温州冠军蓄电池

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电力通讯基站蓄电池的维护与修复
作为后备电源的大容量铅酸蓄电池（以下简称“电池”）是基站电源的保障。在国内出现“电荒”的时候，后备电源的可靠性显得格外重要。在长三角和珠三角地区，每周内停三供四的时间很多，甚至出现停四供三更加严重的局面。多数处于野外的基站，其供电是难以保证都是采用一、二类电源的，这样，电池的可靠性题目尤其严重。
固然目前的科学技术飞速发展，近年铅酸蓄电池的发展也比较快，基本上以大型阀控密封式铅酸蓄电池代替了防酸隔爆型电池。就是大型阀控密封式铅酸蓄电池近些年也在发展。但是大容量的固定电池还是以铅酸蓄电池为唯一的选择。如何延长铅酸蓄电池的正常使用寿命，一直是业内人士探讨的主要题目。
相同的电池，在不同的设备条件、不同的使用条件和不同维护条件下使用寿命相差很大。这就需要在设备条件、使用条件和维护条件上寻找其差异。而电池失效的的几个主要现象是：
a．正极板软化；
b．正极板板栅腐蚀；
c．负极板硫化；
d．失水；
e．少数电池出现热失控（包括电池鼓胀）。
下面，就以电池失效模式来探讨设备条件、使用条件和维护条件对电池失效的影响及其应对方法。
一、电池的失效模式及其原因
1、电池的正极板软化
电池的正极板是由板栅和活性物质组成的，其中活性物质的有效成分就是氧化铅。放电的时候氧化铅转为硫酸铅，充电的时候硫酸铅转为氧化铅。氧化铅是由α氧化铅和β氧化铅组成的，在2种氧化铅中以其中α氧化铅荷电能力小但是体积大，比β氧化铅坚硬，主要起支撑作用；β氧化铅恰好相反，荷电能力大但是体积小，比α氧化铅软，主要起荷电作用。α氧化铅是在碱性环境中天生的，在电池内部一旦出现参与放电以后，充电只能够生产β氧化铅。正极板的活性物质是多孔结构的，就与电解液——硫酸的接触面积来说，多孔结构是平面的数十倍。假如α氧化铅参与放电以后，重新充电以后只能够天生β氧化铅，这样就失往了支撑，不仅仅会产生正极板活性物质脱落，而且脱落的活性物质还会堵塞正极板的微孔，导致正极板参与反应的真实面积下降，形成电池容量的下降。后备电源的电池使用年限要求比较严格，对电池的容量要求比较宽，因此后备电源使用的电池α氧化铅和β氧化铅比例比深循环的动力型电池大一些。为了减少α氧化铅参与放电，一般控制放电深度仅仅为40％。随着电池的使用时间的增加，电池的容量下降，新电池放电40％的电量，对于旧电池来说必然超过40％的，所以旧电池就相当于放电深度深，电池的正极板软化也会被加速。所以，电池的容量寿命曲线的后期下降速率远远高于中期。电池容量越小，放电深度越深，α氧化铅损失也越多，正极板软化也越严重，导致电池容量下降越快，形成了恶性循环。
这样，电池的放电深度需要严格控制。实现这个控制的是靠基站的电源治理系统的设置。目前控制电池放电深度的主要标准还是一次放电量和放电电压。这样，尽可能避免在应急的时候强制放电，而应该按照放电量来增加电池的容量。
2、电池的正极板腐蚀
正极板的板栅中的铅在充电过程中或被氧化为氧化铅，并且不能够再还原为铅，形成正极板腐蚀。而氧化铅的体积比铅的体积大，形成体积线性增加变形，使正极板活性物质与板栅脱离，导致正极板失效。而过充电会严重加速正极板腐蚀。我们一般以为不会产生过充电状态。实际上，基站的浮充电压假如跟不上环境温度的上升而进行下降的补偿，过充电就产生了。如基站的空调不够或者损坏，电池的过充电也会产生。这样电池的正极板板栅在不同的使用条件下会有不同的腐蚀速度。长三角和珠三角地区的正极板腐蚀也会比内地严重，这与电池的使用环境温度关系密切。
3、电池的负极板硫化
电池放电以后，负极板的铅转换为硫酸铅，假如不及时充电或者充电时间比较长，这些硫酸铅晶体就会逐步聚积而形成粗大的硫酸铅结晶，采用普通的充电方式是无法恢复的所以称为不可逆硫酸铅盐化，简称硫化。
在折合单格电压为2.25V的浮充状态下，电池基本布满电需要一周的时间，完全布满电需要28天的时间，其间电池就处于欠充电状态。在电池放电以后的12小时，就可以发现产生粗大的硫酸铅结晶。在发生电荒的地区，电池的硫化相当严重。
在一般浮充状态下使用，随着昼夜环境温度的变化，硫酸铅结晶也会聚积而形成粗大硫酸铅结晶而导致硫化。
在冬季环境温度比较低的时候，电池的浮充电压应该相应的提升，假如浮充电设备没有依据室温相应的调解上升，电池欠充电就会产生，电池硫化也就产生了。
失水的电池相当于电解液的硫酸浓度上升，也形成了加速电池硫化的条件。
较快速的充电可以抑制电池的硫化，基站的充电电流相对都比较小，所以硫化程度比充电电流大的电池严重。另外，浮充电压波动越小，浮充电流的扰动越小，也形成了电池硫化的条件。
采用低锑合金的正极板的电池，浮充电压比较低，也比其它铅钙锡铝合金电池更加轻易出现硫化。
从上面的硫化失效原因看看，很多电池是无法避免的。特别是电池组发生单体电池落后的时候，个别落后的单体电池处于欠充电状态，这样该电池比其它电池更加轻易硫化。
电池一旦出现硫化，靠单纯的浮充和均充是无法解决的，必须采取其它措施。目前我公司的技术主要就是消除电池的硫化，使之恢复原有标称容量，重新投进使用。
4、电池的失水
电池充电达到单体电池2.35V（25℃）以后，就会进进正极板大量析氧状态，对于密封电池来说，负极板具备了氧复合能力。假如充电电流比较大，负极板的氧复合反应跟不上析氧的速度，气体会顶开排气阀而形成失水。假如充电电压达到2.42V（25℃），电池的负极板会析氢，而氢气不能够类似氧循环那样被正极板吸收，只能够增加电池气室的气压，最后会被排出气室而形成失水。电池具备负的温度特性，其析气也与温度特性一致。当电池温升以后，电池的析气电压也会下降，温升会导致电池轻易析气失水。长三角和珠三角地区夏季环境温度比较高，假如没有空调或者空调容量不足，会使电池失水增加。假如单体电池的浮充电压折合为2.25V，在30℃的时候，电池失水比25℃条件下增加一倍，在40℃条件下，电池失水是25℃的8倍左右，除非相应的降低浮充电压。
假如电池的正极板含锑，随着锑的循环，部分的转移到负极板上面。由于氢离子在锑还原的超电势约低200mV，于是负极板锑的积累会导致电池的充电电压降低，充电的大部分电流用来做水分解而形成失水。所以，在大型固定型电池中应该逐步淘汰低锑正极板的电池。另外，对在电池生产过程中，应该严格控制铅钙锡铝正极板的含量。
5、电池的热失控
电池在均充状态时，充电电压会达到折合单格2.4V，这个电压超过了电池正极板大量析氧的电压，特别是在高温环境中，大量析氧电压会下降，这样产生的析氧量会大幅度的增加。而正极板产生的氧气在负极板会被吸收，吸收氧气是明显的放热反应，电池的温度会提升。假如电池已经出现失水，玻璃纤维隔板的无酸孔隙增加，会加速负极板吸收氧气，产生的热量会更多，电池温升也更高。而电池的温升也会加速正极板析氧，形成恶性循环——热失控。在热失控状态下，析氧量增加，电池内的气压增加，当达到塑料电池外壳的玻璃点温度的时候，电池开始鼓胀变型，这种变型除了影响电池内部的机械结构以外，还会形成电池漏气，而导致更加严重的失水漏酸。
尽管电池热失控现象发生的未几，但是一旦发生热失控，电池的寿命会迅速提前结束。
6、电池的不均衡
新电池的容量、开路电压和内阻应该进行严格的配组。所以新电池一般离散性比较小。随着电池使用，电池在制造工艺中必然存在的微小差距会被扩大。
如电池开阀压的区别，会导致电池失水不同。失水多的电池相当于电池的硫酸比重提升，导致电池开路电压增加，也是该单体电池的充电电压相当于其它电池电压高，而在串联电池组中的其它电池分配的电压就会下降，形成其它电池的欠充电。欠充电的电池内阻会增加，放电的时候电池电压会更低，充电电压跟不上，导致电池电压高的更高，低的更低。
电池正极板软化的差异随着充放电也会被扩大。当电池正极板发生软化的时候，脱落的活性物质会堵塞一部分微孔，正极板上单位面积的电流密度会增加，而增加电流密度的反应部分的充放电活性物质的膨胀收缩更加厉害，导致正极板软化被加速，这样就形成容量落后的电池更加落后。
电池的负极板发生硫化，放电电流的密度也会增加，相当于增加了放电深度，硫酸铅结晶会比较集中在放电部位，形成较大的硫酸铅结晶。硫酸铅结晶体积越大，其吸附能力也相对增加，导致硫化更加严重。而硫化的电池在放电过程中也相当于增加了放电深度，硫化也更加严重。所以，电池容量的下降也会形成恶性循环。
从电池的寿命容量曲线看，电池的容量总体上是逐步加速的。凡是电池出现不均衡，总是加速的。
对于电池的不均衡，目前比较有效的方法是对落后单体电池通过再生复原技术进行容量恢复，使之不再落后。
二、对策
1、设备治理与改造
a.机房环境温度对电池的寿命影响至关重要。除了配备相应的空调设备以外，应该增加和完善机房温度的远测，在中心机房就可以发现任意一个机房温度超温（高温顺低温）报警，以便及时处理。
b.检测浮充电压和均充电压与环境温度的的关系，应该依据电池的特性具备－3mV～－4mV/℃/单格的特性。
2、均衡充电和容量配组
为了防止电池落后，对单格电压低的电池进行单独充电。现在已经开发了2V/50A的充电器，可以用来给落后的电池单独充电。也可以通过2V/50A的放电器对进行精确的容量测试。以便进行容量配组。
3、消除硫化
消除电池硫化目前最有效的就是我公司的蓄电池超级再生复原技术，它能迅速消除电池硫化，恢复电池容量，使报废电池重新投进使用。
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CMOS集成电路电阻的应用探析

摘要：在集成电路的设计中，电阻器不是主要的器件，却是必不可少的。如果设计不当，会对整个电路有很大的影响，并且会使芯片的面积很大，从而增加成本。电阻在集成电路中有极其重要的作用。他直接关系到芯片的性能与面积及其成本。讨论了集成电路设计中多晶硅条电阻、MOS管电阻和电容电阻等3种电阻器的实现方法。 
关键词：集成电路  电阻  开关电容  CMOS 
    目前，在设计中使用的主要有3种电阻器：多晶硅、MOS管以及电容电阻。在设计中，要根据需要灵活运用这3种电阻，使芯片的设计达到最优。 
    1 CMOS集成电路的性能及特点 
    1.1 功耗低 CMOS集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。实际上，由于存在漏电流，CMOS电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为20mW，动态功耗（在1MHz工作频率时）也仅为几mW。 
    1.2 工作电压范围宽 CMOS集成电路供电简单，供电电源体积小，基本上不需稳压。国产CC4000系列的集成电路，可在3~18V电压下正常工作。 
    1.3 逻辑摆幅大 CMOS集成电路的逻辑高电平“1”、逻辑低电平“0”分别接近于电源高电位VDD及电影低电位VSS。当VDD=15V，VSS=0V时，输出逻辑摆幅近似15V。因此，CMOS集成电路的电压电压利用系数在各类集成电路中指标是较高的。 
    1.4 抗干扰能力强 CMOS集成电路的电压噪声容限的典型值为电源电压的45%，保证值为电源电压的30%。随着电源电压的增加，噪声容限电压的绝对值将成比例增加。对于VDD=15V的供电电压（当VSS=0V时），电路将有7V左右的噪声容限。 
    1.5 输入阻抗高 CMOS集成电路的输入端一般都是由保护二极管和串联电阻构成的保护网络，故比一般场效应管的输入电阻稍小，但在正常工作电压范围内，这些保护二极管均处于反向偏置状态，直流输入阻抗取决于这些二极管的泄露电流，通常情况下，等效输入阻抗高达103~1011Ω，因此CMOS集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。 
    1.6 温度稳定性能好 由于CMOS集成电路的功耗很低，内部发热量少，而且，CMOS电路线路结构和电气参数都具有对称性，在温度环境发生变化时，某些参数能起到自动补偿作用，因而CMOS集成电路的温度特性非常好。一般陶瓷金属封装的电路，工作温度为-55 ~ +125℃；塑料封装的电路工作温度范围为-45 ~ +85℃。 
    1.7 扇出能力强 扇出能力是用电路输出端所能带动的输入端数来表示的。由于CMOS集成电路的输入阻抗极高，因此电路的输出能力受输入电容的限制，但是，当CMOS集成电路用来驱动同类型，如不考虑速度，一般可以驱动50个以上的输入端。 
    2 CMOS集成电路电阻的应用 
    2.1 多晶硅电阻　　集成电路中的单片电阻器距离理想电阻都比较远，在标准的MOS工艺中，最理想的无源电阻器是多晶硅条。　   
    式中：ρ为电阻率；t为薄板厚度；R□=(ρ/t)为薄层电阻率，单位为Ω/□；L/W为长宽比。由于常用的薄层电阻很小，通常多晶硅最大的电阻率为100 Ω/□，而设计规则又确定了多晶硅条宽度的最小值，因此高值的电阻需要很大的尺寸，由于芯片面积的限制，实际上是很难实现的。当然也可以用扩散条来做薄层电阻，但是由于工艺的不稳定性，通常很容易受温度和电压的影响，很难精确控制其绝对数值。寄生效果也十分明显。无论多晶硅还是扩散层，他们的电阻的变化范围都很大，与注入材料中的杂质浓度有关。不 容易计算准确值。由于上述原因，在集成电路中经常使用有源电阻器。

 2 MOS管电阻 
    MOS管为三端器件，适当连接这三个端，MOS管就变成两端的有源电阻。这种电阻器主要原理 是利用晶体管在一定偏置下的等效电阻。可以代替多晶硅或扩散电阻，以提供直流电压降，或在小范围内呈线性的小信号交流电阻。在大多数的情况下，获得小信号电阻所需要的面积比直线性重要得多。一个MOS器件就是一个模拟电阻，与等价的多晶硅或跨三电阻相比，其尺寸要小得多。简单地把n沟道或p沟道增强性MOS管的栅极接到漏极上就得到了类似MOS晶体管的有源电阻。对于n沟道器件，应该尽可能地把源极接到最负的电源电压上，这样可以消除衬底的影响。同样p沟道器件源极应该接到最正的电源电压上。此时，VGS=VDS，如图1（a)，(b)所示。图1（a)的MOS晶体管偏置在线性区工作，图2所示为有源电阻跨导曲线ID-VG S的大信号特性。这一曲线对n沟道、p沟道增强型器件都适用。可以看出，电阻为非线性的。但是在实际中，由于信号摆动的幅度很小，所以实际上这种电阻可以很好地工作。其中：K′=μ0C0X。可以看出，如果VDS(VGS-VT)，则ID与VDS之间关系为直线性（假定VGS与VDS无关，由此产生一个等效电阻R=KL/W，K=1/［μ0C0X（VGS-VT）］，μ0为载流子的表面迁移率，C0X为栅沟电容密度；K值通常在1000～3000Ω/□。实验证明，在VDS0.5（VGS-VT）时，近似情况是十分良好的。图1（c)，(d)虽然可以改进电阻率的线性，但是牺牲了面积增加了复杂度。 
    在设计中有时要用到交流电阻，这时其直流电流应为零。图1所示的有源电阻不能满足此条 件，因为这时要求其阻值为无穷大。显然这是不可能的。这时可以利用MOS管的开关特性来实现。 
    3 电容电阻 
    交流电阻还可以采用开关和电容器来实现。经验表明，如果时钟频率足够高，开关和电容的组合就可以当作电阻来使用。其阻值取决于时钟频率和电容值。 
    在特定的条件下，按照采样系统理论，在周期内的变化可忽略不计。 
    其中，fc=1/T是信号Φ1和Φ2的频率。　　这种方法可以在面积很小的硅片上得到很大的电阻。例如，设电容器为多晶硅多晶硅型，时钟频率100 kHz，要求实现1 MΩ的电阻，求其面积。根据式(3)可知电容为10 pF。假设单位面积的电容为0.2 pF/mil2,则面积为50mil2。如果用多晶硅，取最大可能值100Ω，并取其最小宽度，那么需要900mil2。当然在开关电容电阻中除了电容面积外还需要两个面积极小的MOS管做开关。可以看出，电容电阻比多晶硅电阻的面积少了很多。而在集成电路设计中这是十分重要的。 
    有效的RC时间常数就与电容之比成正比，从而可以用电容和开关电容电阻准确的实现电路中要求的时间常数；而使用有源器件的电阻，可以使电阻尺寸最小。多晶硅电阻则是最简单的。在设计中要灵活运用这三种不同的方式。

蓄电池的失效模式
由于极板种类、制造条件、使用方式有差异，终极导致蓄电池失效的原因也各异，回纳起来，有如下几种失效模式：
1、正极板板栅的腐蚀变形
目前生产上使用的合金有3类，传统铅锑合金、低锑或超低锑合金、铅钙系列。上述三种合金铸成的板栅，在蓄电池的充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅，最后导致丧失支撑活性物质的作用而使电池失效；后由于二氧化铅腐蚀层的形成，使铅合金产生应力，使板栅线性长大变形，最后使极板整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落或在汇流排处短路。
2、正极活性物质脱落、软化
除板栅长大引起活性物质脱落外，随着充放电的反复进行，二氧化铅颗粒之间的组合也松弛，软化，从极板上脱落下来。
极板的制造，装配的松紧和充放电等一系列因素，都对正极活性物质的软化，脱落有影响。
3、不可逆硫酸盐化
电池过放电、放电后长期存储、或在放电状态下存储，极板上将在硫酸铅的溶解、重结晶作用下天生一种粗大、难于接受充电的硫酸铅结晶，此现象成为不可逆硫酸盐化。严重时电极失效，无法充电。
4、容量过早的损失
当用低锑或铅钙为板栅合金时，在蓄电池使用的初期（大约20个循环），出现容量忽然下降的现象，使电池失效。
5、锑在活性物质上的严重积累
正极板上的锑随着充放电循环，部分的被氧化成离子，随电解液到达负极活性物质上还原，由于电解液中氢离子在锑上比在铅上更轻易还原而天生氢气，因此锑积累后，电池充电时大部分电流均用于水分解，电池不能正常充电而失效。
6、热失控
由于充电电压过高、电流过大，导致电池温度升高，终极使电池变形、开裂而失效。
7、负极汇流排的腐蚀
一般情况下，汇流矮不存在腐蚀题目，但在阀控式密封蓄电池中，当建立氧循环时，电池上部空间基本布满氧气，隔膜中的电解液也可能沿极耳上爬到汇流排，汇流排的合金则会被氧化，天生硫酸铅，假如汇流排焊条合金选择不当，有杂质和缝隙，腐蚀会沿着这些缝隙加深，致使极耳与汇流排脱开，负极板失效。
8、隔膜穿孔造成短路
个别品种的隔膜，孔径较大，使用过程中可能造成大孔，活性物资可在充放电过程中穿过大孔，造成微短路，使电池失效。








胶体蓄电池多种用途
胶体蓄电池，可用于多种用途，诸如：通讯、发电、配电、遥控及交通工程、保安电力供应、数据工程系统、报警讯号及安全照明等。
1、采用固体凝胶电解质。在同等体积下，电解质容量大，热容量大，热消散能力强，能避免一般蓄电池易产生的热失控现象。对环境温度的适应能力(高、低温)强。
2、内部无游离的液体存在，无内部短路的可能。
3、电解质浓度低，对极板腐蚀弱;浓度均匀，不存在酸分层的现象。
4、采用无锑合金电池极板，电池自放电率极低，在20摄氏度下电池存放两年不需补充电。
5、采用滑动密闭技术。
6、长时间放电能力及循环放电能力强。
7、采用高灵敏度低压伞式气阀，无渗液鼓胀现象。
8、超强的承受深放电及大电流放电能力，有过充电及过放电自我保护。
胶体蓄电池是把电解液固定于胶体中的密闭阀控式铅酸可充电电池。




重视废铅的回收与再生
废铅主要来自蓄电池极板，电缆铠装、管道、铅弹和铅板。只要将这些废铅收集起来送到再生铅厂再熔、重炼，即可生产出精炼铅、软铅和各种铅基合金。废蓄电池和电缆包皮回收的铅，含有少量的锑和其他金属，这种再生铅一般仍转卖给蓄电池制造厂家。
含锡的再生铅大多重新用来制造焊条，轴承合金与其他铅锡合金。一般汽油和染料中的铅无法回收，是铅造成环境污染的主要因素。箔材、焊条、热处理和电镀中的铅，目前还难以回收。
工业发达国家和地区再生铅工业的发展较快。再生铅在铅工业中占有重要的位置，2000年工业发达国家和地区再生铅占铅总产量的百分比分别是：美国46%，日本58%，德国48%，法日57%，意大利52%，中国台湾100%。
我国铅的产量虽然增长很快，但再生铅产量增长的速度却很慢，近5年来一直徘徊在15~17万吨之问并且有下降的趋势。据《有色金届年鉴》统计，2000年我国再生铅产量仅为10.2万吨，占当年全国铅总量的27%。主要原因是我国原铅工业的发展较快，限制了再生铅份额的提高。
从环境保护的角度看，无论原铅工业如何发达，也应当充分重视废铅的回收与再生事业。

铅酸蓄电池的优点：
    1、使用性能佳：与同型号的其他类别的电池相比，具有优越性。
    2、耐震、耐冲击：不易损坏。
    3、寿命长：究其铅酸蓄电池本身的性能，历史悠久，生产、化成工艺成熟，也决定了铅酸蓄电池的寿命的长短。
    4、易保养 、维护：使用期间，只需要做简单的维护即可，同时电池的维护、保养与电池其实际的使用寿命有着密不可分的联系。
    5、可循环利用：铅酸蓄电池是在放完电以后，可以用充电的方法获得复原能再次使用的电池，我们通常称之为：二次电池，又叫充电电池或者是蓄电池。并且废旧蓄电池也可以通过修复、翻新的方法得到再次利用，既节约成本，又减少旧电池对环境所造成的污染。
    由于玻璃纤维管式铅蓄电池是累积多次实验结果而制成，因此具有多项优点。