導(dǎo)語(yǔ)：蓄電池能量保護(hù)裝置的傳統(tǒng)方式與現(xiàn)代方式在功能、效率及智能化層面展現(xiàn)出了明顯的差異性。本期轉(zhuǎn)化果平臺(tái)推薦《高效保護(hù)蓄電池能量及修復(fù)裝置》，其核心聚焦于修復(fù)技術(shù)，通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的電流型復(fù)合諧波脈沖共振技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電池性能與使用壽命的雙重提升，為用戶提供更為便捷、高效的使用體驗(yàn)，滿足了能源管理的高效、智能、穩(wěn)定、環(huán)保等方面的需要，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，推廣前景良好。
一、項(xiàng)目背景
鉛酸蓄電池以技術(shù)成熟、放電性能佳、適用溫度范圍廣、原料來(lái)源豐富等優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)機(jī)房無(wú)可替代。2022年鉛蓄電池產(chǎn)量 23655 萬(wàn)kVAh。2023年全年中國(guó)鉛酸蓄電池產(chǎn)量為24500kVAh，同比增長(zhǎng)3.6%;中國(guó)鉛酸蓄電池市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)為1750億元，同比增長(zhǎng)3.9%。隨著全球科技發(fā)展鉛酸蓄電池市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)，產(chǎn)量與應(yīng)用逐年上升。
鉛酸蓄電池在長(zhǎng)期虧電保存、經(jīng)常過(guò)放電、長(zhǎng)期充電不足、低溫?cái)_動(dòng)等情況下，逐漸在負(fù)極表面形成一層致密堅(jiān)硬的硫酸鉛層，這種形式的硫酸鉛是難溶物質(zhì)，致使鉛酸蓄電池在正常的充電中歐姆極化、濃差極化增大，極板充電接受率降低，在活性物質(zhì)尚未充分轉(zhuǎn)化時(shí)已達(dá)極化電壓產(chǎn)生水分解電池迅速升溫使充電不能繼續(xù)下去，導(dǎo)致鉛酸蓄電池容量降低、壽命縮短。鉛酸蓄電池70%以上的失效，都是由該模式引起的。
鉛酸蓄電池的失效主要原因是自身不可逆硫化的問(wèn)題導(dǎo)致容量下降，使用壽命遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)使用壽命(2V設(shè)計(jì)壽命10-15年，使用壽命6-8年，12V設(shè)計(jì)壽命8-10年，使用壽命3-5年)。使用中，隨著不可逆硫化的逐漸增大使得鉛酸蓄電池失水、極板腐蝕、極板軟化、電池鼓包、漏液等情況發(fā)生的幾率增大，存在較大安全隱患。
使用中，鉛酸蓄電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，日常監(jiān)控系統(tǒng)或手動(dòng)測(cè)量都是在浮充狀態(tài)下進(jìn)行的，電壓、內(nèi)阻顯示的并非真實(shí)情況，基礎(chǔ)的數(shù)值告警運(yùn)維人品并沒(méi)有很好的解決辦法，造成鉛酸蓄電池過(guò)早報(bào)廢，另外，蓄電池在生產(chǎn)、回收環(huán)節(jié)都存在嚴(yán)重的鉛、酸污染，廢舊鉛酸電池鉛酸腐蝕后溢出的含鉛重金屬和酸性物質(zhì)，不但嚴(yán)重污染土壤和水源，對(duì)空氣環(huán)境、生態(tài)平衡也會(huì)造成破壞，同時(shí)對(duì)人體的神經(jīng)、造血、消化、腎臟、心血管和內(nèi)分泌等多個(gè)系統(tǒng)造成危害，甚至引起鉛中毒。
通過(guò)有效減輕電池報(bào)廢的環(huán)境污染問(wèn)題，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著我國(guó)宣布力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，通過(guò)在電力、軍事、交通等行業(yè)，為鉛酸蓄電池安全可靠、降本增效、簡(jiǎn)易運(yùn)維上提供革命性技術(shù)，可服務(wù)萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)。
二、研究?jī)?nèi)容
1.基本構(gòu)成
蓄電池保護(hù)裝置是集成了檢測(cè)電路、諧波共振電路、紋波抑制電路、保護(hù)電路等功能為一體的智能設(shè)備。
2.基本原理
蓄電池能量保護(hù)裝置采用了先進(jìn)的電流型復(fù)合諧波脈沖共振技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)特定頻率的脈沖電流，精準(zhǔn)地?fù)羲椴豢赡娴牧蛩徙U晶體。在此過(guò)程中，該技術(shù)確保了鉛酸蓄電池的極板不受損傷，同時(shí)使被擊碎的晶體分解并順利融入電解液中，再次參與到電化學(xué)反應(yīng)之中。此技術(shù)的應(yīng)用顯著延長(zhǎng)了鉛酸蓄電池的使用壽命，預(yù)期可延長(zhǎng)1至3倍，從而大幅提升了備電系統(tǒng)的安全可靠性，并有效降低了人力運(yùn)維的成本和難度。
技術(shù)路線圖
基本原理圖
3.產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
（1）安全性能好
通過(guò)提供在線維護(hù)服務(wù)，以防止硫化現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)高效修復(fù)，確保設(shè)備性能的穩(wěn)定，避免因過(guò)度硫化后造成的極板腐蝕、極板軟化、鼓包、漏液等安全隱患，全面保障安全。
（2）節(jié)省成本
能夠有效預(yù)防蓄電池因硫化問(wèn)題造成的容量下降，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，能夠節(jié)省投資成本；通過(guò)更換單體來(lái)救活整組設(shè)備，進(jìn)一步節(jié)省了放電和巡檢的費(fèi)用，同時(shí)降低了因蓄電池故障導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本，實(shí)現(xiàn)了成本的顯著降低，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。
（3）減輕工作量
減少了人員巡檢的次數(shù)，降低了在極端環(huán)境下巡檢的危險(xiǎn)性，并解決了人力難以應(yīng)對(duì)的問(wèn)題，從而顯著減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)。
（4）節(jié)能環(huán)保
通過(guò)減少蓄電池?fù)p耗和更換需求，降低電池報(bào)廢率，減少鉛礦的開采，減少污染，降低對(duì)人類健康的潛在危害，促進(jìn)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)。
（5）先進(jìn)高效
該裝置的設(shè)計(jì)融合了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，為解決蓄電池問(wèn)題提供了創(chuàng)新方案，確保了蓄電池在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，提升系統(tǒng)效能。
三、同業(yè)對(duì)比情況
1.諧波脈沖共振修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用
（1）電壓型諧波脈沖共振修復(fù)技術(shù)
1）技術(shù)定義
采用電感與電容或二極管電路產(chǎn)生的脈沖共振修復(fù)技術(shù)產(chǎn)品，其輸出“脈沖電流強(qiáng)度”相對(duì)于電流型共振產(chǎn)品較小，輸出“脈沖電流強(qiáng)度”是通過(guò)調(diào)整其脈沖寬度（電壓）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。以上所指的“脈沖電流強(qiáng)度”值是電壓型技術(shù)產(chǎn)品通過(guò)調(diào)整脈沖幅度（電壓），通過(guò)I=U/R公式，最終折算成所謂的“脈沖電流值”，故不是真正意義的脈沖電流。
2）技術(shù)特點(diǎn)
①輸出低電流、高電壓脈沖；
②脈沖電流強(qiáng)度一般為mA級(jí)，脈沖電壓幅度高達(dá)百伏甚至千伏；
③產(chǎn)生電壓型復(fù)合諧波脈沖方式的技術(shù)含量較低；
④電壓型共振技術(shù)所供給的能量無(wú)法完全兼顧和滿足所有串聯(lián)工作特點(diǎn)的電池，不能使其所有的單體電池都獲得均等的能量，即原電池組中性能較差的單體電池獲得的能量越來(lái)越少，而性能較好的單體電池獲得的能量則越來(lái)越多；通常對(duì)串聯(lián)較多單體電池的電池組兩端的幾只單體電池有一定的效果，但對(duì)其余的單體電池（尤其中間部分的單體電池）效果不明顯，不能最有效地改善蓄電池組的均衡特性，這對(duì)電池組整體容量的最大恢復(fù)將產(chǎn)生一定的影響。
（2）電流型諧波脈沖共振修復(fù)技術(shù)
1）技術(shù)定義
采用脈動(dòng)電流與電流型復(fù)合諧波發(fā)生電路相結(jié)合產(chǎn)生的脈沖共振修復(fù)技術(shù)（注：非傳統(tǒng)的在直流充電電流基礎(chǔ)上疊加脈沖方式，輸出的脈沖電流為KHZ量級(jí)，脈沖電流值最大（強(qiáng)度）為A級(jí)，脈沖電壓?jiǎn)胃穹戎担醇y波輸出干擾值）為mV量級(jí)；
2）技術(shù)特點(diǎn)
①輸出脈沖電流強(qiáng)度相對(duì)于電壓型共振產(chǎn)品較大；
②輸出的是大電流、低電壓脈沖；
③產(chǎn)生電流型復(fù)合諧波脈沖方式的技術(shù)含量較高；
④所供給的能量完全能兼顧和滿足所有串聯(lián)工作特點(diǎn)的各單體電池，使其都能獲得均等的能量；即原電池組中性能較差的單體電池與性能較好的單體電池都能獲得均衡的脈沖能量，有效改善蓄電池組的均衡特性。
2.無(wú)源與有源諧波脈沖工作模式
（1）有源脈沖共振工作模式
設(shè)備通過(guò)外部能量轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行工作，設(shè)備輸出最大脈沖電流強(qiáng)度A量級(jí)、脈沖電壓?jiǎn)胃穹戎禐閙V量級(jí)；
設(shè)備輸出最大脈沖電流強(qiáng)度是目前唯一能滿足工信部YD/T2064-2009標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定內(nèi)容要求的。
（2）無(wú)源脈沖共振工作模式
設(shè)備在工作時(shí)其內(nèi)部沒(méi)有任何形式的外部能量轉(zhuǎn)換單元，依靠自有的功率器件產(chǎn)生能量，輸出最大脈沖電流強(qiáng)度為mA量級(jí)、脈沖電壓?jiǎn)胃穹戎禐閂量級(jí)設(shè)計(jì)。
四、主要應(yīng)用場(chǎng)景
1.電力行業(yè)：電力系統(tǒng)輸配電變電站、開閉站、水電站、核電站、發(fā)電廠等單位的操作電源、直流屏電源、通訊開關(guān)電源、機(jī)房UPS；風(fēng)能、光伏太陽(yáng)能電站的核心儲(chǔ)能裝備。
2.軍事行業(yè)：軍事信息中心、指揮中心、電池管理中心、軍用基站、網(wǎng)絡(luò)指揮中心、各單位數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)房等；艦船通訊站、雷達(dá)站、坦克、潛艇、艦船發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)、各類飛行器（飛機(jī)）發(fā)動(dòng)機(jī)地面啟動(dòng)系統(tǒng)、各類裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及車載通信系統(tǒng)等。
3.交通行業(yè)：鐵路牽引變電站、信號(hào)通訊站、火車站、指揮調(diào)度中心、地鐵每站機(jī)房；高速公路收費(fèi)站、隧道、沿路配電室、監(jiān)控指揮中心，高速沿線監(jiān)控、測(cè)速等（多采用風(fēng)光互補(bǔ)）。
4.通信行業(yè)：IDC機(jī)房、移動(dòng)基站及固話機(jī)房、微波中心機(jī)房、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通訊機(jī)房及各分支網(wǎng)點(diǎn)機(jī)房等；海島、高海拔地區(qū)中的各類基站和機(jī)房等。
5.政府及金融行業(yè)：各類數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房和數(shù)據(jù)中心、各分行、支行營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)機(jī)房、ATM機(jī)等（開關(guān)電源、UPS）。
五、推廣前景和市場(chǎng)方向
1.新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能建設(shè)
電力是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵領(lǐng)域，隨著碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程加快和能源轉(zhuǎn)型深化，電力系統(tǒng)面臨前所未有的變革壓力。新型電力系統(tǒng)是以新能源為供給主體，以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)和多能互補(bǔ)為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動(dòng)基本特征的電力系統(tǒng)。
“十四五”期間國(guó)家電網(wǎng)計(jì)劃約3萬(wàn)億的投資將投向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，為雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)作準(zhǔn)備！更加低碳清潔高效的新型電力系統(tǒng)乃至新型能源系統(tǒng)正在鋪開開建?！笆奈濉逼陂g，南網(wǎng)建設(shè)將規(guī)劃投資約6700億元，以加快數(shù)字電網(wǎng)和現(xiàn)代化電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程，推動(dòng)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。
在提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力方面，國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)將加強(qiáng)加快儲(chǔ)能建設(shè)。陸上風(fēng)電、光伏發(fā)電將是我國(guó)發(fā)展最快的電源類型；國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)均提出了加快支持新型儲(chǔ)能規(guī)模化應(yīng)用、引導(dǎo)電力用戶參與削峰填谷和應(yīng)急響應(yīng)、積極配合推進(jìn)火電靈活性改造等措施，多措并舉、協(xié)同發(fā)力。儲(chǔ)能應(yīng)用是國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)“十四五”發(fā)展建設(shè)中的核心模塊之一。
2.數(shù)據(jù)中心建設(shè)
目前以數(shù)據(jù)中心為代表的“新基建”被寄予厚望。數(shù)據(jù)顯示，2019年，我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1562.5億元。全國(guó)大約有7.4萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)中心，約占全球數(shù)據(jù)中心總量的23%。預(yù)計(jì)2022年，中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)3200.5億元，進(jìn)入新一輪爆發(fā)期。從應(yīng)用價(jià)值來(lái)看，數(shù)據(jù)中心的客戶多集中于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)客戶，是其發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力。
2018年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”（簡(jiǎn)稱“新基建”）的概念，將5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)納入其中。進(jìn)入2020年以來(lái)，“新基建”的政策部署和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃密集出臺(tái)。2020年3月4日，中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)會(huì)議首次提出加快數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度；3月9日《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于構(gòu)建更加完善的要素市場(chǎng)化配置體制機(jī)制的意見》強(qiáng)調(diào)，加快培育數(shù)據(jù)要素市場(chǎng)；4月20日，國(guó)家發(fā)改委明確了新型基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)容和范圍，數(shù)據(jù)中心被列為信息基礎(chǔ)設(shè)施中的算力基礎(chǔ)設(shè)施。
數(shù)據(jù)中心作為重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施，為數(shù)字技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供強(qiáng)大引擎，也為“新基建”提供重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。一方面，“新基建”為后疫情時(shí)代中國(guó)經(jīng)濟(jì)破繭重生、求新謀變創(chuàng)造了積極條件。另一方面，此次新冠肺炎疫情加速了數(shù)字科技與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的融合，推動(dòng)“新基建”強(qiáng)勢(shì)發(fā)展，加速數(shù)據(jù)中心拐點(diǎn)的到來(lái)。
數(shù)據(jù)中心的安全和性能同等重要。需要從軟硬件兩方面為數(shù)據(jù)中心構(gòu)筑多層安全“防火墻”。在硬件方面，制定數(shù)據(jù)容錯(cuò)和容災(zāi)方案，運(yùn)用冷存儲(chǔ)、備用服務(wù)器、不間斷電源、同城和異地災(zāi)備中心等手段保護(hù)數(shù)據(jù)安全。通過(guò)軟件和硬件、線上和線下的協(xié)同，最大程度提升數(shù)據(jù)中心的安全性，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展。
3.軍事行業(yè)發(fā)展需求
軍隊(duì)?wèi)?yīng)用環(huán)境下通訊站、網(wǎng)絡(luò)指揮中心、雷達(dá)站、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)房、艦船驅(qū)動(dòng)(如潛艇)、艦船通信、艦船照明、艦船發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)、各類飛行器（飛機(jī)）發(fā)動(dòng)機(jī)地面啟動(dòng)系統(tǒng)、各類裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及車載通信系統(tǒng)等鉛酸蓄電池。坦克、飛機(jī)當(dāng)前的電池保養(yǎng)手段為統(tǒng)一開到倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行充放電保養(yǎng)，對(duì)已經(jīng)硫化的電池只有放棄，人工測(cè)量電壓值可作業(yè)的情況下經(jīng)常達(dá)不到實(shí)際里程。作戰(zhàn)及信息中心、數(shù)據(jù)中心大部分采購(gòu)昂貴進(jìn)口電池，其化學(xué)反應(yīng)原理是一樣的，硫化、腐蝕及安全隱患有待于我們的能量保護(hù)裝置傾力解決。
4.鐵路交通行業(yè)發(fā)展需求
中國(guó)鐵路截至2022年，運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)15萬(wàn)公里，沿途每3公里的通信基站、輸配電、備電的電力通信均是鉛酸蓄電池支撐；在將近6000個(gè)火車站中，變電所、牽引變電站均屬不常停電場(chǎng)所，電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，無(wú)專業(yè)維護(hù)人員。
綜合以上所述，基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)儲(chǔ)能和動(dòng)力電池的需求增長(zhǎng)，近幾年鋰電池、鈉硫電池等新技術(shù)產(chǎn)品不斷推出并投入應(yīng)用，但隨著應(yīng)用長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證，在安全性上的缺陷已經(jīng)逐漸暴露并引起重視，近日，國(guó)家能源局綜合司發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版）》提出，中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動(dòng)力電池。而經(jīng)過(guò)一百多年應(yīng)用驗(yàn)證的鉛酸蓄電池因其價(jià)格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和適于大電流放電等特點(diǎn)，其綜合優(yōu)勢(shì)明顯。因此在安全要求較高的電力儲(chǔ)能行業(yè)、數(shù)據(jù)中心、軍事行業(yè)和通信行業(yè)，鉛酸蓄電池具有廣泛巨量的應(yīng)用前景。
鉛酸蓄電池的幾個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)電池的壽命要求更高，蓄電池在線維護(hù)市場(chǎng)幾乎是一個(gè)空白狀態(tài)。因此，基于電流型復(fù)合脈沖共振技術(shù)工作原理的蓄電池能量保護(hù)裝置，憑借十幾年開發(fā)研究和應(yīng)用實(shí)踐技術(shù)積累，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
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