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阀控式密封铅酸蓄电池的均衡充电
阀控式密封铅酸电池（以下简称阀控式电池）由于具有节省投资、安装简便、安全可靠、使用方便等特性，在实际应用中被大量使用。但由于对其使用要求缺乏了解，并沿用旧的均衡充电制度，对电池造成较大的危害。
取消均衡充电的理由
何谓均衡充电
所谓均衡充电，就是均衡电池特性的充电，是指在电池的使用过程中，由于电池的个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡，为了避免这种不平衡趋势的恶化，需要进步电池组的充电电压，对电池进行活化充电。
无须均衡充电的理由
首先，均衡充电的概念的概念是在老式铅酸电池使用中提出的目前大的多数的阀控式电池都明确提出“电压均衡、化成彻底”。而“电池内不形成酸层，无需进行均衡充电”。对于2.4V单体电池的充电电压的定义是加速充电，即“FAST CHARGE”，而非“EQUATION”。
其次，均衡充电会对阀控式电池造成损害。均衡充电电压对于大多数电池来说，都是较高的浮充电压。此时，大多数正常电池都处于过充电状态。不能复合的气体在电池内部形成一定的压力，压力超过安全控制阀阀值时，阀门打开，气体从控制阀中排出。
在以前的电池维护中，伴随着均衡充电的过程是进行电池比重的调整，也就是说采用添加蒸馏水的办法补充水量，以保持电池的均衡性。但在免维护电池中，在现有的维护制度下是不加水的，这样一来，将不可避免造成电池的失水、电池干枯。
取消均衡充电后，如何保证电池端电压的一致性
电池端电压的决定性因素
首先，主要起决于电解液的浓度和极板材料。电池失水，电解液浓度必然增大，使电池的端电压升高。其次，与安全阀的开启有关。如安全阀的压力过低，必将造成电池过早失水、端电压上升。此外，串联电池之间的连接状态是不同的，浮充时，会出现充电不足。当电池碰到深放 电再进行恢复性充电时，难以恢复，这将造成电池端电压偏低。
电池端电压的保证手段
既然电池会存在端电压不一致的情况，又不答应电池进行均衡充电，那么应如何确保电池端电压的一致性？首先应从电池的原材料、生产环节保证电池电压的一致性。比如电池材料的选择，特别是电解液、极板、压力控制阀等关键材料的选择。其次要确保电池安装的质量，保证电池安装状态的一致性。如，电池的连接方法、扭力的均衡性等。另外还要在维护中予以关注。对于某些落后的电池要进行恢复性充电，同时还要适当调节电池的电解液；应定期检查压力阀的工作状态。

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簧片扭摆弱力测量系统的设计

摘 要：基于静电力测量原理，设计了一种簧片扭摆弱力测量系统，它主要由扭摆、信号检测系统和信号采集系统组成。该系统最大的优点是扭摆可以整体加工制作，框架、簧片、连接杆和检验质量是一个统一的整体，所以它们相互之间没有滑动，没有摩擦，具有很高的灵敏度。根据设计参数，如果系统的输出电压噪声为10 mV，那么在140 ?N的动态范围内，所设计的簧片扭摆弱力测量系统的测量精度能够达到1.4 nN。 
关键词：弱力测量；簧片扭摆；电容传感器  
随着现代工业化社会的发展，10-6 N量级和10-9 N量级等弱力的测量变得越来越重要。度量弱力基准常用的方法有静电力方法和重力方法，重力方法可以追溯到质量基准的度量。质量基准一般采用有形物体铂铱合金来度量，由于人工制作的质量基准会随时间的推移而发生变化，所以人们试图将质量基准和基本自然常数联系在一起，目前采用基本自然常数度量质量基准最常用的方法有瓦特天平法和原子计数法。1994年，S.T.Smith 和L.P.Howard采用静电力方法度量弱力基准，在100 mN的动态范围内，其分辨率为70 nN/Hz1/2。2001年，在美国国家标准技术研究所，通过施加质量为0.5 mg的物体产生了5 μN的力。2003年，David B.Newell等人采用静电力方法度量弱力基准，在300 μN的动态范围内，实现的弱力测量精度约为15 nN。基于静电力方法，从2004年开始，我们使用微位移电容传感技术开展了簧片扭摆弱力测量装置的设计研究。 
1 系统的描述 
簧片扭摆弱力测量系统主要由扭摆、信号检测系统和信号采集系统组成。它与其他弱力测量系统的不同是用簧片作为扭转轴，有效地降低了系统的机械灵敏度，增强了系统的稳定性，其测量原理如图1所示。 
簧片扭摆弱力测量系统的基本测量原理可以表述为：当一个微弱的外力信号（标准力）作用在扭摆上，使得检验质量偏离其初始平衡位置，造成检验质量和相应方向电极间的电容变化。通过差动式位移电容传感器后，再经过比例－积分－微分控制环节（PID），给该方向的电容极板施加相应的反馈电压，利用静电力使检验质量达到新的平衡位置，反馈电压的大小正好反映了外界在该方向所施加的力的大小。 
1.1一维机械扭摆 
这里设计的机械扭摆主要由框架、簧片、2个质量相同的连接杆和2个质量相同的检验质量m组成，其结构如图2所示。 

2003年，V. Iafolla等人利用这种扭摆测量引力常数G，现在我们用此种扭摆构成簧片扭摆弱力测量系统进行弱力测量研究。扭摆（铍青铜材料）可以通过线切割机（切割精度为0.02 mm）切割制成，其尺寸为(250.00±0.02)mm×(60.00±0.02)mm×(9.00±0.02) mm。扭摆的一个检验质量和周围两个平行的电容极板形成两对电容极板，构成微位移电容传感器的机械结构，用于检测扭摆绕扭转轴的运动情况。感受重力作用的检验质量，其尺寸为(40.00±0.02)mm×(40.00±0.02)mm×(9.00±0.02) mm，质量m为(0.12±0.01) kg。电容极板由绝缘材料并在其表面镀银制成，其表面积S为(40.00±0.02)mm×(40.00±0.02)mm，它与检验质量之间的初始间距d0为(1.00±0.02)mm，电容极板处于初始平衡位置时的电容C0为(14.2±0.1)pF。连接杆的尺寸为(66.00±0.02 )mm×(6.00±0.02)mm×(9.00±0.02) mm，其质量mb为(0.03±0.01)kg。两个检验质量的质心到扭转轴的距离相等(L=86 mm)。簧片采用工字形结构，如图1所示，它的长、宽和厚分别为(20.00±0.02)mm、(1.00±0.02)mm和(1.00±0.02)mm。该系统主要优点有：第一、扭摆可以整体加工制作，框架、簧片连接杆和检验质量是一个统一的整体，所以它们相互之间没有滑动，没有间隙，没有摩擦，避免了机械安装引起的误差。第二、整个扭摆在设计上具有很好的对称性，具有很高的灵敏度，精密小巧。 
1.2 信号的检测系统 
信号检测部分是采用差动式电容检测系统来测量扭摆扭转产生的微小位移，电路原理图如图3所示。 
信号发生器产生的高频正弦波（频率为10 kHz）加载在电容极板上，中间的检验质量上会感应出相应的正弦信号，如果检验质量有微小的位移Dd，就会引起极板间电容大小的变化，形成差动电容（Δ=C2-C1=2εSΔd/d20，式中ε为真空介电常数）。这时，交流桥路的平衡被破坏，检验质量上产生的微小低频信号被调制到高频正弦信号中。这些信号通过前置放大器和交流放大器进行放大，再与标准载波信号进行相关检测，解调后，通过滤波器滤除高频部分，得到的低频直流电压信号经过放大后，再经过比例－积分－微分控制环节（PID），利用一个通道给该方向的电容极板施加相应的反馈电压，利用静电力使检验质量达到新的平衡位置，同时用另一个通道将反馈电压Vf通过A/D转换器将模拟信号转化成数字信号进入信号采集系统。 
1.3 静电弱力测量 
2 误差来源及改进措施 
影响该簧片扭摆弱力测量系统的主要误差来源有：扭摆的机械热噪声（布朗噪声）、扭摆机械结构引起的误差、电容传感器的电路噪声及外界环境引起的噪声（如温度、湿度和地面震动的影响）等。下面对各种噪声分别进行讨论。 
2.1 簧片扭摆弱力测量系统的机械噪声（布朗噪声） 
扭摆的热噪声是由于构成振子和检测质量的微粒之间的相互碰撞，即通常我们所说的布朗运动而引起的，它对弱力的测量有一定影响。 
一维简谐振子的角位移功率谱密度为

   
2.2 微位移电容传感器的电路噪声 
由于电容传感电路采用的是高频信号，所以可以忽略1/f噪声的影响，那么剩下的主要是电路的噪声和寄生电容的影响。电路噪声主要由交流桥路的噪声、电荷放大器的噪声和电容损耗引起的噪声构成。电容式传感器的敏感电容除了极板间的电容外，电容极板与周围其他导体、电容极板引线产生的寄生电容使得传感器的位移敏感电容发生变化，而寄生电容又不稳定，从而对位移检测产生一定的干扰。采用静电屏蔽措施可以减少这种寄生电容。可将电容传感器放在金属盒内，并将金属盒可靠接地。 
2.3 电容传感器的非线性 
微小位移Δd和由于微小位移引起的差动电容ΔC近似成线性关系的必要条件是Δd 2.4 外界环境引起的噪声 
外界环境的影响主要指外界温度变化、地面震动、空气的流动以及湿度等引起的噪声，仪器的对称性和材料的选择使得它对温度的影响比较稳定。由于扭摆悬浮在空气中，易受环境变化的影响，同样，差动式位移电容传感器也受环境变化的影响，为了减小这些影响，可以采用隔振装置。

3 结论 
本文设计了一种簧片扭摆弱力测量系统，该系统与其他弱力测量系统的不同是用簧片作为扭转轴，有效地降低了系统的机械灵敏度，增强了系统的稳定性。在此基础上，对簧片扭摆弱力测量系统进行了设计和误差分析，并结合电容微位移传感技术论述了静电力测量原理。根据设计参数，利用静电力公式可以得到静电力与反馈电压的比值为1.4×10-7 N/V，如果系统的输出电压噪声为(1~10) mV，那么簧片扭摆弱力测量系统的测量精度能够达到(0.14~1.4) nN。

蓄电池特点:
维护简单
充电时，电池内部产生的氧气大部分被极板吸收还原成电解液，基本没有电解液减少。 
持液性高
电解液被吸收于特殊的隔板中，保持不流动状态，所以即使倒下也可使用。（倒下超过90度以上不能使用） 
安全性能卓越
由于极端过充电操作失误引起过多的气体可以放出，防止电池的破裂。  
自放电极小
用特殊铅酸合金生产板栅，把自放电控制在最小。 
寿命长、经济性好
电池的板栅采用耐腐蚀性好的特种铅钙合金，同时采用特殊隔板能保住电解液，再同时用强力压紧正板活性物质，防止脱落，所以是一种寿命长、经济的电池。 
内阻小
由于内阻小，大电流放电特性好。 
深放电后有优良的恢复能力
万一出现长期放电，只要充分充电，基本不出现容量降低，很快可以恢复。
应用范围：
通讯电源   不间断电源  应急灯  电力系统
警报系统  太阳能系统  玩具  医疗设备

性能特点：
      以气相二氧化硅和多种添加剂制成的硅凝胶，其结构为三维多孔网状结构，可将硫酸吸附在凝胶中，同时凝胶中的毛细裂缝为正极析出的氧到达负极建立起通道，从而实现密封反应效率的建立，使电池全密封、无电解液的溢出和酸雾的析出，对环境和设备无污染。
      胶体电池电解质呈凝胶状态，不流动、无泄露，可立式或卧式摆放。
      板栅结构：极耳中位及底角错位式设计，2V系列正极板底部包有塑料保护膜，可提高蓄电池在工作中的可靠性，合金采用铅钙锡铝合金，负极板析氢电位高。正板合金为高锡低钙合金，其组织结构晶粒细小致密，耐腐蚀性能好，电池具有长使用寿命的特点。
      隔板采用进口的胶体电池专用波纹式PVC隔板，其隔板孔率大，电阻低。
      电池槽、盖为ABS材料，并采用环氧树脂封合，确保无泄露。
      极柱采用纯铅材质，耐腐蚀性能好，极柱与电池盖采用压环结构即压环与密封胶圈将电池极柱实现机械密封，再用树脂封合剂粘合，确保了其密封可靠性。
      2V、12V全系列电池均具备滤气防爆片装置，电池外部遇到明火无引爆，并将析出气体进行过滤，使其对环境无污染。
      胶体电池电解质为凝胶电解质，无酸液分层现象，使极板各部反应均匀，增强了大型电池容量及使用寿命的可靠性。
      过量的电解质，胶体注入时为溶胶状态，可充满电池内所的空间。电池在高温及过充电的情况下，不易出现干涸现象，电池热容量大，散热性好，不易产生热失控现象。


阀控式密封蓄电池的特性
阀控式密封蓄电池因为有突出的特点已被广泛应用，但在制造和运行中也还存在着一些值得注意的问题，应时刻牢记它决不是免维护电池。
从蓄电池的工作地位、不完善性、电源的故障统计等诸多方面分析看，蓄电池的技术维护工作都应是重中之重。阀控式密封蓄电池尽管有突出的特点，如：在正常情况下无酸雾逸出、可以和主机同屋布放、适合分散供电、车载电源等，但在生产制造、运行维护等方面尚有一些不尽人意的地方。阀控式密封蓄电池有两种：一种是采用超细玻璃纤维隔膜的阀控式密封蓄电池（AGM）；一种是采用胶体电解液的阀控式密封蓄电池。
因此，阀控式密封蓄电池对生产工艺要求十分严格。阀控式密封蓄电池在使用过程中由于重力作用和无法添加蒸馏水，因而电解液均匀性较差，失水是提前失效的重要因素。所以它对工作环境、温度、浮充电压、充电电压有严格的要求。