隔爆电源电池应用现状和研究

《隔爆电源电池应用现状和研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、隔爆电源电池应用现状和研究　　【摘要】目前煤矿井下隔爆电源所用电池种类较多，包括了铅酸电池、镍氢电池、锂电池等多种电池，针对此类情况，文章对后备电池的种类、技术特点、充放电曲线等做了相关的技术分析，指出了隔爆电源中后备电池的发展方向，为六大系统的有效、可靠、安全的运行保驾护航。【关键词】隔爆电源；铅酸电池；镍氢电池；锂电池1.引言电源是矿井监控系统（含甲烷断电仪、甲烷风电闭锁装置）的重要设备之一。矿用隔爆电源（指矿井监控系统电源、甲烷断电仪电源、甲烷风电闭锁电源，以下同）除向分站、传感器、声光报警器、断电器等提供本质安全防爆直流电源外，还必须

2、保证井下交流电网停电后，维持系统正常工作时间不少于2小时。因此矿井监控系统电源除具有将交流电转换成本质安全防爆直流电源外，还必须具有备用电池。本文介绍了铅酸电池、镍氢电池、锂电池在隔爆电源中应用的现状、使用效果，并指出了后备电池的发展方向。2.铅酸电池2.1铅酸电池介绍10铅酸蓄电池制造工艺简单，价格便宜，容量大，可大电流放电，无记忆效应。近年来使用的全密封免维护铅酸蓄电池特别适用于井下长时间无人看守的场合。铅酸蓄电池对充放电电路要求不高，只要求充电时稳压限流，不过放电即可，因此可简化充放电电路。由于铅酸蓄电池的比能量不是很高，因此相对同容量

3、的镉镍、镍氢等蓄电池体积、重量较大。总之，铅酸蓄电池可用做矿用备用电源。铅酸蓄电池的电池反应可用如下化学方程式表示：（2.1）铅酸蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板活性物质为海绵状纯铅（Pb），电解液由蒸馏水和纯硫酸按一定比例配置而成。放电过程中，正、负极板上的活性物质都转变为硫酸铅（PbS04）。由于硫酸铅的导电性能比较差，而且在放电过程中，硫酸逐渐变为水，使电解液浓度下降，因此蓄电池内阻增加，电动势降低。充电过程中，正极板上的硫酸铅逐渐变为二氧化铅，负极板上的硫酸铅逐渐变为海绵状铅，同时，电解液中的硫酸分子逐渐增加，水

4、分子逐渐减少，电解液浓度逐渐增加，电池电动势也逐渐增加。10全密封免维护铅酸蓄电池正负极板均采用涂浆式极板，活性材料涂在铅钙合金骨架上，耐酸性强，导电性好，寿命较长，自放电速率较小。隔板采用超细玻璃纤维制成，全部电解液吸附在极板和隔板中，电池内没有流动的电解液，即使外壳破裂也能正常工作。电池顶部装有安全阀，当电池内部压力达到一定值时，安全阀自动开启，排出多余气体，当压力低于一定数值时，安全阀自动关闭。顶盖上还有内装陶瓷过滤器的气塞，可防止酸雾从电池中逸出。电解液全部吸附在隔板和极板中，负极活性物质（海绵状铅）在潮湿的条件下活性很高，能与氧气快

5、速反应。充电过程中，正极板产生的氧气通过隔板扩散到负极板，与负极板活性物质快速反应，化合成水。因此，在整个使用过程中，不需要加水补酸。2.2充放电特性单体铅酸蓄电池的标称电压为12V，放电终止电压随放电率的不同而不同，一般为10V。在充电过程中，铅酸电池负极板上的硫酸铅逐渐变为铅，正极板上的硫酸铅逐渐变为二氧化铅。当正负极板上的硫酸铅完全变成铅和二氧化铅后，电池开始发生过充电反应，产生氢气和氧气。这样，在非密封铅酸蓄电池中，电解液中的水将逐渐减少。在密封铅酸蓄电池中，采用中等充电速率时，氢气和氧气能够重新化合为水。过充电开始的时间与充电速率有

6、关。当充电速率大于C/5时，电池容量恢复到放出容量的80%以前，即开始过充电反应，如图2.1所示。10只有充电速率小于C/100，才能使电池容量恢复到100%后，才开始过充电反应。由图3.13还可以看出，采用较大充电速率时，为了使电池容量恢复到100%，必须允许一定的过充电反应。过充电反应发生后，单格电池的电压迅速上升，达到一定数值后，上升速率减小，然后电池电压开始缓慢下降。铅酸蓄电池的充电方法主要有：恒流充电法、分阶段电流充电法、恒压限流充电法和快速充电法。（1）恒流充电法是用一恒定不变的电流对电池进行充电。随着充电的进行，电池的端电压将逐

7、步升高。因此，如果充电电源的电压不变，随着电池端电压的升高，充电电流会随之减小。（2）分阶段电流充电法是在充电过程中分阶段逐步减小充电电流，以更有效地利用电能的充电方法，又称为递减电流充电法。（3）恒压限流充电法：在充电全过程中保持充电电源的电压恒定不变的一种充电方法，其电源电压按每个单体电池的充电电压为13.8-14.4V进行计算。因此，充电初期的电流很大，随着充电的进行，充电电流随电池端电压的升高而降低，到充电末期几乎没有电流通过。（4）快速充电法：可采用脉冲快速充电法，使正常充电时间由12-15小时，缩短到1小时左右，但设备复杂。3.镍

8、氢电池3.1镍氢电池介绍10镍氢蓄电池对充放电电路要求较高，在充电时，镍氢电池的温度较高，尤其是在过充电时，内部温度急剧上升，可能使电池冒气。因此要求充电电路具有计