邱健蓄电池Trojan电瓶保护装置

电池维护 篇1

电池储能具有频率调理、峰荷调理以及多样化电源类型的功用[1]。正是因为储能技能的优越性,近几十年来它的研讨和开展一向受到各国能源、交通、电力等部门的注重。电池储能技能的研讨与运用在国内外现已取得了较多的开展,逐渐从小容量开展成为大容量、规模化的电池储能电站[2]。在我国,跟着经济的飞速开展,储能技能得到了长足进步并且已有电站与电力体系并网供电[3]。

 

电池储能技能作为电网智能化的一个重要方面,它的安全、牢靠运转联系到电网调峰、调频才能,一起也是储能设备本身安全的条件。因而,大型电池储能电站的维护要装备合理、协作得当,能够担负杂乱运转办法下毛病判别的任务。文献[4-5剖析了储能电池的各种维护,文献[6]评论了逆变器的相关维护,文献[7]研讨了换流电路的滤波器维护,整体来说没有文献对电池储能电站维护装备作整体的剖析与研讨。本文以大型储能电站网架为根底,结合电站一次设备的特性对电站进行维护分区,并研讨了各分区维护装备准则、维护之间协作办法。

 

1 大型电池储能电站体系简介

 

电池储能电站主电路一般由四部分组成,储能电池模块、换流器模块(PCS)、滤波器模块以及升压变压器模块。电池储能电站主设备单线图如图1示。小容量、低电压单体电池经过串并联衔接组成大容量的电池储能功率单元,目前大容量储能单元一般为250 k W或许500 k W。电池储能功率单元经过能量转化器(PCS)将直流转化为沟通,经过升压变压器将PCS输出的电压升压至配电网电压等级,再经过中压断路器与配电网并网。

 

储能电站操控与维护体系由电池办理体系和中央操控体系构成;电池办理体系具有监督电池运转状况,检测电池过压、欠压、温度、漏电报警及维护功用,以及过流报警功用;中央操控体系担任监控整个体系的运转,一般设有人机交互界面,内部集成算法操控部分、通讯操控部分以及驱动操控部分,用以依据人机交互界面输入的命令操控电池办理体系和双向换流体系的运转。

 

2 大型电池储能电站维护分区

 

电力体系中维护为确保作业协作,都有预先严厉规则的维护规模,即维护分区。在维护区内发生了各品种型的毛病,维护应该能够正确发动并牢靠动作;反之,当毛病点不在维护区内,则维护牢靠不动作[8]。

 

低电压等级电网(配电网)有必要在现有技能条件下,考虑电网经济性和规模,安全牢靠地向用户供给优质电能。维护设备有必要正确动作,并且具有挑选性、牢靠性以及瞬时性。维护间的彼此协作一般需求经过维护分区的区分来完结,体系中发生任何一种毛病时,毛病设备地点维护区内维护应发动并动作,若维护区内维护因为某种原因未能正常作业时,由相邻的上一级的维护分区内维护动作,切除毛病[9]。

 

维护分区的区分有很多办法,在传统电力体系中一般是以设备为维护单位来进行区分;而在一些杂乱的分布式配电网中,维护间的协作非常杂乱,若运用传统维护分区的区分办法或许带来维护动作时刻过长或许维护动作无挑选性等问题[10],此刻一般选用广域维护方案,维护分区的区分一般依据电网的拓扑结构,选用中心站选取、边界优先分区、区域交互分区等准则[11]。

 

如图2中所示,电池储能电站的体系结构层次分明,设备类型相对简略,因而储能电站维护区域的区分优先考虑参照传统办法。跟着电池储能电站容量的不断增大,体系结构不断扩大,能够考虑区域挑选性连锁和差动维护来进步维护的速动性[10]。若储能电站接入结构杂乱的配电网,配电网维护能够考虑选用广域维护,电池储能电站能够作为备用中心站。

 

图2为电池储能电站的维护分区,直流侧分为直流储能单元维护区(Zone1)、直流衔接单元维护区(Zone2)和换流体系区(Zone3);沟通侧分为沟通滤波维护区(Zone4)和变压器维护区(Zone5)。相邻维护区之间存在彼此堆叠的部分,确保了一切电气设备均在维护规模内。维护区的区分与继电维护的装备密切相关,一方面维护区内电气设备的类型不同,发生毛病后的电气量及非电气量的特征不同;另一方面,相邻维护区间协作跟着维护区区分的不同也存在巨大的差异。因而,储能电站维护的装备及协作都建立在维护分区的根底上。

 

3 大型电池储能电站维护的根本装备

 

3.1 直流储能单元维护装备

 

大型储能电站所选用的电池品种较多,如锂电池、钠硫电池、液硫电池等;比亚迪公司的储能演示电站选用铁酸盐电池[8,12]。电池的储能载体均为化学物质,所以要严防因为毛病导致电池爆破、化学物质泄漏等事端;一起为了确保储能电池正常的运用寿数,电池在充放电发生毛病或许呈现不正常状况有必要及时退出运转[13]。毛病后直流储能单元退出运转的时刻点需求在供电的牢靠性与继续运转给电池带来损伤间权衡。储能电池维护的根本装备如图3所示。

 

1)过电压维护和低电压维护。储能电池可接受过瞬时过电压和低电压状况;但若接受长时刻的过电压或许低电压,电池将会遭受不可逆的损坏[14]。关于有人值守储能电站,过(低)电压维护动作于发信;关于无人值守储能电站,过(低)电压维护直接动作跳闸,使得储能电站与负荷解列。

 

2)直流储能单元需求考虑过热维护及过流维护。当储能电池在低电压下恒流充电或在给定电压下增大电流运转,均会引起储能电池温度的上升。电池过流会导致电池过热,终究会使电池组消融。过热维护及过流维护维护电池不受消融。

 

3)直流储能单元电流(压)改变速率维护。当电池内部发生短路毛病的瞬间,储能体系中会出电流快速上升和电压的迅速下降,给储能体系带来巨大的电磁冲击和机械冲击,严峻会使电池焚毁。电流(压)改变速率维护能够避免电池被焚毁。

 

4)直流储能单元充电维护。充电体系具有过压维护、过流维护、欠流维护等功用,一起在充电进程中与电池办理体系(BMS)进行实时通讯,监测充电状况,充电设备和电池组任一方面呈现毛病时,充电设备都会中止充电。

 

储能电池维护有多种装备方案,均包含上述几种根本维护;一般可依据储能电站电池的内阻、外接线路阻抗、电池的放电及充电特性来等挑选详细维护装备。

 

3.2 直流衔接单元维护装备

 

直流衔接单元是指从储能电站端口到PCS输入端口间的衔接线部分,在大容量储能电站中或许还包含直流汇流母线。直流衔接单元由电缆构成,或许发生的毛病即断线和接地。直流储能电池已具备过流和低电压维护,因而直流衔接单元维护只需求在毛病时堵截与电源侧联系。

 

直流衔接单元需求装备熔断器、低压直流断路器、低压直流阻隔开关以及中跨电池维护。关于多储能单元,直流衔接单元尽量分隔衔接,避免发生毛病时损失更多的供电容量[14]。

 

3.3 换流体系(PCS)维护装备

 

换流技能是蓄电池储能体系并网运转的核心技能之一,衔接交直流两个体系完成电能的转化。目前,国内换流器容量首要集中在百k W级别,国外的一些厂家生产的换流器容量已抵达MW级别。大功率逆变器一般作为用电体系的主电源进行供电,所接负载很多且呈多样性。对某些特别负载而言,一旦供电不该或许呈现意外断电的状况,成果将非常严峻。并且,大功率逆变器的制作本钱也很高,为了保障电源的安全,一起为了供电的牢靠性,有必要对逆变器采纳更为严密的维护措施[6,8]。

 

1)交、直流过压、欠压维护。电力电子器材由IGBT等开关管组成,接受过电压加速器材绝缘老化;若过电压超越器材的耐压水平会直接导致击穿,发生不可逆损坏。逆变器欠压作业,会下降运用寿数,一起影响到直流电源和沟通侧电压水平。交、直流过压、欠压维护能够推迟器材绝缘老化,延长器材运用寿数。

 

2)过频、欠频维护。一切并网逆变器有必要具有过频/欠频维护,以便当电网电压或频率超出可接受的规模时,避免逆变器为电网供电[15]。过频、欠频维护能够确保电能质量。

 

3)相序检测与维护。检测逆变器出口电压的相序是否完好,判别逆变是否正常;当逆变相序反常时,维护出口动作。相序维护能够确保电力体系的安全正常运转。

 

4)防孤岛维护。含逆变器的分布式电源在所接入配电网发生毛病或反常时,或许构成孤岛。在非计划孤岛运转时,逆变器出口开关跳开,中止向配电网供电[16]。防孤岛维护与配电网的维护相协作,以确保电网的正常运转。

 

5)过热维护。温升是影响逆变器安全作业需求考虑的首要问题之一。尽管一般都会采纳水冷却或许风冷却的办法对体系降温,但这也不是非常牢靠的办法。为了让体系中各器材都作业在可答应的温度规模内,有必要装备过热维护。

 

6)过载、短路维护。这两种维护本质是维护逆变遭受过电流,当过负荷或沟通侧发生毛病时,维护动作。

 

7)其他维护。逆变器维护要确保本身毛病时损失最小一起还要确保逆变器毛病时不影响电网,装备的维护的品种较多。上述维护均集成在逆变器内部,与BMS体系协作维护电池体系[3]。

 

3.4 沟通滤波器维护装备

 

含有电力电子设备的逆变电路不可避免引入谐波,成为影响电能质量的要害要素之一。针对低次谐波(5次、7次)可选用单调滤波器,若还需滤除高次谐波,可再设一组高通滤波器[15]。在正常作业时,母线电压动摇、谐波电流以及体系特别工况所带来的暂态进程都会给滤波器带来较大影响[7]。

 

滤波器正常、安全作业,需装备电容器不平衡维护、谐波过负荷维护、差动维护、低端电容器不平衡维护、失谐检测维护、过流维护等。滤波器的衔接办法多样化,导致沟通滤波器的维护装备也不尽相同[16]。

 

3.5 沟通变压器维护

 

储能电站沟通变压器一方面将逆变器端口电压升至配电网电压等级,另一方面电气阻隔储能体系与配电网,下降储能体系与配网彼此干扰。

 

变压器保装备与传统的电力变压器的维护根本上相同。需求考虑应对出口接地短路、相间短路等毛病,主维护一般装备差动维护、瓦斯维护、过(欠)励磁维护等;后备维护装备阻抗维护、负序电压发动过电流维护等,后备维护装备阻抗维护、复合电压或许负序电压发动的过电流维护等。

 

4 大型电池储能电站维护协作

 

电池储能电站维护的协作首要体现在两个方面;1)当毛病地点分区维护未能及时动作,相邻一级维护怎样协作,起到远后备维护的效果;2)当毛病地点分区维护及时动作后,其他分区维护出于对本身维护分区设备进行维护,应该怎样动作[17]。依据图2所区分维护区,可将储能电站维护协作分为直流体系维护协作、沟通体系维护协作以及交直流体系维护协作。

 

4.1 直流体系维护协作

 

直流储能单元维护与直流衔接单元维护构成了直流体系的维护协作,这种协作的办法首要是以直流储能单元的过流、过热等维护与直流衔接单元的熔断器协作。直流储能单元放电运转时是直流衔接单元的上一级,直流衔接单元不能判别直流储能单元内毛病;直流储能单元充电时,内部毛病可由直流衔接单元判别,但储能电池装备足够的维护和监测设备,不需由直流储能单元来动作。直流衔接单元发生毛病时,因为某种原因维护未动作(熔断器未构成断路),储能电池的过流维护会堵截与直流衔接单元的电气衔接然后抵达维护设备的目的。

 

直流衔接单元毛病切除时,直流储能电池电流瞬时降为0,直流储能单元电流改变速率维护为了避免电池中呈现大电磁冲击或许会动作。当直流衔接单元维护动作后,直流储能电池处于开路状况。

 

4.2 沟通体系维护协作

 

储能电站沟通体系维护由沟通滤波器维护和升压变压器维护组成。当PCS作业在逆变状况时,沟通滤波器是变压器的上一级元件,其过电流维护兼做变压器维护的远后备维护。当PCS作业在整流状况时,变压器作为沟通滤波器的上一级元件,其过电流维护作滤波器的远后备维护。别的,变压器维护也能够作为配电网的后备维护。

 

4.3 交、直流体系维护协作

 

交直流体系操作及毛病、直流换流阀的动作、负荷改变发生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流体系和沟通体系中交互效果,交直流互联体系的电磁暂态交互效果可对沟通体系和直流体系构成危害,特别是导致直流体系的换相失败及闭锁等严峻事端[18]。因而,对交直流体系电磁暂态进程的研讨是维护协作的根底。

 

变流体系PCS装备的维护不只能够及时维护本身元件发生的各类毛病,并且能够有用反响于交、直流体系发生的毛病。当PCS作业在逆变状况时,直流体系维护与PCS维护共同构成沟通体系的后备维护;当PCS作业于整流状况时,沟通体系维护与PCS维护组成直流体系的后备维护。

 

在沟通体系发生某些毛病如沟通母线的出线发生三相短路毛病时,对直流体系侧的过电压电磁暂态影响较大[19]。PCS的沟经过电压维护为约束逆变器沟通侧过电压动作;在逆变器沟通侧过电压维护未能有用发动时,逆变器直流侧过电压维护以及储能电池的过电压维护发动跳开直流电路。直流体系呈现对沟通体系的电磁暂态影响较小,发生各类毛病时在沟通侧线路及母线发生的过电压幅值均在规程中规则的答应规模内[20],对沟通侧设备损坏才能有限,维护不会动作。

 

5 结语

 

收回电池，维护环境的作文600字 篇2

这时，正在玩耍的我看见了，连忙跑过去，捡起被踢到草地上的废电池，把它丢到了一旁的废旧电池收回箱里。然后，我对小明说：“你怎样能够乱丢废旧电池呢？你知道吗，它可是生活中的一大隐形杀手呀！”

 

小明满不在乎地说：“你胡说。这废电池这么小，怎样或许杀人呢？别少见多怪、小题大做了。”

 

我见他这个样子，生气地说：“你别看它小，危害可不小。一节电池若任其腐烂，能够让一大块土地失去运用价值。而我国电池年均消费量达70亿节，仅收回2％……”

 

小明打断了我的话：“真的呀？快跟我说说这废旧电池还有哪些危害呀？”

 

我说：“废旧电池中含有很多的金属和废弃液，这些物质对土壤、水源和人的身体都会发生直接的影响，乃至危害人的生命。

 

一颗扣子巨细的电池能够污染600立方米水，这些水相当于一个人终身的饮水量。再说世界上有43个国家严峻缺水，约20亿人得不到较好的饮用水，每天约有几千公顷的农田被沙漠吞没。假如再让废旧电池这么很多地污染，那么全世界不都变成沙漠了吗？”

 

小明听我这么一说，吓了一跳，一起也明白了维护环境的重要性。他支支吾吾地对我说：“想……想不到……这废电池的污染这么大！我必定让我身边的人和我一起不乱丢废电池，让它们‘回家’。”

 

三/四节串联锂电池维护体系规划 篇3

锂离子可充电电池是20世纪开发成功的新式高能电池,相关于传统的镍镉电池和镍氢电池而言,具有容量大、作业电压高、作业温度规模宽、循环寿数长、自放电率低、无回忆效应、无污染等长处[1,2,3],自面世以来已广泛运用于军事和民用小型电器中,如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等,部分替代了传统电池[4]。单节锂离子电池的电压约为3.6 V,容量也不或许无限大[5],因而,常将单节锂离子电池进行串、并联处理,以满意不同场合的要求[6]。为了确保锂离子电池安全牢靠的运用,本文介绍了一种严厉、缜密的充、放电维护体系的规划方案。该方案选用充电、放电分离的操控办法[7],具有两级单节过充电维护、单节过放电维护、两级放电过电流维护、放电短路维护、放电温度维护、充电温度维护、充电防反接维护、充电时制止放电等功用,可适用于各种三/四节锂离子可充电电池串联运用的场合。

 

 

1 体系概述

 

 

该维护体系选用精工电子三/四节串联锂离子可充电电池专用充、放电维护IC S-8254构建一级维护。S-8254系列内置高精度电压检测电路和推迟电路,针对各节电池进行高精度电压检测,完成单节过充电维护和单节过放电维护,并具备三段过电流检测功用,经过外接电容可设置过充电检测推迟时刻、过放电检测推迟时刻和过电流检测推迟时刻1(过电流检测推迟时刻2和过电流检测推迟时刻3在芯片内部被固定)。该体系选用精工电子S-8244系列内置高精度电压检测电路和推迟电路的锂离子可充电电池二级维护专用IC完成电池的单节二级充电维护,其维护推迟时刻可经过外接电容的容值来设置。

 

 

 

图1为四节电池串联运用时的维护体系原理图。

 

 

 

S-8254经过SEL端子能够完成电池三节串联用或四节串联用的切换;S-8244则经过电阻R22短路第四节电池电压检测端子VCC3和VSS即可用作三节电池串联运用时的二级维护。

 

 

2 各维护功用的完成

 

 

S-8254系列充、放电维护电压和过电流检测电压以50 mV为进阶单位,S-8244系列过充电检测电压以5 mV为进阶单位,体系依据不同场合的运用需求,能够挑选相应适合的类型。现以图1维护体系为例,选用S-8254AAVFT和S-8244AAPFN作为维护IC,详细说明各维护功用的完成进程。

 

 

 

2.1 过放电维护

 

 

一般状况下,S-8254放电操控用端子DOP为VSS(电池4的负电压)电位,放电MOS管QDIS1,QDIS2处于导通状况,体系可正常进行放电作业。当检测到某节电池电压低于2.7 V(VDLn),且这种状况坚持在TDL(TDL时刻由过放电检测推迟端子CDT外接电容C3决议)以上时,DOP端子的电压变为VDD(电池1的正电压)电位,放电MOS管封闭,中止放电,这种状况称为过放电状况。进入过放电状况后,VMP端子电压经电阻R3由负载下拉至VDD/2以下,S-8254转为休眠状况;断开负载后,VMP端子电压经电阻R9、充电MOS管QCHR1和QCHR2由VDD上拉至VDD/2以上且低于VDD,S-8254退出休眠状况。当一切电池电压都在3.0 V( VDUn)以上时,过放电状况被免除,体系康复正常放电作业。

 

 

2.2 过电流、短路维护

 

 

该体系选用2个并联的20 mΩ功率电阻Rs1,Rs2用于过电流检测。当放电电流大于20 A时,过电流1,2检测端子VINI和VSS之间的电压差大于过电流检测电位1 VIOV1(0.2 V),且这种状况坚持在TIOV1(TIOV1时刻由过电流1检测推迟端子CDT外接电容C3决议)以上时,DOP端子的电压变为VDD电位,放电MOS管封闭,中止放电,进入过电流1维护状况。在过电流状况下,VMP端子电压经电阻R3由负载下拉至VSS;断开负载后,VMP端子电压经IC内部RVMD电阻被上拉至过电流检测电位3 VIOV3(电池1的正电压VC1~1.2 V)以上,过电流状况免除,体系康复正常放电。当放电电流大于50 A时,VINI和VSS之间的电压差大于过电流检测电位2 VIOV2(0.5 V),且这种状况坚持在TIOV2(1 ms)以上时,进入过电流2维护状况。当负载呈现短路时,过电流3检测端子VMP的电压被瞬间拉至VIOV3以下(检测推迟时刻TIOV3 为300 μs),体系进入短路维护(过电流3维护)状况。

 

 

2.3 过充电维护

 

 

为了确保电池的安全性,该体系关于过充电状况采纳了两级维护措施。首先,当检测到某节电池电压高于4.05 V(VCU2n),且这种状况坚持在TCU2(TCU2时刻由S-8244过充电检测推迟端子ICT外接电容C16决议)以上时,S-8244充电操控用端子CO 输出动态“H”,二级充电MOS管QCHR2封闭,中止充电,这种状况称为过充电状况;进入过充电状况后,当一切电池电压都在3.80 V( VCL2n)以下时,过充电状况免除。若因某种原因导致S-8244维护失效,则S-8254过充电维护生效,当检测到某节电池电压高于4.25 V(VCU1n),且这种状况坚持在TCU1(TCU1时刻由S-8254过充电检测推迟端子CCT外接电容C2决议)以上时,S-8254充电操控用端子COP 变为高阻抗,一级充电MOS管QCHR1的G极被外接电阻R2拉高,QCHR1 封闭,进入过充电状况; 当一切电池电压都在4.15 V( VCL1n)以下时,过充电状况免除。

 

 

2.4 充电温度维护

 

 

为了确保充电时的安全性和延长电池的运用寿数,电池的充电温度应操控在0~45 ℃之间为宜。

 

 

 

该体系选用一个负温度系数的NTC温度传感器RES和一个2路比较器LM393来完成充电温度维护[8,9],其原理图如图2所示:当充电温度坐落0~45 ℃之间时,LM393的两路比较器输出均为高阻态,PNP型三极管Q1关断,对充电电路不发生影响;跟着温度的升高,RES阻值逐渐变小,当温度大于45 ℃时,LM393下面一路比较器回转,输出低电平,经过二极管D6将Q1的B极拉低,Q1导通,充电MOS管QCHR1的G极C_QCHR被强制拉高,QCHR1封闭,中止充电;相同,跟着温度的下降,RES阻值逐渐变大,当温度小于0 ℃时,LM393上面一路比较器输出低电平,经过二极管D5将Q1导通,然后封闭QCHR1,中止充电。

 

 

 

2.5 其他维护功用

 

 

该体系经过一些简略有用的电路规划,巧妙地完成了所需的某些维护功用。

 

 

2.5.1 放电温度维护

 

 

为了确保电池的运用安全性,需对电池的放电温度进行约束。该体系在放电MOS管QDIS1,QDIS2的G极C_QDIS和VDD之间衔接了一个常开型可康复温度保险丝F1。一般状况下F1坚持开路,不影响正常放电;当电池温度高于75 ℃时,F1闭合,C_QDIS与VDD导通,放电MOS管封闭,中止放电,然后完成放电温度维护功用。

 

 

2.5.2 充电防反接维护

 

 

若误将充电器的正、负极反接入体系中,则会由充电器和电池共同构成一个大电流回路,导致元器材损坏,乃至带来更大的安全危害[10]。该体系在充电回路中串接进一个防反接二极管D1,这样即使充电器反接,因而时CHR1的电位将高于CHR+,因为二极管D1的存在,体系将构不成回路,然后对其起到了维护效果。

 

 

2.5.3 充电时制止放电

 

 

体系在衔接充电器进行充电的进程中若答应其进行放电作业,或许会带来不必要的安全隐患,因而该体系在充电器的正极输入端CHR+和C_QDIS之间接入了一个二极管D4。在未衔接充电器时,CHR+悬空,对放电作业不发生影响;当衔接充电器进行充电时,C_QDIS经过D4被CHR+强制拉高, QDIS1,QDIS2封闭,制止放电。

 

 

3 结 语

 

 

锂离子可充电电池以其特有的功能优势现已在多个领域中得到了遍及运用,能够预计其必将成为21世纪的首要动力电源之一。跟着锂离子可充电电池工业的开展,维护体系作为其不可分割的一部分必将起到越来越重要的效果。

 

 

参考文献

 

[1]郭炳焜,徐徽.锂离子电池[M].长沙:中南大学出版社,2002.

 

[2]戴维德.锂电池根本知识[J].无线电,2005(5):54-55.

 

[3]肖立新,郭炳,李新海.聚合物锂离子电池[J].电池,2003,33(2):110-113.

 

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[5]黄可龙,王兆翔,刘素琴.锂离子电池原理与要害技能[M].北京:化学工业出版社,2008.

 

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[9]赵军.模仿电子技能根底[M].北京:化学工业出版社,2009.

 

电池维护 篇4

2012年乡村覆盖项目竣工后,我公司采购的某品牌UPS运用一段时刻后,呈现很多室外型RRU站点UPS放电时刻过短的问题。维护人员现场检查后发现,蓄电池因设备过放电设置不合格,导致频频充放电而引起电池组无法充电。维护人员更换不同厂家蓄电池和UPS后,高毛病站点依旧继续呈现该状况,一起RRU停电后导致运用感知恶化,周边用户意见很大。本文依据这种状况,经过UPS蓄电池过放电维护电路改造,以抵达“小技改、降本钱、增效益、延寿数"的杰出效果。

 

二、原因剖析

 

我公司对频频呈现毛病的站点进行剖析,发现毛病率高的UPS根本集中在高山和运用乡村小水电区域的站点。因为UPS设备在没有安稳的市电供电环境下作业,蓄电池充放电反常频频,且长时刻处于过放电状况。UPS设备在市电停电后,改变为蓄电池供电状况.经逆变向负载进行供电。经查,UPS后备电源过放维护参数设置不合理,高山RRU站点经常呈现市电停电时刻长、次数频频的状况,引起蓄电池组经常过放电。而UPS原有设备没有电池过放电压调整功用,当UPS后备蓄电池组过放电频频时,便构成蓄电池容量和寿数缩短的现象。要处理该问题,有必要在原有电路根底上添加电池维护的电路。

 

三、原理介绍

 

1.蓄电池根本原理

 

咱们一般用C标明蓄电池的额外容量,其单位为安时(Ah).蓄电池的额外容量等于放电电流与放电时刻的乘积。因为蓄电池的额外容量会跟着不同的放电参数而改变,所以在研讨蓄电池的容量时,咱们一般采纳操控变量法,先设定必定的条件。实际作业中,咱们对电池容量界说:用设定的电流,把电池放电至设定的电压所给出的电量,其数值等于这个设定的电流与放电时刻的乘积。

 

关于设定的电压咱们称之为中止电压(单位V)。中止电压便是放电时,电池电压下降到不至于构成损坏的最低限度值。中止电压值不是固定不变的,它跟着放电电流的增大而下降,同一个蓄电池放电电流越大,中止电压能够越低,反之越高。也便是说,大电流放电时,答应蓄电池电压下降到较低的值,而小电流放电就不能够,不然会给电池构成危害。

 

依据CDMA基站中RRU的运用状况,RRU额外功率为300W,额外电压为48V,则每个RRU的最大电流

 

假设某个基站配有三个RRU,假设每个RRU平均电流I=5A.则三个RRU电流总和

 

一般状况下,基站电池的额外容量为150Ah,则放电倍率

 

N=I/C=15/150=0.1 (C)

 

2.UPS根本原理

 

(1) UPS的根本组成有:整流器/充电器、逆变器、静态开关(静态旁路)、手动旁路开关(手动修理旁路)、电池、逆变器串联在沟通输入和负载之间。

 

(2)正常运转状况,供给给负载的一切电力都经过整流/充电器和逆变器的两层转化(AC-DC-AC),称为双转化形式整流器/充电器对电池进行浮充电,以坚持电池处于满充状况。UPS正常运转原理如图1所示。

 

四、技能改造

 

1.改造技能原理

 

经过设定中止电压,在实际中却还未能真正的维护蓄电池。当蓄电池供电必定时刻,抵达中止电压而中止供电后,它的电压会逐渐升高.乃至会略高于中止电压,然后使蓄电池再一次供电,然后蓄电池电压继续下降至中止电压,中止供电。就这样,蓄电池的电压如此反复循环地在中止电压值上下起浮.导致电池放电后不久继续放电,屡次放电的电池就受到了过放电带来的危害。

 

安装蓄电池过放电维护电路属创新改造,是运用电压继电器设置蓄电池过放电压值,当蓄电池放电到放电中止电压时,电压继电器主动断开负载,确保蓄电池不过放,延长蓄电池寿数。规划电路图见图2。

 

改造办法如下:

 

(1) OV和UV为电压继电器(可调动作电压值),JV为直流触摸器。以上器材别离对OV1,UV1,JV1,JV2进行电路操控。

 

(2)依据UPS蓄电池组放电原理和UPS运用的经验,设定OV,UV,JV电压门限值(OV,UV均可调电压,能够在不同环境下恰当调理,灵活运用)。

 

(3)以48伏电池组为例,对本次改造的作业原理进行剖析。

 

⊙OV继电器调为50V时动作,UV继电器调为45V时动作。

 

⊙当市电停电时,蓄电池放电,蓄电池组电压下降。当电压降到50V时,继电器OV开释.OV1闭合接通。

 

⊙电池组继续放电,当电压降到45V时继电器UV释

 

放,UV1闭合接通,这时继电器JV经OV1,UV1构成回路而动作,继电器JV动作后JV1闭合,JV2断开,中止电池对负载供电。

 

⊙依据蓄电池实际运用知识可知,电池中止放电后,蓄电池组电压回升到45V之上,这时继电器UV动作,UV1断开,但继电器JV经OV1,JV1构成回路坚持着动作的状况,此刻JV2依然是断开,然后使蓄电池不再次放电,不构成蓄电池组过放。

 

⊙一旦市电康复,UPS依照原有默许电路装备,对设备正常供电和对蓄电池进行充电,设备主动复位后康复正常运用状况。

 

本次改造的电路会在UPS整流器给蓄电池充电.蓄电池组电压立刻上升到50V以上之后,当外电停电时电池才干对负载进行放电。经过该电路装备,能够防备因外电不安稳而引起电池的频频充放电的状况,对电池进行维护。

 

2.器材挑选

 

电压继电器见图3,电压触摸器见图4。

 

3.效果评估

 

针对本次技能改造,在停电较多的山区基站中,抽取了“永固永良村基站”、“南乡村基站”、“坑口上带村基站”这几个掉电次数较多的基站做了数据调查,经过技能改造和更换电池后(每个基站改造本钱约400元).继续进行数据调查。

 

依据表1中的数据,进一步剖析技能改造前三个月与后三个月的掉电告警次数比照和续航时刻比照(见图5)。

 

从掉电告警数剖析中可看出,前三个月和后三个月的掉电告警数距离不大,所以,这个掉电告警数并不影响技能改造前后蓄电池续航时刻的比照。

 

经过技能改造后,从图6能够看出三个站点的蓄电池的续航才能均明显进步。

 

整体来说,经过实例数据调查,试行改造后数据剖析,在掉电告警数改变不大的条件下,蓄电池续航时长大有改进,且电路改造后三个月内.UPS放电时长根本坚持在同一水平上。因而揣度,UPS过放电维护电路改造的办法,能有用处理UPS频频放电导致的蓄电池过放电问题。

 

五、完毕语

 

综上所述,因UPS设置方面不合理,而导致蓄电池简单呈现过放危害的状况下,在UPS原有根底结构上设置旁路,能够很好地改进蓄电池电压在中止电压值起浮时分,带来的“乒乓效应”,然后避免了蓄电池过放带来的危害,延长蓄电池的寿数。

 

本文论说的办法,是在不影响UPS原有功用的条件下,成功避免了蓄电池过放所带来的危害,具有安稳性高、本钱较低和可行性强的长处。总的来说,该项技能创新改造,无论用于蓄电池的维护电路.或许作为UPS产品附加功用装备,都是一个非常理想的挑选。

 

摘要：天冀移动网建造开展一向注重低本钱高效能,依据RRU设备建站快速灵活的特色,运用BBU加RRU的形式进行网络建造。一般在乡村支局建造基站BBU模块,把环境适应性高的RRU设备,安装在室外简易型H杆或支撵杆上的办法。做到快速低威本地处理乡村覆盖,以及城区信号盲区的覆盖问题。RRU的后备电源首要以室外型UPS供电办法为主,UPS设备长时刻处于日晒雨淋的恶劣环境中作业,且欠缺安稳的市电供电,构成蔷电池过放电频频,蓄电池运用寿数过快缩短,大幅添加设备维护本钱。

 

一种锂离子电池主动维护体系的规划 篇5

要害词：动力锂离子电池,维护体系,过充电,过放电,半导体场效应管

 

近年来, 锂离子电池凭借着本身体积小、能量密度高以及自放电率低等一系列的长处, 逐渐被越来越多的电子产品所选用。可是, 锂离子电池因为在过充电的时分, 电池会因为电解液的分化构成的气体导致内压上升, 当抵达必定程度时会发生自燃或许破裂的现象, 极易损坏[1]。因而, 电池维护体系的规划对锂离子电池来说具有非常重要的意义。

 

1、动力锂离子电池维护体系的规划

 

1.1 关于动力锂离子电池维护电路剖析概述

 

如右图1所示, 为维护电路的体系框图。其间, VDD为电池正极, Vss为电池负极输入端;C0以及D0为充放电操控端, 一般状况下, 假如体系处在正常作业形式下, 两者都为高电平, 电池有充电和放电两种作业状况, 反之, 回路被堵截, 电池处在对外断路的作业状况;Vm归于过流检测端[2]。

 

电路的首要功用体现在以下四点:

 

第一, 过充放电检测:维护电路体系运用取样电路来监测电池电压信号, 然后经过和过充过放基准电压进行比较, 来判别电池电压是否规范, 之后经过数字逻辑操控电路进行充放电监测, 再将其输出的信号送入充放电操控端。

 

第二, 放电过流检测:运用过流检测端Vm来监测电池负载放电电流值, 然后和基准电压相比较, 在运用比较器输出相应信号, 一起依照过流程度进行延时, 之后运用逻辑操控电路的输出信号进行放电操控。

 

第三, 充电过流检测:一般状况下, 过流检测端的信号能够显示出电池充电电流的巨细, 之后运用充电检测比较器进行比较, 再由逻辑操控电路来决议何时中止充电。

 

第四, 零伏电池充电功用:对充电电池的检测是运用电平转化电路来完结的。当电池电压在零伏电池的充电电压之下时, 其将运用输出信号改变CO端, 并把CO端设置为低电平, 此刻充电回路就会被堵截[3]。

 

1.2 关于维护体系电路组成的剖析概述

 

结合图1的方框原理图能够剖析出, 锂离子电池维护电路体系运用了模仿电路之中的要害电路规划思路, 其间, 运用MOSFET组成的维护电路体系, 如图2所示, 一方面能够有用避免电池的过电流状况, 另一方面下降了电路体系的功耗。

 

2、动力锂离子电池维护体系各种作业状况剖析

 

2.1 正常状况

 

在正常状况下, 电池能够运用充电器进行充电, 还能够经过负载进行放电。一般状况下, 电池给芯片供电, 其间电池电压的巨细介于过电压充、放电维护阈值之间, 而过流检测端的电压巨细则是介于过电流冲、放电维护阈值之间;别的, Cout端以及Dout端全部输出高电平, 并且其外接充电操控管以放电操控管全部处在导通状况[4]。

 

2.2 过电压充电维护状况

 

在体系的正常作业状况下, 假如对电池进行充电, 则电池电源端的电压将会继续增高, 并且或许超越其充电维护阈值UOC, 其推迟时刻也会超越tOC, 并且充电操控端Cout也由之前的高电平改变为低电平, 充电回路因为外接充电操控管的封闭而被“堵截”, 这样芯片就处在过电压充电维护状况。要想让芯片康复正常状况, 有必要满意一下两个条件:第一, 电池“自放电”, 下降电池电源端的电压, 使之终究低于过充开释电压阈值UOCR;第二, 让电池放电, 直到电池电源端的电压低于过充开释电压阈值时, 中止放电。在体系康复正常状况之后, 要想使外接充电操控管从头康复导通状况, 就有必要让充电操控端Cout处于高电平状况。

 

2.3 过电压放电维护状况

 

关于锂离子电池组的维护体系来说, 假如处在正常的作业状况下, V端将会因为电池放电而主动下降电压, 一起继续时刻也超越推迟DD时刻tOD, 此刻放电操控端将由原来的高电平改变为低电平, 放电回路也因为外接放电操控管的封闭而被“堵截”, 之后一向处于过电压放电维护状况。别的, 内部上拉电阻能够影响Vm端电压, 终究使之抵达V的电压值[5]。

 

当电路处于低D功D耗形式的时分, 电路因为过电压放电维护, Vm端电压一向都是超出电池短路维护阈值, 这时电路会主动进入“省电”形式, 电池短路检测功用有用。所以, 此刻因为充电回路存在, 有必要对电池进行充电。一方面要下降Vm端电压到规范值, 封闭Q2, 改变放电操控端为低电平, 康复其过电压放电维护状况。假如要是中止对电池充电, 那么因为上拉电阻的影响, Vm端电压将会超越电池短路维护阈值, 终究导致体系从头降回到低功耗形式。所以, 需求继续进行电池充电, 并且直到V端电压高于过放阈值电压UOD, 这时电路体系康复到过电压维护DD的正常状况。之后, 放电操控端将输出高电平, 外接放电操控管也从头康复到导通状况。

 

2.4 过电流充电维护状况

 

当动力锂离子电池处在正常的状况下时, 充电器充电不恰当, 会呈现反常的大充电电流, 为了维护电池, 有必要封闭充电操控器。在充电过流发生后, Vm端电压就会被拉低, 体系内部监控电路将操控Cout端变成低电平, 堵截充电回路。要想让其康复到一般状况, 就有必要断开充电器, 康复Cout端为高电平, 一起衔接负载在电池上。

 

别的, 为了避免因为噪声信号构成电路体系发生误动作, 所以在电路维护体系的内部都有专门应对过充电电流检测的高精度设置, 一起也有专门的体系免除状况设置, 能够确保体系能够主动忽略噪声影响, 一向坚持原来的状况不变。

 

2.5 过电流放电维护状况

 

当整个维护体系处在正常的运转状况下, 负载则会对电池放电, 并且Vm端电压也会随之升高, 当其超出过电流放电维护阈值并且放电过流继续时刻超出推迟时刻, 体系就会进入过电流放电维护状况。负载对电池的放电电流大于短路电流阈值时, 则整个体系就会进入电池短路维护状况。在这两种状况下, Dout端电平将会改变为VSS端电平, 并且放电回路也会被“堵截”, 并且Vm端和VSS端会因为内部电阻而彼此衔接。

 

2.6 向0V电池充电功用

 

当电池因为本身放电处于0V时, 充电器电压有必要不低于最小电压UST。并且此刻体系中Cout端将处于高电平, 能够运用充电器完成关于衔接电池的充电功用。

 

3、结语

 

综上所述, 锂离子电池维护体系的规划, 一方面进步了锂离子电池运用的安全性, 另一方面为锂电体系下一步的模块化规划供给有力支撑。现阶段, 咱们要不断的对其进行深入研讨, 强化其体系抗干扰才能, 添加其作业安稳性。

 

参考文献

 

[1]张艳红, 桑红石, 陈朝阳.低功耗多系列的锂离子电池维护IC[J].计算机与数字工程, 2009, 34 (9) :101—103.

 

[2]段晓飞, 张慧慧, 王学纪.内含充放电操控与维护体系的半导体照明矿用帽灯规划[J].国外电子元器材, 2008 (2) :125—127.

 

[3]张进秋, 欧进萍, 吕建刚, 李志宁.支持热调理、输入过压维护功用的安全增强型线性锂离子电池充电器[J].电子产品世界, 2009 (10) :110—113.

 

[4]刘玉芳, 李加升, 叶慧聪, 孙正军.一种锂动力电池组维护体系的湿度监控规划[J].传感器与微体系, 2010, 29 (1) :96—98.

 

电池维护 篇6

要害词：DW01,锂电池,维护电路

 

导言

 

跟着电子技能的开展,越来越多的手持设备在煤矿井下得到了广泛的运用。为了进步手持设备的续航才能,其供电电池多选用锂电池供电。而为了确保锂电池供电手持仪器在煤矿井下的安全运用,锂电池有必要带有维护电路,避免其过充、过放以及短路维护。本文以DW01为首要芯片,规划了一款单节锂电池维护电路,具有体积细巧、本钱低价等长处。

 

1 DW01芯片介绍

 

DW01是一款单节可充电锂电池维护集成电路,具有过充、过放、过流及短路维护功用。内部包含:三个电压检测电路、一个基准电路、一个推迟电路、一个短路维护电路和一个逻辑电路,其结构如图1所示。DW01选用SOT23-6封装,其引脚分布及外形如图2所示,引脚功用如表1所示[1]。

 

2 电路规划及电路作业原理

 

因为煤矿井下环境的特别性,对仪器设备安全性要求更为严厉,在电路规划时均选用两层维护。因而,本文中由2块DW01和2块SPN8822A芯片规划为两层维护电路,其原理图如图3所示[2]。

 

2.1 锂电池维护板正常作业进程[3]

 

当电芯电压在2.5V至4.3V之间时,DW01的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压),第二脚电压为0V。此刻DW01的第1脚、第3脚电压将别离加到SPN8822A的第4、5脚,SPN8822A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01的电压,故均处于导通状况,即两个电子开关均处于开状况。此刻,电芯的负极与维护板的P-端相当于直接连通,维护板有电压输出。

 

 

2.2 锂电池维护板过放电维护操控原理

 

当电芯经过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢下降,一起,DW01内部将经过R200电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约2.3V时,DW01将认为电芯电压已处于过放电电压状况,便当即断开第1脚的输出电压,使第1脚电压变为0V,SPN8822A内的开关管因第4脚无电压而封闭。此刻电芯与维护板之间处于断开状况,即电芯的放电回路被堵截,电芯将中止放电。维护板处于过放电状况并一向坚持。比及维护板接上充电电压后,DW01检测到充电电压后便当即中止过放电状况,从头在第1脚输出高电压,使SPN8822A内的过放电操控管导通,即电芯与维护板又从头接上,电芯经充电器直接充电。

 

2.3 锂电池维护板过充电维护操控原理

 

当电池经过充电器正常充电时,跟着充电时刻的添加,电芯的电压将越来越高,当电芯电压升高到4.4V时,DW01将认为电芯电压已处于过充电电压状况,便当即断开第3脚的输出电压,使第3脚电压变为0V,SPN8822A内的开关管因第5脚无电压而封闭。此刻,电芯与维护板之间处于断开状况,即电芯的充电回路被堵截,电芯将中止充电,维护板处于过充电状况并一向坚持。比及维护板接上放电负载后,因而时尽管过充电操控开关管封闭,但其内部的二极管正向与放电回路的方向相同,故放电回路能够进行放电。当电芯的电压低于4.3V时,DW01中止过充电维护状况,从头在第3脚输出高电压,使SPN8822A内的过充电操控管导通,即电芯与维护板又从头接上,电芯又能进行正常的充放电。

 

2.4 维护板短路维护操控原理

 

在维护板对外放电的进程中,SPN8822A内的两个电子开关并不彻底等效于两个机械开关,而是等效于两个阻值很小的电阻,并称为SPN8822A的导通内阻。每个开关的导通内阻约为30mΩ,加在G极上的电压实际上是直接操控每个开关管的导通内阻巨细的。当G极电压大于1V时,开关管的导通内阻很小(几十毫欧),相当于开封闭合;当G极电压小于0.7V时,开关管的导通内阻很大(几MΩ),相当于开关断开。DW01答应输出的最大电流是3.3A,完成了过电流维护。

 

3 完毕语

 

该电路规划具有体积小、本钱低、牢靠性和安稳性高等长处,适用于中、小功率电子设备,并且该产品已在煤矿井下的便携设备中得到了很多的运用。

 

参考文献

 

[1]DW01数据手册[EB/OL],http://wenku.baidu.com/view/64b4aaf3f90f76c661371a64.html.

 

[2]SPN8822A数据手册[EB/OL],http://www.micro-bridge.com/data/syncpower/SPN8822A.pdf.

 

电池维护 篇7

1 试验

 

1.1 仪器与资料

 

BS-9300二次电池功能检测设备 (广州擎天) 、BT2000电池测试仪S/N:163901-T (美国ARBIN) 、8785电子负载 (100W) 、短路夹具、万能充电器夹具、数字多用表 (日本产) 。

 

试验电池为4种不同厂家生产的手机用锂离子电池, 编号:A、B、C、D, A标称容量为 (3.7V, 500mAh) 、B标称容量为 (3.7V, 650mAh) 、C标称容量为 (3.7V, 860mAh) 、D标称容量为 (3.7V, 860mAh) 。

 

1.2 试验办法

 

依照GB/T 18287-2000规范进行安全维护功能试验。

 

检测的项目包含:过充电维护、过放电维护、短路维护。

 

过充电维护试验:在环境温度20℃±5℃的条件下, 以0.2 C5A电流给电池充电, 当电池电压抵达充电约束电压时, 改为恒压充电, 直到充电电流小于或等于0.0 1 C5A, 最长充电时刻不大于8 h, 中止充电。将充满电的A、B、C、D试验手机锂离子电池别离接到BT2000电池测试仪S/N:163901-T的接口上, 用恒流恒压源继续给试验锂离子电池加栽8 h, 恒流恒压源电压设定为2倍标称电压, 电流设定为2 C 5 A的外接电流。

 

过放电维护试验:锂离子电池在环境温度2 0℃±5℃的条件下, 以0.2 C5A放电至中止电压, 外接8785电子负载 (100W) , 并将电阻调到3 0Ω负载放电2 4 h。

 

短路维护试验:锂离子电池按规则充电完毕后, 将正负极用0.1Ω短路夹具短路1h。将正负极断开, 电池以1C5A电流充电5 s后用万用表丈量电池电压, 电压应符合规则的要求。

 

2 成果与评论

 

2.1 试验成果

 

4种手机锂离子电池在过充电维护试验中A发生爆破、起火 (见图1) 。C有不同程度的鼓胀, D外型没有改变;4种手机锂离子电池在过放电维护试验、短路维护试验进程中其外型没有改变, 没有发生爆破、起火、冒烟和漏夜。

 

2.2 原因剖析

 

锂离子电池充放电的进程其实便是锂离子不同的搬迁方向, 即从正到负, 从负到正 (图2) 。因为锂元素是比较活跃的化学元素, 导致在充放电进程中很有或许呈现起火、爆破等风险事端。

 

过充电维护、过放电维护、短路维护试验的目的是考察锂离子电池用户在运用进程中发生风险的机率。锂离子电池在过充电维护试验中发生起火和爆破的要素首要有以下几点。

 

2.2.1 维护电路无效

 

锂离子电池因考虑充放电的安全, 都配有维护电路, 其首要由维护IC及2颗Power-MOSFET构成。当电池过度充电时, 电池会因温度上升而导致内压上升, 需中止当前充电的状况。此刻, 集成维护电路IC需检测电池电压, 当抵达4.25V时 (假设电池过充电压临界点为4.25V) 即激活过度充电维护, 将功率MOS由开转为堵截, 进而截止充电[6]。当维护IC失效, 不能有用激活过度充电维护。恒流恒压源始终给电池2倍标称电压, 2C5A的电流充电, 在高倍率充电初期, 大部分电能经过可逆的化学反响而被贮存, 电池发热功率小, 可是在充电后期因为发生了不可逆的化学反响, 电能变成了热能, 导致电池温度升高发生了一系列的化学反响。锂离子电池因温度上升而导致内压上升, 发生起火和爆破。

 

2.2.2 电池芯结构不合理

 

电池芯首要有正极、负极、隔膜和电解液组成, 其原料挑选、工艺操控和结构规划, 不只影响电池的充放电特性, 更重要的是挑选不当、工艺操控欠好或结构规划不合理, 在过充电进程中, 简单呈现电解液气化、电极短路和电池过热而发生爆破和起火。

 

2.2.3 泄压设备失效或作业不牢靠

 

泄压设备是电池外壳上有用调理电池内部压力安全设备。在过充电条件下, 发生很多的气体使电池内压添加, 内压抵达必定程度泄压设备发动, 开释内压然后避免风险发生。泄压设备失效或作业不牢靠时, 内压不断添加, 导致呈现鼓胀现象, 当鼓胀现象比较严峻时会导致电池芯结构损坏, 严峻的会发生起火、爆破。

 

2.2.4 电池散热功能欠好[7]

 

过充时假如电池散热较好, 或许过充电流较小, 电池温度较低, 过充只发生电解液的分化, 此刻电池依然安全。假如电池散热较差或许高倍率充电导致电池温度进一步升高, 隔膜消融, 电池内部发生短路温度急剧升高, 引发正极资料参与反响, 最终发生爆破、起火。

 

2.2.5 以上多种要素一起存在

 

2.2.6 试验电池A起火、爆破原因剖析

 

图3为试验电池A (标称容量:3.7V, 500mAh) 过充电状况下电压、电流与时刻联系图, 恒流恒压源给试验电池A2倍标称电压 (7.4V) , 2C5A (1.0A) 的电流过充电, 从图中看出在过充电压、电流安稳在 (7.4V, 1.0A) 后, 不随时刻改变, 过充电30分钟完毕, 电池A发生起火和爆破。

 

图4为试验电池D (标称容量:3.7V, 860mAh) 过充电状况下电压、电流与时刻联系图, 恒流恒压源给试验电池D2倍标称电压 (7.4V) , 2C5A (1.72A) 的电流过充电, 从图中看出过充电压 (7.4V) 一向不变、电流最大 (0.31A) 并跟着时刻添加而减小, 8小时后过充电完毕, 电池D没有发生改变。

 

经过对图3、图4图画剖析比较得出:试验电池A起火和爆破的原因首要是过充电维护电路无效。

 

过充电维护电路无效时恒流恒压源继续以0.2C5A电流对电池A进行过充电, 正极开释出很多锂离子, 经过电解液搬迁至负极, 堆积在负极外表, 导致电池芯发生膨胀, 挤压乃至刺透隔膜引发短路。短路发生很多的热, 在小的空间无法发出, 导致高温, 高温又会导致电解液蒸发、分化和电极反响生成氧气、氢气。电池内压升高, 外壳中间部位强度低受压膨胀隆起, 氧气、氢气集合在此混合, 发生起火和爆破。

 

3 结语

 

依据GB/T 18287-2000要求, 对锂离子电池安全维护功能进行检测, 试验成果标明:锂离子电池规划和生产者有必要注重维护电路的安全有用, 才干确保锂离子电池安全功能。

 

参考文献

 

[1]金里.锂离子电池及其维护电路[J].电子产品世界, 2000 (9) :14～17.

 

[2]王彩娟, 宋杨, 金军.部分锂离子电池的安全问题[J].电池, 2008 (1) :25～26.

 

[3]王静, 余仲宝, 储绪光, 等.锂离子电池热的安全性研讨开展[J].电池, 2003, 33 (6) :388～391.

 

[4]唐致远, 陈玉红, 卢星河, 等.锂离子电池安全性的研讨开展[J].电池, 2006, 36 (1) :74～76.

 

[5]唐致远, 陈玉红, 卢星河, 等.锂离子电池爆破机理研讨[J].化学开展, 2006, 18 (6) :823～831.

 

[6]田中俊.锂电池的维护芯片的运用[J].我国集成电路, 2008, 115 (12) :79～81.

 

电池维护 篇8

本文依据SOFC运转环境,对衔接体在电池堆中所起效果、功能要求和资料品种进行了综述;针对近年来中温型SOFC开展,重点论说了SOFC铁素体不锈钢衔接体导电/维护涂层资料的品种、制备技能及研讨开展。

 

1 SOFC的衔接体资料

 

SOFC的首要部件包含阴阳电极、固体氧化物电解质、衔接体及密封资料。图1为平板式SOFC的结构及作业原理示意图[1]。SOFC长时刻作业在高温环境下,运用寿数要求在40000h以上,因而对各组件资料的要求很严苛。作为SOFC要害部件之一的衔接体,在电池堆中起到3方面的效果:(1)将相邻单电池的阴阳电极衔接起来,起到导电和导热效果;(2)将相邻单电池的阴阳电极阻隔,与密封资料共同起到密封效果,阻挠燃料气体进入阴极,一起也阻挠空气或氧气进入阳极,因而又称为双极板(Bipolar plate);(3)从力学功能考虑,衔接体在燃料电池堆中起支撑体的效果。

 

高温型SOFC的作业温度为1000℃左右,衔接体资料一般选用陶瓷资料。有研讨标明钙钛矿结构的铬酸镧(LaCrO3)是最佳侯选资料。LaCrO3在氧化和还原气氛中都具有较优的导电性,其导电机制及功能受到掺杂、氧分压、作业温度等要素的影响,一般温度在800℃以上其导电性才满意作业要求;所以LaCrO3不适用于中低温型SOFC(600~800℃)。别的,LaCrO3存在不易烧结、加工难度大、CrO3易蒸发等缺点。近年来,跟着阳极支撑平板式SOFC研制成功,新式电解质膜从原来的200μm下降到20μm,处理了电解质欧姆极化过高的问题,使SOFC作业温度从1000℃下降至800℃以下。这使选用金属资料作为SOFC衔接体成为或许,Ni基合金、Cr基合金、奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢等都被考虑用作衔接体资料[2]。Ni基和Cr基合金都具有很好的耐热性和抗氧化性,但Ni基合金的热膨胀系数远大于SOFC的其它组元;Cr基合金满意热膨胀匹配与导电性的要求,但价格高、不易制成杂乱的形状,很多的Cr简单引起阴极Cr中毒。奥氏体不锈钢热膨胀系数也远大于SOFC的其它组元,不适协作衔接体资料。铁素体不锈钢是含Cr的铁基合金,在800℃左右时,热膨胀系数为10×10-6~13×10-6/℃,与钇安稳氧化锆(YSZ)电解质的热膨胀系数附近,具有资料本钱低、气密性好、易于加工等长处,因而金属衔接体更倾向于选用铁素体不锈钢。

 

2 SOFC衔接体用铁素体不锈钢的元素组成

 

对SOFC衔接体资料的要求较多,但对铁素体不锈钢衔接体首要有4方面的要求:(1)耐高温氧化;(2)阻挠Cr向外分散,避免阴极Cr中毒;(3)具有杰出的尺寸与微结构安稳性;(4)热膨胀系数与其它部件匹配。

 

市售铁素体不锈钢,如AISI-SAE 400系列,Cr含量在7%~28%规模内,抗高温氧化性较差。在700~1000℃规模内,铁素体不锈钢外表氧化层首要是Fe的氧化物,也含有少数Cr2O3和FeCr2O4尖晶石;随Cr含量的添加,Cr2O3和FeCr2O4尖晶石含量也增大。Cr是其间最重要的元素,它能够构成Cr2O3作为维护层、导电层。为生成起维护效果的单相Cr2O3层,依据温度、外表处理和添加微量元素的不同,一般要求Cr含量操控在17%~20%规模内。其它元素能够按捺Cr2O3的生长速率和下降热膨胀系数,削减Cr在1000℃以上或较低温度时于水汽环境中氧化成CrO3或CrO2(OH)2,然后避免电极中毒。Mn首要改进其抗氧化性,在650~850℃规模内存在少数Mn时,外表会生成双层氧化膜,内层为富Cr2O3的维护层,表层为(Mn,Cr)3O4尖晶石,可削减Cr蒸发。Mo、W可调整热膨胀系数与其它组件相匹配。活性元素(如La、Y、Ce、Hf、Zr、Ti等)添加至合金中能够阻挠杂质在界面处偏析,增强氧化层与金属基体的粘附力。S是一种有害元素,它会在金属与氧化物界面处集合,极大地损坏金属与氧化层的粘附力,Cr2O3层裂纹的发生便是因为少数的S在金属与氧化物界面偏析所造成的。Si和Al的氧化物比氧化铬更具热力学安稳性,因而Si和Al只在基体内部生成氧化物而不搬迁到氧化层外表,但SiO2和Al2O3会下降导电性。近年来,一些用于衔接体的特种铁素体不锈钢被开发出来,如E-brite、Crofer 22 APU、SS441、ZMG232和ZMG232L等,它们含更少的C、S、P、Mn、Si和较高的Cr[3]。

 

3 SOFC铁素体不锈钢衔接体的维护涂层

 

3.1 涂层资料的功能要求

 

铁素体不锈钢衔接体在典型的SOFC运转环境下不可避免会在外表构成一层氧化膜,化学组成首要是Cr2O3,它在SOFC作业环境下具有杰出的导电性,但假如这种氧化膜太厚会增大电池堆的触摸电阻;氧化膜与基体金属的热膨胀系数不匹配会引起氧化膜开裂;Cr易蒸发而使阴极中毒[4]。最好的办法是事先在铁素体不锈钢衔接体外表构成一层满意功能要求的导电/维护涂层。一般来说,涂层资料应满意4方面的要求:(1)杰出的导电性;(2)能下降金属基体的氧化速率;(3)能阻挠Cr向外分散,避免阴极Cr中毒;(4)涂层与金属基体结合力强,热膨胀系数匹配。

 

3.2 涂层资料的品种及制备技能

 

用作SOFC铁素体不锈钢衔接体的涂层资料大致可分为活性元素氧化物型、稀土钙钛矿型、尖晶石型、MAlCrYO型4品种型,制备技能首要有溶胶-凝胶(Sol-gel)法、浆料涂层法、等离子喷涂法、金属有机物化学气相堆积(MOCVD)法、脉冲激光堆积(PLD)法、过滤电弧堆积法、丝网印刷法、磁控溅射法、电堆积法等。

 

3.2.1 活性元素氧化物涂层

 

研讨标明,添加少数的活性元素(如Y、La、Ce、Hf等)或其氧化物能有用减小铁素体不锈钢的高温氧化速率,改进氧化层对金属基体的附着力。关于活性元素改进高温合金抗氧化性的机理存在不同的解说。一种观点认为合金中的流动性元素(特别是S)简单在氧化层和金属的界面处偏析,影响氧化层对金属的附着力,活性元素与S构成安稳的化合物,阻挠S的搬迁和在界面处偏析,然后增强附着力。活性元素与氧具有较强的亲和力,它会向氧活性最高的外表层搬迁,但因为活性元素离子半径相对较大,在搬迁进程中会在氧化层的晶界处偏析,然后阻挠其它氧化物构成元素(如Cr)在短程规模内的搬迁通道;阻挠离子向外搬迁,一起也阻挠空位注入界面处。因而,含活性元素氧化物的涂层能有用进步氧化层与金属的附着力,减小氧化层厚度,然后下降铁素体不锈钢衔接体的外表比电阻。

 

镀活性元素氧化物涂层的最常用办法包含Sol-gel法和MOCVD法。Qu等[5]选用Sol-gel法在AISI-SAE 430不锈钢外表制备Y/Co和Ce/Co维护涂层,发现Y比Ce具有更好的减小氧化速率的效果,Y集合在富Cr2O3的晶界处阻挠Cr离子向外分散,然后减慢氧化速率;Ce优先氧化为CeO2颗粒,存在于富Cr2O3/(Mn,Cr)3O4尖晶石的界面处,也阻挠Cr离子分散,Co则分布在尖晶石相中。Cabouro等[6]选用MOCVD法在Fe-30Cr合金外表堆积Y2O3涂层,有用地进步了合金的抗氧化性,细化Cr2O3晶粒,下降了外表比电阻,消除了裂纹和孔洞。活性氧化物涂层也能够构成导电的钙钛矿结构层,Fontana等[7]选用MOCVD法在Crofer 22 APU、AL453、Haynes 230基体上镀La2O3、Y2O3、Nd2O3涂层,使这些二元氧化物与Cr构成导电的钙钛矿结构资料,发现能有用地下降氧化速率、减小触摸电阻、消除氧化物开裂,并且La2O3涂层具有最低的外表比电阻。但因活性元素氧化物涂层比较薄(<200nm)、呈多孔结构,不能很好地阻挠Cr的搬迁。

 

3.2.2 稀土钙钛矿涂层

 

稀土钙钛矿资料的通式为ABO3,其间A为大离子半径的三价稀土阳离子(如La或Y),B为三价过渡金属阳离子(如Cr、Ni、Fe、Co、Cu或Mn)。稀土钙钛矿资料在氧化气氛中表现为p型导电性,在低氧分压下安稳。低氧分压会引起氧空位,发生2个电子,使电子空位削减。大离子半径的碱土金属离子(如Sr和Ca)能够替代A方位上的稀土阳离子;相同,电子受体(如Ni、Fe和Cu)能够掺杂在B方位上。掺杂能够使导电率添加约2个数量级,经过恰当掺杂还能调整热膨胀系数,并且稀土钙钛矿资料能为下面的氧化层供给活性元素(如La),改进氧化行为。稀土钙钛矿涂层能下降氧化速率,改进氧化层的附着力,然后进一步减小外表比电阻。稀土钙钛矿资料归于离子导电,因而它不能有用地阻挠Cr搬迁或吸收Cr而避免阴极Cr中毒,也不能阻挠氧分散,但它与活性元素氧化物涂层一样,能为下层氧化膜供给活性离子。

 

最常用的导电钙钛矿涂层有铬酸镧(LaCrO3)[8]、铬酸锶镧(La1-xSrxCrO3)、锰酸锶镧(La1-xSrxMnO3)[9]、钴酸锶镧(La1-xSrxCoO3)[10]、铁酸锶镧(La1-xSrxFeO3)等。能够选用射频磁控溅射法、Sol-gel法、PLD法、丝网印刷法等在不锈钢外表堆积。如Tsai等[11]选用丝网印刷法在Crofer 22 APU衔接体外表制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O 3维护涂层。

 

3.2.3 尖晶石涂层

 

立方尖晶石的通式为AB2O4,其间A和B为在四面体和八面体方位的二价、三价和四价阳离子,氧离子处于面心立方晶格方位。挑选不同的A和B阳离子品种及配比,尖晶石能够具有杰出的导电性以及与电池其它部件匹配的热膨胀系数。尖晶石涂层具有优良的吸收Cr的才能,能够作为不锈钢衔接体的导电维护涂层。Qu等[12]研讨了含Cr尖晶石的导电性和热膨胀系数(包含NiCr2O4、CoCr2O4和MnCr2O4尖晶石),选用固相反响法和球磨法制备金属氧化物粉末,再经压制成形和高温烧结制得试样,发现热膨胀系数与Cr2O3接近,MnCr2O4和NiCr2O4电阻率小于Cr2O3。Petric等[13]研讨了不同二元尖晶石涂层的热学和电学功能,发现含Fe尖晶石具有与不锈钢最接近的热膨胀系数,Cu-Mn和Co-Mn体系具有类似的热膨胀系数,MnCo2O4和Cu1.3Mn1.7O4的导电性最好。MnxCo3-xO4、CuxMn3-xO4、Co3O4和CuFe2O4都适合于作衔接体涂层,如(Mn,Co,Cr)3O4[14]、 (Mn,Co)3O4[15]、CuMn1.8O4[16]、Mn-Co[17]等尖晶石涂层。

 

制备尖晶石涂层的最常用办法是浆料涂层法(包含热喷涂法、丝网印刷法和等离子喷涂法)。一般选用高温固相反响法或甘氨酸-硝酸盐(GNP)法制备尖晶石粉末,而浆料选用尖晶石粉末与有机粘结剂混合制得。Yang等[18]选用丝网印刷法在Crofer 22 APU基体上制备Mn1.5Co1.5O4涂层,粉末经过Co3O4和MnCO3固相反响制得,并比较2种办法制得的粉末,发现GNP法制得的粉末具有更细、更均匀的颗粒尺寸,然后改进涂层细密性。Montero等[19]研讨了Crofer 22 APU、F18TNb、IT-11和E-Brite不锈钢基体上的MnCo1.9-Fe0.1O4尖晶石涂层,选用丝网印刷法镀膜,涂层厚度约为60μm,反响烧结进程包含还原步骤和氧化阶段;发现Mn在合金中起到至关重要的效果,Crofer 22 APU和F18TNb中含有必定数量的Mn,使外表比电阻明显下降,而IT-11和E-brite含很少的Mn,外表比电阻没有明显的改进。等离子喷涂法能够在不同基底上镀0.05~0.5mm厚的陶瓷涂层。Garcia-Vargas等[20]选用空气等离子喷涂法制备相对细密的MnCo2O4涂层,再用湿粉喷涂法制备一层多孔的MnCo2O4涂层,前者能有用削减Cr向外搬迁,后者能够添加与阴极的触摸和包容内应力。电堆积法是先在不锈钢基体上堆积金属或合金,再进行热处理或氧化,构成尖晶石涂层;也可直接阳极电堆积金属氧化物,再进行热处理,取得尖晶石涂层。Wei等[21]选用电堆积法在AISI-SAE 430不锈钢基体上依次镀Mn和Co或Cu和Mn,别离制得了(Co,Mn)3O4和(Cu,Mn)3O4尖晶石涂层。Shaigan等[22]选用电堆积法在AISI-SAE 430不锈钢上制备了Ni/LaCrO3 和Co/LaCrO3复合涂层。Liu等[23]选用电堆积和丝网印刷法在衔接体外表制备了NiFe2O4尖晶石涂层,其具有优良的导电性,显著地进步了金属基体抗氧化性,削减了Cr2O3的蒸发。Sol-gel法是制备铁素体不锈钢的尖晶石维护涂层的另一种有用办法,Pu等选用Sol-gel法在SUS 430衔接体外表制备了较低本钱、不含Cr的NiMn2O4 和MnCo2O4尖晶石涂层[24,25]。

 

3.2.4 MAlCrYO涂层

 

MAlCrY(M代表Fe、Co或Ni)是耐高温(>1000℃)氧化的合金涂层,最先运用于汽轮机或喷气发动机叶片的维护涂层,这种涂层资料是Al2O3的构成物,因而一般不考虑用作衔接体涂层。但近年来有文献报道选用MAlCrY氧化物(MAlCrYO)作为衔接体涂层,假如涂层厚度很薄(<5μm),Mn或Co也作为涂层组成物之一,能够取得较低的外表比电阻。这首要是因为Mn(来源于涂层或基体)进入到氧化层中,Al、Cr、Co和Mn会构成尖晶石相,这种涂层能有用地削减Cr从基体外表搬迁出来。Gannon等[26,27]选用大面积过滤电弧物理气相堆积法(Large area filtered arc physical vapor deposition)制备MAlCrYO涂层。Chen等[28]选用过滤电弧堆积法在SS430合金外表制备了细密的TiAlCrYO涂层。

 

4 完毕语

 

SOFC是一种很有前景的燃料电池,衔接体是SOFC的要害部件之一,关于进步SOFC的安稳性/牢靠性起着至关重要的效果。中温型SOFC的研制成功使金属作为衔接体资料成为或许。从外表比电阻、热膨胀系数匹配和抗氧化性方面考虑,铁素体不锈钢被认为是最佳资料。但铁素体不锈钢在SOFC运转环境下,在外表会构成一层氧化膜,膜层太厚会导致电池堆的触摸电阻增大;氧化膜与基体金属的热膨胀系数不匹配会引起氧化膜开裂;Cr易蒸发而使阴极中毒。因而,需求在铁素体不锈钢外表镀覆导电/维护涂层,它们大致可分为活性元素氧化物涂层、稀土钙钛矿涂层、尖晶石涂层和MAlCrYO涂层4品种型,在SOFC作业温度下起到杰出的导电和维护效果。选用Sol-gel法、浆料涂层法、等离子喷涂法、MOCVD法、过滤电弧堆积法、丝网印刷法、PLD法、磁控溅射法、电堆积法等外表涂层技能可取得这类导电/维护涂层,应综合考虑涂层质量和制作本钱进行挑选。