可靠性安全蓄电池应用于更广阔的民用蓄电池市场中。

关键词：海上救生船舶  银锌电池  5g技术

1 引言

迄今为止，银锌电池已经经历了100多年的发展，银锌电池是能量最高的水溶液电池。银锌电池问世60年后，其可靠性高和安全性好的突出优点是其他化学电池难以达到的。一些发达国家，如美国、英国、法国、日本、德国、加拿大、意大利、俄罗斯等，以及部分发展中国家都在研制和生产新型银锌电池并开展了广泛的应用。我国目前也有多家企业和研究机构在进行新型银锌电池的研制、设计和生产。银锌电池是比特性和电压输出平稳方面最优良的电池体系。目前银锌电池的研究方向是进一步改良银锌电池的比特性、双极性设计以及提高活性物质放电密度，锌/银贮备电池以高比能量、高比功率、优良的低温特性和稳定可靠的放电性能使其在众多领域，尤其是在军工器械领域得到广泛应用。

2.电池组构造

2.1电池组外形

对该型银锌蓄电池组的改进及其设计方面包括如下部分：76个电池、电池组箱和盖、电池之间的连接汇流排、熔断器、检测单电池电压的扫描器、扫描器数据对用户上传的方式、电池组的电连接接头、通气和补偿系统的连接装置。分流器、海水檢测器、绝缘补偿一个完整的电池组，重1100公斤，外形尺寸为l213×940×610毫米，体积为655.4升。

2.2电池组箱和盖

电池组箱是装电池的容器，起着将海水与油隔离的作用。美国在研制DSRV银锌蓄电池组时，曾对不锈钢（316L）、钦合金（6AL-4V）和玻璃钢三种材料作了比较，综合衡量来看，玻璃钢最好。

2.3电池在箱内的布置和连接

在电池组箱中，通过焊接工艺，以薄钢板制作用来约束和固定每个电池的框架结构。框架的高度与极板一样高。该框架可以减少电池膨胀对电池组整体的不利影响，同时起热传导作用，进一步保证电池组整体的良好散热性能，也有结构增强作用，从而在单个电池外壳和电池组箱体厚度相同时实现更高的强度和抗冲击性能，同时，该框架可以把电池重量分布在箱底的各部分，减小对箱体底部的刚性需求可以减少箱底的厚度设计，这些因素都使电池外壳和电池组箱的重量有所降低。电池之间的连接汇流排由铜制成，并在外层镀镍。

2.4电池组的绝缘

为了防止电池组在使用寿命期间绝缘下降、发生接地现象，电池组箱内所有可能导电的部分都要很好地绝缘起来，以使电解液与海水在任何时侯都不能透过绝缘层与这些导电部分接触。这些导电部分包括：极柱、电池之间的连接汇流排、电池组的电连接接头、熔断器和保险丝，补偿接头、通气系统、金属螺栓等。极柱和电池之间的连接汇流排都用绝缘材料涂封起来。这种绝缘材料应耐碱、耐海水和耐油。为了便于换装电池、医治电池的缺陷、个别电池的补充电或补放电，要求这绝缘材料使用便利、能在24小时内去除并再涂封上。采用聚氨酯类（Polyurethane）材料作为这种绝缘材料。

每个电池上都装有一个捕集器，它是靠电解液雾消除器来定位。该捕集器的主要作用是：把从电解液雾消除器带出来的少量电解液收集起来，尽量减少电解液向外界的逸出，以保证绝缘性能。

3.电池组的5G通讯远程检验

3.1电池组检测用扫描器的结构

电池组箱中装有检测每个电池电压用的扫描器。它约占2个电池的容积，它是一个电动机械式的扫描器。电机是浸油电机，能在绝缘油中工作。为调节电池之间的平衡，对单个电池的补充电，也可用这个线路。

扫描器的各个触点与被测的各个电池相接。为了保护电池，防止外部短路引起的危害，每个电池的接线线路上都串有10安的保险丝。保险丝是可换的，并且尽量安装得靠近极柱，以便更换。连接线叫单电池电压测量线（ICV线）。ICV`线的绝缘材料应耐碱、耐油、耐海水，能在2-35℃下正常工作，所以选择聚四氟乙烯作为其外层包覆的绝缘材料。二点作为扫描器电机的动力电源的输入;二点与扫描器运行用的电容器相接;二点是被测的某个电池的电信号输出;一点是位置指示信一号线。

3.2电池组远程自检的通讯传输方式

每个电池组箱内装一个海水指示探头，在扫描器腔室内，一直插到电池组箱底之上80-910毫米处。通过与该5G信号发射器建立通讯传输网络，使用者可以在移动设备上实现对电池实时情况的远程监控，通过5G通信网络收集到的数据应对照查阅标准数据以确定电池组当前的剩余电量，并关注海水指示探头信号以确定电池组是否会因进水而无法正常工作。

电池用的电解液是45±1%的氢氧化钾水溶液，没有添加剂。电池的干态贮存期是24个月。自注人电解液之日起，在18个月内或放出40000安时总容量前，电池容量应不低于额定容量的50%;在12个月内或放出26000安时总容量前，电池容量应不低于额定容量的70%。电池组寿命结束的标准是：每组电池中有5个（占6.6%）电池发生内部短路、电池壳破裂漏电解液、容量下降到规定值之下、电池组发生接地漏电等情况。

4.总结

本文创新地将原本适用于深潜器的银锌蓄电池加以改进，主要包括电池的结构及性能、电池组的各组成部分的简化，电池组的特殊绝缘措施以及通讯检测装置的应用等。并尝试将其使用于海上救生船舶，同时考虑到受船舶工作环境影响，其使用的电池必须对潮湿和盐雾环境需要有着良好的适应能力，甚至要考虑到电池有浸没于水中工作时的情况下供电的可靠性和安全性，而银锌电池组将在这方面发挥巨大的作用。

该型银锌电池是一型适用于海上救生船舶和一些小型民用船舶的银锌电池组，电池设计实现了结构上的加强和防水冗余设计，本电池组具备极高的安全性，适合海上救生船舶的供电应用，在保留电池状态检测系统同时应用5G技术作出了改进，让使用者可以利用5G通信网络进行远程对电池组当前状态实现自主检测，减轻了使用者的使用难度，电池维护性也得到了增强，适合在小型海上民用救生船舶市场进行推广。

参考文献：

[1]《舰艇资料》编辑室，《国外潜艇与深潜器》[J].国防工业出版社，2009：P.234

[2]许维军，《深潜工作艇图集》[D].哈尔滨工程大学出版社，2020：P.63-P.85

[3]杨贵恒，杨玉祥，王秋虹，《化学电源技术以及应用》[J]化学工业出版社，2017：P.121-P.164