導語：蓄電池能量保護裝置的傳統(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。本期轉化果平臺推薦《高效保護蓄電池能量及修復裝置》，其核心聚焦于修復技術，通過運用先進的電流型復合諧波脈沖共振技術，實現(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，滿足了能源管理的高效、智能、穩(wěn)定、環(huán)保等方面的需要，其應用領域廣泛，推廣前景良好。
一、項目背景
鉛酸蓄電池以技術成熟、放電性能佳、適用溫度范圍廣、原料來源豐富等優(yōu)點，在各行業(yè)機房無可替代。2022年鉛蓄電池產(chǎn)量 23655 萬kVAh。2023年全年中國鉛酸蓄電池產(chǎn)量為24500kVAh，同比增長3.6%;中國鉛酸蓄電池市場規(guī)模預計為1750億元，同比增長3.9%。隨著全球科技發(fā)展鉛酸蓄電池市場需求持續(xù)增長，產(chǎn)量與應用逐年上升。
鉛酸蓄電池在長期虧電保存、經(jīng)常過放電、長期充電不足、低溫擾動等情況下，逐漸在負極表面形成一層致密堅硬的硫酸鉛層，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)尚未充分轉化時已達極化電壓產(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題導致容量下降，使用壽命遠低于設計使用壽命(2V設計壽命10-15年，使用壽命6-8年，12V設計壽命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，鉛酸蓄電池長期處于浮充狀態(tài)，日常監(jiān)控系統(tǒng)或手動測量都是在浮充狀態(tài)下進行的，電壓、內(nèi)阻顯示的并非真實情況，基礎的數(shù)值告警運維人品并沒有很好的解決辦法，造成鉛酸蓄電池過早報廢，另外，蓄電池在生產(chǎn)、回收環(huán)節(jié)都存在嚴重的鉛、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)，不但嚴重污染土壤和水源，對空氣環(huán)境、生態(tài)平衡也會造成破壞，同時對人體的神經(jīng)、造血、消化、腎臟、心血管和內(nèi)分泌等多個系統(tǒng)造成危害，甚至引起鉛中毒。
通過有效減輕電池報廢的環(huán)境污染問題，節(jié)約能源，保護環(huán)境，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著我國宣布力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和目標，通過在電力、軍事、交通等行業(yè)，為鉛酸蓄電池安全可靠、降本增效、簡易運維上提供革命性技術，可服務萬億級市場。
二、研究內(nèi)容
1.基本構成
蓄電池保護裝置是集成了檢測電路、諧波共振電路、紋波抑制電路、保護電路等功能為一體的智能設備。
2.基本原理
蓄電池能量保護裝置采用了先進的電流型復合諧波脈沖共振技術。該技術通過特定頻率的脈沖電流，精準地擊碎不可逆的硫酸鉛晶體。在此過程中，該技術確保了鉛酸蓄電池的極板不受損傷，同時使被擊碎的晶體分解并順利融入電解液中，再次參與到電化學反應之中。此技術的應用顯著延長了鉛酸蓄電池的使用壽命，預期可延長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維的成本和難度。
技術路線圖
基本原理圖
3.產(chǎn)品優(yōu)勢
（1）安全性能好
通過提供在線維護服務，以防止硫化現(xiàn)象的發(fā)生，實現(xiàn)高效修復，確保設備性能的穩(wěn)定，避免因過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
能夠有效預防蓄電池因硫化問題造成的容量下降，延長設備的使用壽命，能夠節(jié)省投資成本；通過更換單體來救活整組設備，進一步節(jié)省了放電和巡檢的費用，同時降低了因蓄電池故障導致的經(jīng)濟和時間成本，實現(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)境下巡檢的危險性，并解決了人力難以應對的問題，從而顯著減輕了工作人員的負擔。
（4）節(jié)能環(huán)保
通過減少蓄電池損耗和更換需求，降低電池報廢率，減少鉛礦的開采，減少污染，降低對人類健康的潛在危害，促進資源節(jié)約和環(huán)境保護。
（5）先進高效
該裝置的設計融合了多項先進技術，為解決蓄電池問題提供了創(chuàng)新方案，確保了蓄電池在最佳狀態(tài)下運行，提升系統(tǒng)效能。
三、同業(yè)對比情況
1.諧波脈沖共振修復技術的應用
（1）電壓型諧波脈沖共振修復技術
1）技術定義
采用電感與電容或二極管電路產(chǎn)生的脈沖共振修復技術產(chǎn)品，其輸出“脈沖電流強度”相對于電流型共振產(chǎn)品較小，輸出“脈沖電流強度”是通過調(diào)整其脈沖寬度（電壓）來實現(xiàn)的。以上所指的“脈沖電流強度”值是電壓型技術產(chǎn)品通過調(diào)整脈沖幅度（電壓），通過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）技術特點
①輸出低電流、高電壓脈沖；
②脈沖電流強度一般為mA級，脈沖電壓幅度高達百伏甚至千伏；
③產(chǎn)生電壓型復合諧波脈沖方式的技術含量較低；
④電壓型共振技術所供給的能量無法完全兼顧和滿足所有串聯(lián)工作特點的電池，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越少，而性能較好的單體電池獲得的能量則越來越多；通常對串聯(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，這對電池組整體容量的最大恢復將產(chǎn)生一定的影響。
（2）電流型諧波脈沖共振修復技術
1）技術定義
采用脈動電流與電流型復合諧波發(fā)生電路相結合產(chǎn)生的脈沖共振修復技術（注：非傳統(tǒng)的在直流充電電流基礎上疊加脈沖方式，輸出的脈沖電流為KHZ量級，脈沖電流值最大（強度）為A級，脈沖電壓單格幅度值（即紋波輸出干擾值）為mV量級；
2）技術特點
①輸出脈沖電流強度相對于電壓型共振產(chǎn)品較大；
②輸出的是大電流、低電壓脈沖；
③產(chǎn)生電流型復合諧波脈沖方式的技術含量較高；
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.無源與有源諧波脈沖工作模式
（1）有源脈沖共振工作模式
設備通過外部能量轉換單元進行工作，設備輸出最大脈沖電流強度A量級、脈沖電壓單格幅度值為mV量級；
設備輸出最大脈沖電流強度是目前唯一能滿足工信部YD/T2064-2009標準所規(guī)定內(nèi)容要求的。
（2）無源脈沖共振工作模式
設備在工作時其內(nèi)部沒有任何形式的外部能量轉換單元，依靠自有的功率器件產(chǎn)生能量，輸出最大脈沖電流強度為mA量級、脈沖電壓單格幅度值為V量級設計。
四、主要應用場景
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、通訊開關電源、機房UPS；風能、光伏太陽能電站的核心儲能裝備。
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)絡指揮中心、各單位數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信機房等；艦船通訊站、雷達站、坦克、潛艇、艦船發(fā)動機啟動系統(tǒng)、各類飛行器（飛機）發(fā)動機地面啟動系統(tǒng)、各類裝甲車輛發(fā)動機啟動系統(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、信號通訊站、火車站、指揮調(diào)度中心、地鐵每站機房；高速公路收費站、隧道、沿路配電室、監(jiān)控指揮中心，高速沿線監(jiān)控、測速等（多采用風光互補）。
4.通信行業(yè)：IDC機房、移動基站及固話機房、微波中心機房、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通訊機房及各分支網(wǎng)點機房等；海島、高海拔地區(qū)中的各類基站和機房等。
5.政府及金融行業(yè)：各類數(shù)據(jù)網(wǎng)絡機房和數(shù)據(jù)中心、各分行、支行營業(yè)網(wǎng)點機房、ATM機等（開關電源、UPS）。
五、推廣前景和市場方向
1.新型電力系統(tǒng)儲能建設
電力是能源轉型的關鍵領域，隨著碳達峰、碳中和進程加快和能源轉型深化，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，以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動和多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統(tǒng)。
“十四五”期間國家電網(wǎng)計劃約3萬億的投資將投向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，為雙碳目標實現(xiàn)作準備！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)建設進程，推動以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構建。
在提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力方面，國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)將加強加快儲能建設。陸上風電、光伏發(fā)電將是我國發(fā)展最快的電源類型；國網(wǎng)和南網(wǎng)均提出了加快支持新型儲能規(guī)?；瘧?、引導電力用戶參與削峰填谷和應急響應、積極配合推進火電靈活性改造等措施，多措并舉、協(xié)同發(fā)力。儲能應用是國網(wǎng)和南網(wǎng)“十四五”發(fā)展建設中的核心模塊之一。
2.數(shù)據(jù)中心建設
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，我國互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模達1562.5億元。全國大約有7.4萬個數(shù)據(jù)中心，約占全球數(shù)據(jù)中心總量的23%。預計2022年，中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將超過3200.5億元，進入新一輪爆發(fā)期。從應用價值來看，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)動力。
2018年12月，中央經(jīng)濟工作會議提出“新型基礎設施建設”（簡稱“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。進入2020年以來，“新基建”的政策部署和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃密集出臺。2020年3月4日，中共中央政治局常務委員會會議首次提出加快數(shù)據(jù)中心等新型基礎設施建設進度；3月9日《中共中央 國務院關于構建更加完善的要素市場化配置體制機制的意見》強調(diào)，加快培育數(shù)據(jù)要素市場；4月20日，國家發(fā)改委明確了新型基礎設施的內(nèi)容和范圍，數(shù)據(jù)中心被列為信息基礎設施中的算力基礎設施。
數(shù)據(jù)中心作為重要的信息基礎設施，為數(shù)字技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉型提供強大引擎，也為“新基建”提供重要數(shù)據(jù)基礎。一方面，“新基建”為后疫情時代中國經(jīng)濟破繭重生、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)字科技與實體經(jīng)濟的融合，推動“新基建”強勢發(fā)展，加速數(shù)據(jù)中心拐點的到來。
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)中心構筑多層安全“防火墻”。在硬件方面，制定數(shù)據(jù)容錯和容災方案，運用冷存儲、備用服務器、不間斷電源、同城和異地災備中心等手段保護數(shù)據(jù)安全。通過軟件和硬件、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
軍隊應用環(huán)境下通訊站、網(wǎng)絡指揮中心、雷達站、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信機房、艦船驅(qū)動(如潛艇)、艦船通信、艦船照明、艦船發(fā)動機啟動系統(tǒng)、各類飛行器（飛機）發(fā)動機地面啟動系統(tǒng)、各類裝甲車輛發(fā)動機啟動系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及車載通信系統(tǒng)等鉛酸蓄電池。坦克、飛機當前的電池保養(yǎng)手段為統(tǒng)一開到倉庫進行充放電保養(yǎng)，對已經(jīng)硫化的電池只有放棄，人工測量電壓值可作業(yè)的情況下經(jīng)常達不到實際里程。作戰(zhàn)及信息中心、數(shù)據(jù)中心大部分采購昂貴進口電池，其化學反應原理是一樣的，硫化、腐蝕及安全隱患有待于我們的能量保護裝置傾力解決。
4.鐵路交通行業(yè)發(fā)展需求
中國鐵路截至2022年，運營里程超過15萬公里，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個火車站中，變電所、牽引變電站均屬不常停電場所，電池長期處于浮充狀態(tài)，無專業(yè)維護人員。
綜合以上所述，基于社會經(jīng)濟發(fā)展對儲能和動力電池的需求增長，近幾年鋰電池、鈉硫電池等新技術產(chǎn)品不斷推出并投入應用，但隨著應用長時間驗證，在安全性上的缺陷已經(jīng)逐漸暴露并引起重視，近日，國家能源局綜合司發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（2022年版）》提出，中大型電化學儲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力電池。而經(jīng)過一百多年應用驗證的鉛酸蓄電池因其價格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和適于大電流放電等特點，其綜合優(yōu)勢明顯。因此在安全要求較高的電力儲能行業(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用前景。
鉛酸蓄電池的幾個典型應用場景，對電池的壽命要求更高，蓄電池在線維護市場幾乎是一個空白狀態(tài)。因此，基于電流型復合脈沖共振技術工作原理的蓄電池能量保護裝置，憑借十幾年開發(fā)研究和應用實踐技術積累，具有廣闊的市場前景。
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