煤礦用特殊型鉛酸蓄電池性能檢驗系統的研究與設計

【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上，設計了煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統，重點設計了充/放電試驗用電壓檢測電路、電流檢測電路和IGBT隔離驅動電路，檢驗系統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。

【關鍵詞】 煤礦 鉛酸蓄電池 檢驗系統 電流檢測

一、前言

近年來，由于國家加大了對煤礦安全生產工作的管理力度及井下工作人員安全生產意識得到提高，使得井下安全生產形勢持續穩定好轉，但安全生產問題依然嚴峻，危及安全生產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設備的主要動力來源，其性能好壞直接關系到礦井和作業人員的生命財產安全。在鉛酸蓄電池研制和出廠過程中，型式試驗是保證產品性能、提高產品壽命的重要手段。因此，研制煤礦用鉛酸蓄電池檢驗裝置對于保證井下相關設備的可靠性及改善煤礦安全生產現狀具有重要的意義。

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范”的要求，該電池具有較強的自恢復能力，不需要復雜的電池管理系統，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，給煤礦生產帶來安全隱患。隔爆啟動型鉛酸蓄電池的內部極板薄并且面積大，酸液為膠體狀態，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用場合。

三、煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統

結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，設計鉛酸蓄電池充、放電性能檢驗系統，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。檢驗系統主要由處理器、IGBT隔離驅動、IGBT、系統信息檢測電路、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組成如圖1所示，其中處理器是整個控制系統的核心，用于對檢驗系統進行全程控制和調節；IGBT隔離驅動電路用于驅動信號的隔離、放大，實現正壓導通、負壓關斷，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，用于采集系統的運行信息并反饋給處理器；信號處理電路對系統信息檢測電路的輸出信號調整，實現信號的隔離、轉換；顯示屏用于顯示系統的運行狀態；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和加熱裝置控制試驗環境溫度，從而控制蓄電池內部溫度，實現恒溫充＼放電試驗。系統同時具有過流、斷線、反極、過熱、掉電數據保存、上電自動恢復等保護功能。

3.1 電參數檢測電路

煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統可以實現具有恒流恒壓充電、恒流放電等功能，電壓和電流檢測的準確性直接關系到監測系統的精度。煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統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，得到一個未經隔離的低壓直流信號，然后經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、響應速度快及測量結果穩定性高等特點，在工業控制、變頻調速及電網監測等領域具有廣泛運用。傳感器采用±15V電源供電，處理器根據采樣電阻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/放電功率因數高、諧波小、對電網的沖擊小，符合國家綠色電網的要求。為了保證IGBT的可靠動作，選用IGBT專用驅動芯片M57962L為核心搭建電路實現IGBT的可靠動作，電路如圖3所示。在隔離驅動電路中，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，電路故障由發光二極管VD2顯示，穩壓二極管VD3、VD4反向串聯來防止IGBT的輸入電壓超出允許值。續流二極管VD5并聯在IGBT的集電極與發射極之間，用于避免感應電勢將IGBT的集電極和發射極擊穿，保證IGBT動作的穩定性。

四、結束語

煤礦安全是當代社會各個領域關注的熱點，礦用設備的安全性對于井下安全生產起著非常重要的作用。煤礦用鉛酸蓄電池檢驗系統可以完成不同規則的煤礦用鉛蓄電池的檢驗檢測，該裝置具有精度高、穩定性好、實時性強等特點。。

參考文獻

[1] 國家安全生產監督管理總局. 煤礦安全規程[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[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，從事煤礦電器設備檢驗與研究工作。