鉛酸電池裝配線短路檢測的選型及應用

汪 敏

（江蘇先特能源裝備有限公司，江蘇 南京 211100）

短路（Short circuit）是指在正常電路中電勢不同的兩點不正確地直接碰接或被阻抗（或電阻）非常小的導體接通時的情況。能夠讓電流通過的材料，導體依其導電性還能夠細分為超導體、導體、半導體、及絕緣體。在科學及工程上常用利用歐姆來定義某一材料的導電程度。它們使電力極容易地通過它們。

當電流在導體內流過時，事實上是因為導體內的自由電荷(在金屬中的自由電荷是電子,而在溶液中的自由電荷則為陰、陽離子)產生漂移而造成的，根據材料的不同，自由電荷的漂移方式也不相同：在超導體中，電子幾乎不受原子核的干擾而能夠快速移動；在導體內電子的移動受限于該材料所造成的電子的能階大小；在半導體內，電子能夠移動是因為電子-空穴效應；而絕緣體則是電子受限于分子所構成的共價鍵，使得電子要脫離原子是一件非常困難的事。因此，沒有絕對絕緣的絕緣體，只要有足夠大的能量（例如高壓電）就可以使電子得以通過某絕緣體。

所以，我們所檢測的極群是由導電材料構成，因為我們提供的電壓也不可能無限高。比如不導電的鉛膏和不導電的生板，如果用此類方法測試的結果一種是全部都合格，另一種全部都不合格。除非板柵裸露或正負極板柵裸露并且距離比正常裝配的正負極距離近了檢測才有效。

短路檢測控制器作為極群短路系統的控制與管理的中心，承擔著被檢測極群的合格或不合格的鑒別任務。當在按要求設定的電壓和泄漏電流情況下，超出設定值就判定為不合格品。但是，不同的隔板及不同的需求就要選用不同的控制系統；如果選擇不恰當，則會導致檢測工作不正常，甚至設備不能發揮作用。下面就分別描述一下各自的工作原理，供大家選擇時參考。

1 設計選型難點

隔板[1-2]的作用：（1）防止正負電極板互相接觸而發生電池內部短路；（2）使電池裝配緊密，縮小電池體積；（3）防止極板變形，彎曲和活性物質脫落；（4）在極板間的多孔性隔板中貯存必要數量的電解液，以保證較高的導電性和電池反應的要求；（5）阻止一些對電極有害的物質通過隔板進行遷移和擴散。

不同短路檢測系統中，由于生產電池的隔板種類不同，使設計不得不面對一些必須解決的新問題。

1.1 內阻大的選擇

PE隔板具有較小的孔徑，極低的電阻和極薄的基底，易于做成袋式，適用于蓄電池的連續化生產。PP隔板吸濕性小，易發生融體破裂，長期與熱金屬接觸易分解。像此類隔板在常溫下松裝配的情況下測試出來的電流就要小，因為內阻比較大，所以相對來說需要使用連續性的持續加壓上去，才能達到測試效果。

1.2 內阻小（濕度大）的選擇

在閥控式鉛酸蓄電池中普遍使用超細玻璃纖維隔板(AGM)，該隔板的主要功能是可使電極間的離子流動，具有極高的孔率；大的比表面積及良好的潤濕性是能夠吸附最大量的電解液的隔板主要特性。此類隔板的緊裝配及隔板本身特性導致了與上面同樣電壓下測試出來的電流大很多。所以此類電池需要用脈沖的電壓，因為只有如此才能達到這樣的效果。

1.3 大電流高壓的選擇

當我們用常規的儀器測試時，當檢測有報警時，一般情況下都會斷開負載上的電壓。因為控制器的變壓器功率較低，不能輸出很大的電流，所以，大電流的短路檢測此時發揮了用處。當檢測的板柵有短路時，電壓持續加到負載上，直至燒出或大或小的痕跡，也有可能把隔板直接燒穿掉。

2 系統實現

2.1 工作框圖[3]

高壓控制器的設計采用帶AD轉換的單片機去控制。主要組成部分包括：(1)AD采樣調理模塊；(2)PWM驅動調節模塊；(3)升壓式調節模塊；(4)智能通訊接口單元模塊；(5)供電電源模塊；(6)同步信號調理模塊；（7）AC-DC模塊。

不同的功能，由不同的模塊組成，如圖1所示。

圖1 高壓控制器組成示意圖

2.2 工作原理

（1）連續電壓測量控制器的PWM電路控制部分，由AC轉換為DC電壓輸入到IN，再由DC轉AC連接到OUT后升壓，然后連接到負載去做測試，通過負載電流與設定電流比較判斷合格或不合格。（2）脈沖式高壓測量控制系統由硬件同步控制電路轉換后，通過逐次采樣判斷是否到達峰值，連續判斷確認后觸發可控硅導通，產生的脈沖電壓加到負載上，通過負載電流與設定電流比較判斷合格或不合格。

3 硬件設計[3]

3.1 連續電壓測試硬件設計

圖2所示的是由連續高壓測試所需的硬件電路和由四個MOS管構成全橋逆變電路。當DC-AC后，通過升壓變壓器得到50 Hz的交流高壓，交流高壓加到負載上后形成一個回路電流，通過電流互感器得到的電流信號經調理電路處理送到單片機進行處理。

圖3所示，連續高壓測試電流通過此電路調理后送CPU采樣得到。

圖2 全橋逆變電路工作原理圖

圖3 測試電流調理電路

3.2 脈沖測試硬件設計

圖4所示為脈沖高壓硬件設計核心控制部分。觸發信號為CPU根據同步信號處理后輸出很短的脈沖信號；高壓交流輸入是根據產品的需求提供所需要的電壓值；到電壓調理電路是根據產品需求設定的電壓值送到調理電路后給CPU的AD采樣顯示；到電流調理電路是根據一定的負載所得回路電流的電壓值，把此值送到調理電路后給CPU的AD采樣顯示，并與設定值進行比較判斷是否合格；高壓輸出到負載是我們所輸出的脈沖電壓接到負載兩端，形成一個電流回路。

圖4 脈沖高壓硬件設計

3.3 通訊接口單元

本單元使用RS-485標準數據信號采用差分傳輸方式，硬件主要為485通訊IC和附加的保護電路，可選擇并聯120 Ω電阻。通信地址號通過鍵盤編程設定。主要功能是把所測量的數據如輸出電壓、測量電流、電流設定報警值等數據送到上位機進行記錄以方便以后查詢。

4 實際應用方法

當我們選擇好設備后，在現場如何進行參數的設定呢？特別是工藝人員對工藝參數必須要掌握一個度的把握。簡單一點的做法就是將參數設定分為兩種方式。

（1）根據實際情況設定一個報警電流值

首先我們設定一個所要求的電壓，把電流報警設為最大，然后拿出我們認為合格品10～20只，分別測量記錄顯示電流值，以記錄值最高者為基準，再放一點正偏差余量，以此作為設定的電流值作為工藝參數。這樣的工作每個班都要做，操作起來麻煩一些，對要求高一些的廠家可以考慮。因為電流值變化受到影響的因素很多，裝配的松緊、干燥的程度、天氣的潮濕度等等都會有影響，所以不能固定一個值不變。（2）根據短路情況設定一個短路電流報警值

我們首先設定一個所需要的電壓，把報警值設到最大，然后短路看顯示最大值是多少，根據顯示的電流值大小去設定一個略低于此值的（負偏差）報警設定值即可。這樣的話每個班參數就可以不用再調整，簡化了工藝和操作人員的工作，但對于裝配松緊和干濕度要求較高的廠家就要另外調整。在調整過程中，脈沖工作方式不需要特別注意的地方；連續電壓方式因為系統設計決定了電壓過低會導致短路也不會報警，所以電壓調低后一定要短路測試一下能否報警，電壓高了也可能看不見電流顯示值，所以直接把電流報警設定到略低于最大即可。

5 結論

短路檢測控制系統在一定的條件下完全可以達到我們所設定的要求；經過不同廠家的使用反饋來看，選型非常關鍵。只要選對了型號并掌握了使用技巧，對于用戶來說會達到事半功倍的效果，對提高電池產品品質有著不可估量的作用。

[1]劉廣林.鉛酸蓄電池工藝學概論[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]石光.鉛酸蓄電池隔板[M].北京：化學工業出版社，2010.

[3]SLOSS A.ARM嵌入式系統開發：軟件設計與優化[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.