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    西力蓄电池NP24-12 您机房电源设备保驾护航

  • 更新时间:2018-10-15 09:34
    所属行业:能源 电池 铅酸蓄电池
  • 发货地址:北京北京
    信息编号:99025749,公司编号:14287491
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北京盛世君诚科技有限公司

为保证无人值守的设备(比如考勤机等)在断电后仍能运行,通常要加入蓄电池作为后备电源。在电网断电后,后备电池开始对设备进行供电。这时,必须设置电池过放电保护电路。简单的电池保护是设置一个电压保护门限,当电池电压降到这个门限值之后,自动断开回路,停止对负载供电。但由于负载被断开之后,电池端电压会迅速升高至门限电压以上,于是电池又被重新接入电路给负载供电,此后会重复“断开一接通一断开一接通”的振荡过程,直到电池耗尽。这对电池的寿命会产生很大的影响,甚至损坏电池。所以,必须设计一种带有滞回功能的自动保护电路。

    目前市场上有一些现成的电池保护芯片可以应用,但这些芯片多应用于锂电池的保护,电压等级多集中在5V左右。在一些电压等级较高的蓄电池应用中,例如,10V至50V的供电系统可能就无法应用。本文提供了一种简单有效的带有滞回区的电池保护电路,可以设置两个电压门限,避免产生振荡,又因为这两个门限可以通过电阻任意设置,因此能够应用到几十伏的电池系统中。


1 保护原理

    如图1(a)所示,假设电池电压为UBAT,系统只设置一个保护门限电压UTH。则当电池电压低于UTH时,比较电路输出低电平,负载被断开。但由于负载的移除,电池端电压迅速上升至UTH以上,比较器重新输出高电平,负载又被接入,从而形成振荡。


    但如果在比较电路中设置两个门限电压:UTHH和UTHL(UTHH>UTHL),则可以形成一个滞回区,如图1(b)所示。当电池电压从低升高至UTHH时,比较器输出高电平,打开电子开关,给负载供电;当电池电压降低至UTHL时,比较器输出低电平,断开负载。这个时候电池端电压虽然会迅速升高至UTHL以上,但由于达不到UTHH,所以,比较器仍然输出低电平,负载仍被断开,直到电池被充电后电压升高至UTHH以上才能再次接通负载。这样就避免了电路的振荡,保护了负载和电池。 

    虽然绝大多数比较器中都带有滞回电路,但通常内部滞回电路的滞回电压(即UTHH一UTHL)仅为5mV到10mV,根本不能用于过放电保护。图2(a)电路中利用比较器的输出反馈自动调节比较电压的参考值,使输入电压在不同的区间时,被比较的门限电压在UTHH和UTHL之间转化。图2(b)给出了输入信号变化时的输出响应,利用比较器的输出信号来驱动电子开关,当Output为高时,电池被接入系统,当Output为低时,负载被断开。


    当电池电压UBAT较低时,比较器输出低电平,使三极管VT截止,此时的门限电压为:

    

    直到电池电压URAT高于UTHH时比较器才输出高电平,负载才能被接通,同时VT被导通,R3近似被短路,门限电压自动调整为:

    

    此后,即使电池电压低于UTHH,但只要仍高于UTHL,电池就一直处于输出状态,直到电压降低至UTHL后,Output为低电平,负载被断开。同时,VT变为截止,门限电压重新转化为UTHH,虽然负载的移除使电池端电压上升,但由于仍低于UTHH,负载不会重新被接通。这样就有效的保护了电池,延长了电池的使用寿命。


2 硬件电路

    式(1)和式(2)是理论上的公式,实际上,为了将上述的滞回原理应用于实际的电池系统,还要考虑一个参考电压的问题。参考电压Uref是不能变的,否则上下电压门限就会发生变化。而且参考电压是由电池电压供电产生的,它必须比电池电压低的多,而且功耗极小。

    图3是具体的硬件电路图,参考电压由LM285Z一2.5分流稳压器产生,它低只需要10μA的通过电流就可输出稳定的2.5V参考电压,这可大大降低电池在低压闭锁状态的功耗。比较器选用了ST公司TS393I,它是一种微功耗比较器,这样,所有分压电阻的阻值可以选的很大,进一步降低了功耗。比较器的输出控制P沟道的MOSFET、VT3接通或断开负载。当电池电压降低到一定程度时VT2关断,使得由比较器组成的保护电路与电池断开,极大地减小的电池的能量消耗,电池处于一种近似自然放电的状态;当电池电压恢复时,VT2自然导通,保护电路重新恢复工作。


3 参数计算

    我们以9V的电池为例来进行参数计算。第l步:根据电池的特性设置上下电压门限UTHH=7.8V和UTHL=6V。

    第2步:为了保证当电池电压达到低电压锁存门限时分压稳压器LM285Z一2.5仍能正常工作,则要保证LM285Z一2.5上流过的电流但由于分流稳压器还要分出一部分电流给其它电阻网络用,留出2倍的裕量,所以实际的应保证Iref>20μA,这样可求出R6=175kΩ,取R6=125kΩ。

    第3步:由于电池电压比参考电压高,电池电压应先通过R4和R5组成的分压网络分压后再与参考电压分压出的基准进行比较。所以,根据电池电压设定的UTHH和UTHL就对应一个在参考电压Uref的基础上的两个门限值:UH和UL。于是式(1)和式(2)就变成:

        


    设UL=1.25V(UL取Uref一半的大小,为的是使R1、R2、R3的阻值相对比较接近,当然也可以选择其它小于Uref的值),则R4和R5的分压比Q=UL/UTHL,则可以根据Q=R4/(R4+R5)求出R4和R5的比值,同时也可以得到UH=UTHH×Q=4.625V。

    第4步:设R1=9lkΩ,根据式(4)可求得R2=91kΩ。

    第5步:根据式(3)计算出R3=78kΩ。

    当电池电压降到5V以下时,VT2被断开,基本上只有阻值总和为385kΩ的电阻消耗电池的能量,放电电流只有10μA左右。

    将6节1.2V的镍氢电池串联后,利用上面的参数进行测试。把电池充满后进行放电,当电压低于6V的UTHL之后,负载被断开,电池电压迅速升高至7.4V左右,但由于没有达到7.8V的UTHH,负载仍被断开,所以电路没有产生振荡。

镍氢电池

  优点:比容比铅酸蓄电池好很多,单体电池的寿命也比较好,其大电流充放电特性也比铅酸蓄电池好。

  缺点:镍氢电池串连电池组的管理问题比较多,一旦发生过充电以后,就会形成单体电池隔板熔化的问题,导致整组电池迅速失效。所以,国产的镍氢电池的关键技术问题还是充电器和电池管理系统的问题,而这个问题还没有引起各个电池制造商和车厂足够的重视。所以,镍氢电池的发展受到很大的制约。

  三、镍镉电池

  优点:大电流特性比镍氢电池好,其抗过充电特性也比镍氢电池好,中国又是世界上镍镉电池的生产大国。其相对比较高的可靠性的优点使该品种电池还能应用于宇航设备上。镍镉电池的成本和充电器的成本都明显低于镍氢电池。

  缺点:镉污染严重。

  四、锂离子电池

  优点:比容要好于镍氢电池,对于同样容量的铅酸蓄电池来说,锂离子电池的重量相当于一台笔记本电脑,这样老弱妇孺就都可以使用了。其寿命也可以比镍氢电池做得好。目前的手机电池基本上都是采用这种电池。

  缺点:内阻相对比较大,在电动自行车上使用会出现电池即将完全放电的时候感觉车的动力不足。锂离子电池更主要的问题是在过充电和过放电状态电池会发生爆炸,手机电池都是使用的单体电池,再经过良好的保护电路来配合使用,基本上杜绝了电池爆炸的问题。而在电动自行车上使用,必须要使用串连电池组,而串连电池组的保护电路的复杂程度远远超过单体电池的保护电路,其材料成本也大大增加。目前一个良好的锂电池保护电路的成本与锂电池的成本接近电池本身的价格。而聚合物锂电池的爆炸杀伤力低于锂离子电池,但是,也存在着爆炸和燃烧的可能性。这也是与锂离子电池一样需要解决的问题。

  五、锌空电池

  优点:锌空电池以其比容大、污染小而着称于世。电池采用换电的方法,更新电池锌板。更换一次锌板可以使用160公里到220公里。上海已经在全国率先垂范的开展了锌空电池在电动自行车方面的应用,在全市设立了数十个换电网点,开创了锌空电池在电动自行车方面应用的先河。

  缺点:局限性,暂时还无法在上海以外的地方开展应用试验,同时其使用成本也是铅酸蓄电池的数倍。如果,再进一步扩大其应用范围,有进一步降低使用成本的可能性。电动车蓄电池的使用及保养   1.蓄电池长久不用,它会慢慢自行放电,直至报废。因此,每隔一段时间就应启动一次汽车,给蓄电池充电。另一个办法就是将蓄电池上的两个电极拔下来,需注意的是从电极柱上拔下正、负两根电极线,要先拔下负极线,或卸下负极和汽车底盘的连接,然后再拔去带有正极标志(十)的另一端。蓄电池有一定的使用寿命,到一定的时期就要更换。在更换时同样要遵循上述次序,不过在把电极线接上去时,次序则恰恰相反,先接正极,然后再接负极。

  2.蓄电池的蓄电量可以在仪表板上反映出来。当电流表指针显示蓄电量不足时,要及时充电。有时在路途中发现电量不够了,发动机又熄火启动不了,作为临时措施,可以向其它的车辆求助,用其它车辆上的蓄电池来发动车辆,将两个蓄电池的负极和负极相连,正极和正极相连。

  3.电解液的密度应按照不同的地区、不同的季节按照标准进行相应的调整。

  4.在亏电解液时应补充蒸馏水或专用补液,切忌用饮用纯净水代替,因为纯净水中含有多种微量元素,对蓄电池会造成不良影响。

  5.在启动汽车时,不间断地使用启动机会导致蓄电池因过度放电而损坏。正确的使用办法是每次发动车的时间总长不超过5秒,再次启动间隔时间不少于15秒。在多次启动仍不着车的情况下应从电路、点火线圈或油路等其他方面找原因。

  6.日常行车时应经常检查蓄电池盖上的小孔是否通气,倘若蓄电池盖小孔被堵,产生的氢气和氧气排不出去,电解液膨胀时,会把蓄电池外壳撑破,影响蓄电池寿命。

  7.检查电池的正、负极有无被氧化的迹象,可以用热水时常浇电瓶的电线连接处。

  8.检查电路各部分有无老化或短路的地方,防止电池因为过度放电而提前退役。电动车蓄电池的故障与检修   一、电池漏液

  1、故障现象

  上盖与底槽之间密封不好或因碰撞,使封口胶开裂造成漏液。帽阀渗酸漏液。接线端处渗酸漏液。其他部位出现渗酸漏液。

  2、故障的检查和处理

  先做外观检查,找出渗酸漏夜部位。取开盖片看帽阀周围有无渗酸漏夜痕迹,再打开帽阀观察电池内部有无流动的电解液。完成了上述工作之后,若仍未发现异常,应做气密性测试(放入水中充气加压,观察电池有无气泡产生并冒出,有气泡则说明有渗酸漏夜)。后在充电过程中,观察有无流动的电解液产生,在充电过程中如有流动的电解液应将其抽尽。

  二、电池充不进电和充电时不转绿灯

  1、故障检查

  首先检查充电回路的连接是否可靠,检查连线与插头接触是否完好,认真检查插座与插头是否有“打火”烧弧现象,熔断丝是否接触良好,保险丝座有无烧焦痕迹,有无线路损伤断线等。检查充电器有无损坏,充电参数是否符合要求。查看电池内部是否有干涸现象,即电池是否缺液严重。还应检查极板是否存在不可逆硫酸盐化。极板的不可逆硫酸盐化,可通过充放电测量其端电压的变化来判定。在充电时,电池的电压上升特别快,某些单格电压特别高,超出正常值很多;放电时电压下降特别快,电池不存电或存电很少。出现上述情况,可判断电池出现不可逆硫酸盐化。

  2、故障处理

  先检查充电回路连接是否牢靠(检查熔断丝和熔断丝座是否接触良好),充电器不正常的应更换。干涸的电池应补加纯水或1.05g/cm3的稀硫酸,进行维护充电、放电恢复电池容量。如果发现有不可逆硫酸盐化,应进行均衡充电恢复容量。干涸的电池加液后维护充电,应控制大电流1.8A,充电10~15h,三只电池的电压均在13.4V/只以上为好。如果电池之间电压差别超过0.3V,说明电池已经出现不同步的不可逆硫酸盐化。对于发生不可逆硫酸盐化的电池,需要更换正组电池或激活电池。

  三、电池变形

  1、故障原因:

  蓄电池变形不是突发的,往往是有一个过程的。蓄电池在充电到容量的80[%]左右进入高电压充电区。这时,在正极先析出氧气,氧气通过隔板中的孔,到达负极。在负极板上进行氧复活反应:

  2Pb+O2=2PbO+热量

  PbO+H2SO4=PbSO4+H2O+热量

  反应时产生热量,当充电容量达到90[%]时,氧气发生速度增大,负极开始产生氢气。大量气体的增加是蓄电池内压超过开阀压,安全阀打开,气体逸出,终表现为失水。

  2H2O=H2é+O2é

  随着蓄电池循环次数的增加,水分逐渐减少,结果蓄电池出现如下情况:

  (1) 氧气“通道”变得畅通,正极产生的氧气很容易通过“通道”到达负极。

  (2) 热容减小,在蓄电池中热容大的是水。水损失后,蓄电池热容大大减小,产生的热量使蓄电池温度升高很快。

  (3) 由于失水后蓄电池中超细玻璃纤维隔板发生收缩现象,使之与正负板的附着力变差,内阻变大,充放电过程 发热量增大。经过上述过程,蓄电池内部产生的热量只能经过电池槽散热。如散热量小于发热量即出现温度上升,使蓄电池析气过电位降低,析气量增大,正极大量的氧气通过“通道”,在负表面反应,发出大量的热量使温度快速上升。形成恶性循环导致“热失控”,发生变形。

  2、故障的检查和处理

  一组电池(3只)同时变形,先作电压检查。如果电压基本正常。还应测量单格电压判断是否短路,无短路则说明变形是过充电产生“热失控”所致。应着重检查充电器的充电参数。电压偏高(44.7V以上的)无过充保护或涓流转换电流偏低的,要求更换充电器。

  一组电池(3只)中只有1只或2只变形,有以下故障的可能性:

  (1)是电池容量不一致,充电时造成某些电池过充电引起变形。容量不一致的原因,可能有短路单格存在,也可能用户将电池试验放电或自放电等。

  (2)是某些电池出现极板不可逆硫酸盐化,内阻增大,充电发热变形。

  (3)是某些电池连线时反接造成充电发热变形。对未变形的电池检查放电容量以及自放电性能,若无异常则不属电池问题。

  解决蓄电池变形的措施有:

  ·保证不漏液的前提下尽可能多加液,以延长或避免“热失控”的产生。

  ·避免产生内部短路或微短路,及带有微短路倾向。

  ·使用过程中应防止过放电的发生,做到足电存放。

  ·严格检查充电器,不得有严重过充现象。

  ·在高温下充电,必须保证蓄电池散热良好。应采取降温措施或减短充电时间的方法,否则应停止充电。

  四、电动车蓄电池-自行放电

  蓄电池在不工作的情况下,电量逐渐消耗的现象称自行放电。自行放电不能完全避免,一般认为每天消耗本身容量的1[%]~2[%]是正常的,如超过此数值,为不正常自行放电。

  1、 自行放电原因

  (1) 极板材料或电解液中有杂质,这样杂质与羁绊或不同杂志间就会产生电位差,形成闭合的“局部电池”而产生电流,使蓄电池放电。

  (2) 隔板破裂,造成局部短路。

  (3) 蓄电池盖上有电解液或水,使正、负极间形成通路而放电。

  (4) 活性物质脱落,使极板短路造成放电。

  (5) 蓄电池长期存放,电解液中硫酸下沉,使上部密度小,下部密度大,引起自行放电。

  2、处理方法

  要减少自行放电,电解液必须力求纯净,使用中应经常保持蓄电池盖清洁,以免短路。如电解液不纯,需将蓄电池用标称容量的1/10的电流放电至单格电压1.7V为止,然后将电解液倒出,并用蒸馏水清洗干净,再换用纯洁电解液进行充电。

  五、电动车蓄电池-活性物质脱离

  1、 活性物质脱离的原因

  (1) 起始充电电流过大。因为极板活性物质的还原是从导电好的栅架处开始的,大电流充电时,该处硫酸铅迅速还原,所以距栅架较远的硫酸铅来不及起化学反应,由于硫酸铅体积较大,故与内部已还原的活性物质间的附着力就差,所以易从极板上脱落下来。

  (2) 充电终期电流过大。这样回产生大量的气泡,剧烈地冲击极板表面,使已还原的比较松软的二氧化铅大量脱落。

  (3) 经常性的过量充电。过充电的电流虽然不大,但因此时极板上硫酸铅已全部还原为二氧化铅和铅,充电电流全部用到电解液上,这时产生的气泡虽不太多,但同样对极板表面产生冲击作用使活性物质脱落。

  (4) 放电电流过大,此时化学反应激烈,会引起极板翘曲,从而造成活性物质脱落。

  2、处理方法

  由于活性物质脱落,会使极板短路,造成电池自行放电,必须将蓄电池拆开修理,建议更换。

  六、电池极板不可逆硫酸盐化

  1、故障现象

  极板硫酸盐化是蓄电池常见的故障,许多蓄电池失效也是因这一故障而发生的。极板硫酸盐化主要表现为:充电时电压很快上升,过早析出气体,温度上升快;放电时电压下降快,容量小。

  2、故障的检查和处理

  产生极板不可逆硫酸盐化原因归结如下:

  (1)存放时间过长,自放电率高,未对其进行维护充电。

  (2)放电后未对其进行及时充电。

  (3)长时间处于欠充电状态。

  (4)过放电。

  (5)干涸或加入的电解液浓度过高。

  蓄电池产生不可逆硫酸盐化时,应根据其程度的轻重进行修复。

  盐化较轻者,对其进行一般的活化充电(即均衡充电),就可以恢复正常。具体方法如下:

  恒压限流充电:阶段0.18C2A充电到2.7V/单格充电12-24小时。

  恒流电阶段:0.18C2A充电到2.4V/单格,第二阶段:0.05C2A充电5-12小时。

  盐化较重者,需要对其进行“水疗法”充放电,才能恢复正常。具体方法为:先对蓄电池补加入纯水或密度为1.05g/cm3稀硫酸到富液状态,再以0.05-0.018C2A的电流充电20小时左右,抽尽流动液,再作容量试验。反复上述操作,直到电池容量恢复。


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