煤礦用特殊型鉛酸蓄電池性能檢驗系統(tǒng)的研究與設(shè)計

【摘要】 本文在對煤礦無軌輔助運輸車輛用鉛酸蓄電池進行詳細介紹的基礎(chǔ)上，設(shè)計了煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統(tǒng)，重點設(shè)計了充/放電試驗用電壓檢測電路、電流檢測電路和IGBT隔離驅(qū)動電路，檢驗系統(tǒng)用于煤礦用鉛酸蓄電池高倍率放電性能和鉛酸蓄電池容量等試驗項目的檢驗。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 鉛酸蓄電池 檢驗系統(tǒng) 電流檢測

一、前言

近年來，由于國家加大了對煤礦安全生產(chǎn)工作的管理力度及井下工作人員安全生產(chǎn)意識得到提高，使得井下安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)，但安全生產(chǎn)問題依然嚴峻，危及安全生產(chǎn)工作順利開展的事故隱患未能得到徹底治理，所以對于煤礦井下電氣設(shè)備的安全性和可靠性提出更高要求。鉛酸蓄電池防爆蓄電池鏟車、防爆蓄電池運煤車、礦用蓄電池電機車等煤礦生產(chǎn)設(shè)備的主要動力來源，其性能好壞直接關(guān)系到礦井和作業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全。在鉛酸蓄電池研制和出廠過程中，型式試驗是保證產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品壽命的重要手段。因此，研制煤礦用鉛酸蓄電池檢驗裝置對于保證井下相關(guān)設(shè)備的可靠性及改善煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀具有重要的意義。

二、煤礦用鉛酸蓄電池

煤礦用鉛酸蓄電池根據(jù)使用場合的不同可分為煤礦特殊型鉛酸蓄電池、隔爆啟動型鉛酸蓄電池和隔爆型固定式鉛酸蓄電池。煤礦特殊型鉛酸蓄電池符合標準“MT 334 2008 煤礦鉛酸蓄電池防爆特殊型電源裝置規(guī)范”的要求，該電池具有較強的自恢復(fù)能力，不需要復(fù)雜的電池管理系統(tǒng)，過充或過放電對電池造成的危害小，利用小電流充電就可以恢復(fù)電池的性能。特殊性鉛酸蓄電池充電或放電過程中都有氫氣排放出來，尤其是在充電后期電解大量的水釋放出可燃性氣體，給煤礦生產(chǎn)帶來安全隱患。隔爆啟動型鉛酸蓄電池的內(nèi)部極板薄并且面積大，酸液為膠體狀態(tài)，具有充電或放電過程中水分損失少、不需要補充液維護、放電倍率高等特點，適合于車輛啟動等大電流的應(yīng)用場合。

三、煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統(tǒng)

結(jié)合煤礦用鉛酸蓄電池的特點和“MT 658-2011 煤礦用特殊型鉛酸蓄電池”標準的要求，設(shè)計鉛酸蓄電池充、放電性能檢驗系統(tǒng)，能夠完成煤礦用鉛酸蓄電池恒流恒壓充電、恒流放電、恒功率放電等檢驗項目。檢驗系統(tǒng)主要由處理器、IGBT隔離驅(qū)動、IGBT、系統(tǒng)信息檢測電路、信號處理電路、顯示屏、操作面板、計時器和恒溫水槽等組成。煤礦用鉛酸蓄電池性能檢驗系統(tǒng)組成如圖1所示，其中處理器是整個控制系統(tǒng)的核心，用于對檢驗系統(tǒng)進行全程控制和調(diào)節(jié)；IGBT隔離驅(qū)動電路用于驅(qū)動信號的隔離、放大，實現(xiàn)正壓導(dǎo)通、負壓關(guān)斷，提高實驗裝置的可靠性；IGBT用于對充、放電回路進行控制；系統(tǒng)信息檢測電路由電壓檢測、電流檢測和溫度檢測電路組成，用于采集系統(tǒng)的運行信息并反饋給處理器；信號處理電路對系統(tǒng)信息檢測電路的輸出信號調(diào)整，實現(xiàn)信號的隔離、轉(zhuǎn)換；顯示屏用于顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)；操作面板用于試驗過程外部指令輸入；計時器用于記錄試驗操作時間；恒溫水槽通過水循環(huán)和加熱裝置控制試驗環(huán)境溫度，從而控制蓄電池內(nèi)部溫度，實現(xiàn)恒溫充＼放電試驗。系統(tǒng)同時具有過流、斷線、反極、過熱、掉電數(shù)據(jù)保存、上電自動恢復(fù)等保護功能。

3.1 電參數(shù)檢測電路

煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統(tǒng)可以實現(xiàn)具有恒流恒壓充電、恒流放電等功能，電壓和電流檢測的準確性直接關(guān)系到監(jiān)測系統(tǒng)的精度。煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統(tǒng)要測量的電壓為直流電壓變量，可以采用電阻分壓的方式測量，得到一個未經(jīng)隔離的低壓直流信號，然后經(jīng)過線性光耦隔離將其變換成與之成正比的直流電壓送入A/D轉(zhuǎn)換測量。選用霍爾型電流傳感器對充/放電回路電流進行實時檢測，該傳感器具有測量范圍寬、響應(yīng)速度快及測量結(jié)果穩(wěn)定性高等特點，在工業(yè)控制、變頻調(diào)速及電網(wǎng)監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣泛運用。傳感器采用±15V電源供電，處理器根據(jù)采樣電阻R兩端的電壓值計算得到充/放電回路的電流值，霍爾型電流傳感器接線圖如圖2所示。

3.2 IGBT驅(qū)動電路

煤礦用鉛酸蓄電池充/放電過程采用IGBT控制，充/放電功率因數(shù)高、諧波小、對電網(wǎng)的沖擊小，符合國家綠色電網(wǎng)的要求。為了保證IGBT的可靠動作，選用IGBT專用驅(qū)動芯片M57962L為核心搭建電路實現(xiàn)IGBT的可靠動作，電路如圖3所示。在隔離驅(qū)動電路中，電阻R1為柵極限流電阻，二極管VD1為短路/過載等故障檢測二極管，電路故障由發(fā)光二極管VD2顯示，穩(wěn)壓二極管VD3、VD4反向串聯(lián)來防止IGBT的輸入電壓超出允許值。續(xù)流二極管VD5并聯(lián)在IGBT的集電極與發(fā)射極之間，用于避免感應(yīng)電勢將IGBT的集電極和發(fā)射極擊穿，保證IGBT動作的穩(wěn)定性。

四、結(jié)束語

煤礦安全是當(dāng)代社會各個領(lǐng)域關(guān)注的熱點，礦用設(shè)備的安全性對于井下安全生產(chǎn)起著非常重要的作用。煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統(tǒng)可以完成不同規(guī)則的煤礦用鉛蓄電池的檢驗檢測，該裝置具有精度高、穩(wěn)定性好、實時性強等特點。。

參考文獻

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 煤礦安全規(guī)程[M] .北京： 中國法制出版社，2011.

[2] 袁曉明.煤礦車輛用蓄電池技術(shù)[J]工礦自動化，2011（6）26-28.

作者簡介：秦燕：（1972-），女，黑龍江省樺川人，高級工程師，從事煤礦電器設(shè)備檢驗與研究工作。