船用充放電板的應用研究

王瑞云

(渤海船舶職業學院電氣工程系，遼寧省葫蘆島125005)

0 引言

船舶配電裝置，是接收和分配電能，并對電網實現保護的設備。其中主配電板、應急配電板和蓄電池充放電板等還具有對電源裝置、用電設備進行測量、保護和控制功能。蓄電池充放電板為船上需要 24 V直流電源的設備提供直流電源，具有充電和放電功能。蓄電池充放電板工作是否可靠直接影響到船舶的航行安全。

船上充放電板的蓄電池組一般最少由2組構成，一組專門給機艙監測系統和主發電機、主機的安保系統等供電，稱為總用蓄電池組；第二組則專門給通訊導航系統供電，稱為無線電蓄電池組。正常情況下，充放電板內充電裝置（充電單元）分別對兩組蓄電池充電；放電時，當輸出電壓過高或者過低時，就會報警，分路開關自動跳閘，保護船上的精密設備不受電壓沖擊影響。

1 船用充放電板系統的組成

船用充放電板系統主要由充電器、負載電源、電池組、面板顯示和報警部分組成。在電站正常工作時，充放電板選擇浮充模式，充電電路對電池充電，同時本身輸出為船上設備提供 DC24V電源。當電站因故停止工作時，蓄電池放電，繼續向負載提供DC24 V電源，以保證應急設備正常工作，從而保證航行安全。當船電恢復供電時，本機又開始向電池充電并繼續向負載供電。在由船電供電轉至電池放電時，轉換時間為 0，以使負載真正獲得不間斷電源。

1.1 充電器部分

本充電器是由開關電源組成充電器，具有定壓充電功能。輸入電壓AC440/60 Hz，電源來自應急配電板。輸出直流24 V±0.03 V，此電源既可以對蓄電池充電，又可以對小型直流負載供電。

1.2 負載電源部分

本負載電源是由開關電源組成，可以為以下負載提供應急直流電源：綜合報警燈板繼電器箱、電工實驗板、CO2釋放預報警控制箱、主機監測報警單元、主配電板發電機充磁、貨油艙液位壓力檢測報警箱、機艙監視臺、可燃氣體濃度報警控制箱、冷庫誤關報警系統、醫務室呼叫報警系統、左舷搜索燈、右舷搜索燈、駕控臺低壓助航分電箱、至 VDR系統、主機遙控系統不間斷電源等設備。同時還有冗余接點，作為備用。

1.3 電池部分

本機電池采用鉛酸免維護電池，使用壽命是3~5年。每組電池額定電壓24 V、300 Ah，共計2組。蓄電池出廠前已充足電，允許直接使用。

1.4 顯示和報警部分

本部分由A、V顯示負載電流、電壓；由H1指示交流電源有無；由 H2指示電池放電；由BZ1I實現聲光報警，按下 SA1消音。另外本機提供故障輸出信號觸點。

圖1 船用充放電板系統原理圖

2 船用充放電板系統的原理

船用充放電板系統原理圖如圖1所示：

1) 合上低壓斷路器 Q1，指示燈 H1亮，轉換SW3的位置，可由電壓表V指示UPN、 UP1N1或UP2N2的電壓值的大小。

2) 合上負載輸出開關，直流電加載，此時輸出電流表A會有相應指示，相應的取用直流電源的負載獲電工作。

合上低壓斷路器Q2可以對電池組1充電，或當交流電源故障失電時，可及時放電繼續向負載供直流電；若合上低壓斷路器Q3，同時合上轉換開關SW1，可以對電池組2充電，或當交流電源故障失電時，同樣也可及時放電繼續向負載供直流電；使兩組蓄電池輪流處于充放電狀態。

轉換SW2的位置，由測流裝置A指示IA1A2、IA3A4或IA5A6的電流值。即由測流裝置A來監測電流的大小。

3) 在電池充滿電狀態下，若外部交流電供電斷電，由電池放電還繼續輸出可達1.5h以上。電池在放電后，要及時充電，否則會使蓄電池容量不足，以致損壞。

4) 需要關機時，應先切斷負載，最后關斷Q1輸入開關。

5) 充放電板工作期間，設有以下報警電路和消音電路：

（1）絕緣低報警——當充放電板絕緣降低時，AL閉合，使繼電器P1得電，P1的常開觸點閉合，一路使絕緣低報警指示燈 H5亮，另一路使報警鈴BZ1響，發出絕緣低聲光報警。同時將絕緣低報警信號送至機艙監測報警系統。

（2）電源故障報警——當電源出現故障時，使繼電器 6KA得電，6KA的常開觸點閉合，一路使電源故障報警指示燈 H4亮，另一路使報警鈴BZ1響，發出電源故障聲光報警。

（3）充電器故障報警——當充電器出現故障時，CU閉合，使繼電器1KA得電，1KA的常開觸點閉合，一路使充電器故障報警指示燈H6亮，另一路使報警鈴BZ1響，發出充電器故障聲光報警。

（4）消音電路——按下 SA1，繼電器 7KA得電，7KA的常閉觸點閉合實現自鎖，7KA的常閉觸點斷開，切斷報警鈴電路，警鈴停止。

3 船用充放電板系統的故障排除

為了保護用戶的使用安全，嚴格禁止用戶解剖電池。蓄電池在使用過程中發生故障，就幾點常用故障可按以下方法進行分析及排除。

1) 當開始放電時電壓下跌過多，甚至在開始數秒鐘已跌破最低電壓限數，可能的原因：

（1）電纜線徑小，引起過大的電壓降，應加并聯電纜；

（2）電池定額容量太小，可增加要求的并聯串列；

（3）有短路單元，單元變熱，會發展至熱失控，內部火花會導致爆炸，應及時換掉短路故障單元并評價整個串列。

2) 端子上有腐蝕：可能因為制造時殘留電解液或電池端子密封漏出的電解液侵蝕了單元間的連接，這樣會增加接觸電阻使高速放電時接頭發熱增加及電壓降加大。應拆下連接，清潔連接面、端子區并密封涂上抗氧化油再妥善安裝。如果端子區滲漏明顯，則必須換掉電池。

3) 25℃時系統浮充電壓平均值大于2.3 V/單格：可能原因是充電器輸出設定不正確，過度充電導致產生氣過多，電解液干涸至發生熱失控。要再調整充電機輸出至推薦值。

4) 25℃時系統浮充電壓平均值小于 2.25 V/單格： 可能原因是充電器輸出設定不正確，充電不足造成充電循環時工作時間減少和容量逐漸喪失。若任其發展，極板上便會生成不可逆轉的硫酸鉛，造成容量永遠喪失。應重新調整充電輸出電壓到推薦值。將電池系統均衡充電48至72 h，進行容量試驗。如果容量喪失是永久性的，即須調換整個電池系統。

5) 系統均衡電壓大于平均2.4 V/C ：可能原因是充電機均衡充電電壓調整不正確 ，過度充電導致產氣多，電解液干涸以至發生熱失控。應重新調整充電機輸出電壓到推薦值 。

6) 個別電池浮充電壓小于平均2.2 V/C：可能個別電池短路，負載下操作時間縮短。浮充電流增加，放電時單元發熱，潛在熱失控危險，應換掉個別電池。

7) 個別電池浮充電壓大于平均2.42 V/C：可能個別電池存在開路單元。這可憑檢查（零）浮充電電流或檢查電池的電阻（很高）來證實，無法支持負載、能造成引燃室內氣體的內部電弧，應換掉個別電池。

4 結論

船用充放電板主要用作應急照明、報警系統、應急通訊裝置、柴油機起動等的電源，是船上極為重要的電氣設備。由于蓄電池本身在使用過程中會產生大量易燃有害氣體，如使用不當會造成大量溶液溢出，導致整個系統的絕緣電組下降，影響蓄電池的容量，對船舶安全及人體健康帶來很大危害。應研究船用充放電板的原理，掌握蓄電池的故障排查方法，以免造成嚴重后果。

[1]鄭華耀. 船舶電氣設備及系統. 大連: 大連海事大學出版社, 2009.

[2]陸順希, 蔡宗霖. 船舶電工工藝學. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 2006.

[3]任志錦. 電機與電氣控制. 北京: 機械工業出版社,2002.

[4]叢培亭. 船舶電站. 北京: 人民交通出版社, 2006.