1、1矿用电机车蓄电池快速充电装置的研究与应用摘要：本充电装置采用 DSP 控制技术，通过对蓄电池电压和充电电流的检测，经过分析处理，得到最佳的充电电流或电压，实现了变电流间歇快速充电， 获得最佳的充电效果。该充电方式具有充电速度快、对电池损伤小、延长电池使用寿命等特点。 关键词：充电装置 变电流间歇快速充电 全桥功率变换器 引言 我国是煤炭生产和消费大国，而蓄电池机车是我国煤矿生产中使用比较广泛的牵引运 输工具，蓄电池作为机车电源得到广泛应用。如何能快速、安全、高效地对蓄电池充放电就显得尤为重要。目前我国煤矿使用的大多是传统的充电机，体积大、充电时间长、还严重影响蓄电池寿命，与我国提倡的环保、节
2、约型社会不相符。因此，研制矿用铅酸蓄电池快速充电装置具有很好的现实意义。 本文在对蓄电池充电机原理和目前各种充电方法研究的基础上，提出了改进型变电流间歇快速充电方法。 1、系统概述 （1） 、硬件系统构成 充电装置的硬件由整流电路，Buck 斩波电路，H 桥变换电路及外围接口电路四部分构成。Buck 斩波电路用来调节 H 变换电路的输入电压，以保证 IGBT 管在其耐压值内正常工作；H 桥变换电路是整个系统的核心，2通过开关电源专用集成芯片 SG3525A 对其开关管的控制，产生给蓄电池充电所需的可调电压和电流；外围接口电路主要包括液晶显示，键盘扫描，电流、电压、温度 A/D 采样，时钟显示和
3、继电器控制等。整个硬件结构如图 1 所示。 （2） 、控制系统 本系统以 DSP 为核心，配以接口电路、采样电路、IGBT 驱动电路等，可按照预置自动控制充电过程，并在充电过程中进行充电数据（包括电池端电压、充电电流及电池表面温度等）的自动采集，实时显示、批量存储及分析处理等。DSP 选用 TI 公司的 TMS3202407 系列。该系列 DSP 片内提供有 32k 字的 FLASH 程序存储器空间，高达 1.5k 字的数据/程序RAM，544 字的双口 RAM 和 2k 字的单口 RAM。含有两个事件管理器模块EVA 和 EVB，每个包括两个 16 位通用定时器，16 通道的 10 位的 A
4、/D 转换器。 3、工作原理 3.1 变电流间歇快速充电 变电流间歇充电段是在限定充电电压条件下，采用变电流间歇方式加大充电电流，达到加速充电过程，缩短充电时间，以充进更多电量的目的。它有三个要点：限定充电电压，保证加大充电电流不损伤电池；用间歇分段充电方式加大充电电流值；为充进尽可能多电量应采用逐次减少充电电流值的变电流模式。 变电流间歇充电方法首先选择起始充电电流（一般取较大电流值，如 100A）充电，电池电压逐渐上升。当充电电压达到转换电压时停止充3电（通常取 2.70V/cell） 。在停充时电池电压急剧下降，保持一段停充时间后，按一定方式减少充电电流继续充电。当电池充电电压再次达到转
5、换电压时又停止充电，如此反复数次（一般约 34 次）就可以将充电电流减少到 20A。最后用 20A 电流充电至电压到达转换电压值时，结束充电过程。 3.2 电路工作原理 本充电装置的电路由主电路、控制电路等组成。电路原理如图 2 所示。 主电路由三相整流电路、全桥功率变换器组成交直交直电路。对蓄电池实施充电。电源控制电路实现对全桥功率开关器件的控制，可以实现电流和电压闭环控制。充电工艺控制电路采用 DSP 控制技术，实现人机接口，完成对电压和电流的检测和控制，实现蓄电池充电过程的控制。使用输出接触器和检测控制，实现蓄电池极性保护功能。 3.3 全桥功率变换器工作原理 全桥功率变换器的电路结构如
6、图 3 所示。图中画出的是变压器 T 的原边，Us 是加在模块上的直流电压。当功率开关 VT1 和 VT4 导通时，变压器 T 原边承受电压为：UAB=+Us；当功率开关 VT2 和 VT3 导通时，高频变压器 T 原边承受电压为：UAB=-Us。这样在高频变压器原边就形成了正负交替的电压，如图 4 所示。通过变压器的耦合，根据匝比，就可以获得需要的副边电压，再经过整流电路便得到直流电压，改变图 4 中波形的宽度大小，就可以改变直流电压的大小。这就是全桥功率变换器实现直流电源的基本原理。 44、技术性能 （1）供电电压：三相 660/380VAC/50Hz，电压变动范围：-10%+10%； （
7、2）采用 IGBT 技术，输出电压在额定值内连续可调，输出电流0100ADC（连续可调） ； （3）装置充电方式：采用程控变电流间歇快速充电方式和手动控制方式； （4）充电机具有以下保护功能：过压、欠压、过流、过载保护功能；（5）蓄电池电压检测和极性保护功能。 5、应用要求 （1）海拔高度不超过 1000m； （2）周围环境温度为-20+40，24h 内的平均温度不超过+35；（3）周围空气最大相对湿度不超过 95%（相当于空气+25） ； （4）在具有甲烷和煤尘爆炸性气体混合物的煤矿井下； （5）在无腐蚀金属和破坏绝缘的气体及蒸汽的环境中； （6）无剧烈震动和冲击，垂直斜度不超过 5%的固定
8、场所； （7）交流电网电压波动范围不超过额定的10%。 6、结束语 为了测试该充电装置的性能，对 12 吨蓄电池机车进行了长时间测试，测试结果表明，充电时间比采用传统充电方式所使用的充电时间减少了5约 50%，充电效率提升至 90%左右，蓄电池电解液的温升较常规充电也没有明显升高，实现了高效、快速充电，并且很好的保护了蓄电池，具有较好的推广价值。 参考文献： 1、陈体衔，甄春花；VRLA 蓄电池变电流间歇快速充电方法J；蓄电池；1999 年 01 期 2、王佩春，郑克文；新世纪前十年铅酸蓄电池的发展趋势J；船电技术；2002 年 02 期 3、熊鲜明；对 VRLA 蓄电池的认识J；电池；2002 年 01 期 4、周佳娜；铅酸蓄电池充放电原理及其现场应用J；电力建设；2003 年 04 期
