閆利偉 宋東升 劉冀

（海軍工程大學(xué)天津校區(qū)，天津 300450）

大容量蓄電池組進(jìn)行周期性治療，對(duì)其活性物質(zhì)的恢復(fù)，消除鈍化現(xiàn)象，恢復(fù)容量和使用壽命有重要的作用。在周期性治療過(guò)程中，按規(guī)定放電制對(duì)蓄電池組進(jìn)行深度放電，然后再進(jìn)行正常的充電和再充電，是大容量蓄電池組周期性治療的主要方法。而科學(xué)、可靠的放電裝置，不僅能保證大容量蓄電池組能按規(guī)定的放電制要求進(jìn)行放電，確保治療的順利進(jìn)行；同時(shí)能在放電時(shí)根據(jù)蓄電池組電壓變化自動(dòng)調(diào)節(jié)放電電阻，達(dá)到恒流放電，從而能正確的評(píng)價(jià)蓄電池組的容量，對(duì)其性能判定有重要的意義。

文獻(xiàn)[1]中，介紹了一種利用PTC的正溫度系數(shù)所表現(xiàn)出的非線性阻抗特性，控制PTC表面的溫度，間接調(diào)節(jié)PTC的阻抗，實(shí)現(xiàn)岸基大容量蓄電池組恒流放電的裝置。其中如何控制PTC表面的溫度，使其阻抗達(dá)到理想的值是這種放電車滿足大容量蓄電池組恒流放電要求的核心技術(shù)。在此，對(duì)控制PTC表面的溫度出現(xiàn)的一種故障進(jìn)行了分析并做出了改進(jìn)，本文采用標(biāo)幺值。

1 現(xiàn)場(chǎng)的事故現(xiàn)象

這種蓄電池放電車在某岸基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)人員檢查了兩臺(tái)放電車無(wú)短路和接地現(xiàn)象等故障后，指揮人員下令進(jìn)行第一次放電試驗(yàn)；放電開始前蓄電池組開路電壓為1.089，放電開始后，放電車上表記與蓄電池組表記均顯示電池組電壓為1.045，放電開始10 s左右時(shí)間后（此時(shí)還沒(méi)有到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間為放電開始18 s后），編號(hào)為NO1放電車有一根PTC負(fù)載爆裂并有火花現(xiàn)象出現(xiàn)，指揮人員下令斷開蓄電池組出口開關(guān)。

設(shè)計(jì)人員仔細(xì)檢查了兩臺(tái)放電車，在確定不會(huì)再次出現(xiàn)爆裂及火花情況后，指揮人員下令進(jìn)行第二次放電試驗(yàn)，放電開始后，編號(hào)為 NO1放電車顯示初始電流為 1.145，隨后放電電流逐漸減小，最后顯示電流 0.532，電流不再減??；編號(hào)為NO2放電車初始顯示電流1.177，隨后放電電流逐漸減小，最后顯示電流 0.613，電流不再減小。兩臺(tái)放電車均沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的恒流放電電流。

2 故障分析

2.1 故障定位

設(shè)計(jì)人員按照大容量蓄電池組放電車的設(shè)計(jì)方案對(duì)問(wèn)題原因進(jìn)行了仔細(xì)查找。首先，對(duì)所有PTC負(fù)載進(jìn)行了檢查和正常上電試驗(yàn)，沒(méi)有再次出現(xiàn)爆裂及火花現(xiàn)象；其次設(shè)計(jì)人員與PTC負(fù)載生產(chǎn)單位進(jìn)行溝通，確定本放電車使用的PTC負(fù)載設(shè)計(jì)的最高工作電壓為 1.023，如果工作電壓超過(guò)最高電壓上限，將有可能發(fā)生PTC負(fù)載被擊穿并發(fā)生爆裂。

按照設(shè)計(jì)方案要求，放電車在對(duì)基準(zhǔn)電壓等級(jí)電池組進(jìn)行放電時(shí)，將所有PTC負(fù)載均勻分為兩組，每組分別安裝在放電車箱體的兩側(cè)，然后將這兩組PTC負(fù)載進(jìn)行串聯(lián)，每組PTC負(fù)載承擔(dān)電壓為蓄電池組基準(zhǔn)電壓的一半，即電壓為0.500，因此問(wèn)題可定位于均勻分配的兩組 PTC電阻沒(méi)有按照設(shè)計(jì)方案的要求均勻分擔(dān)蓄電池組的電壓，部分PTC負(fù)載上的電壓超過(guò)PTC負(fù)載最高工作電壓，造成PTC負(fù)載被擊穿，發(fā)生爆裂和火花現(xiàn)象；并且由于兩組PTC負(fù)載分擔(dān)的電壓不同，使每組PTC負(fù)載上電壓均不在PTC負(fù)載額定工作電壓范圍之內(nèi)，發(fā)熱功率小于額定發(fā)熱功率，導(dǎo)致放出電流小于設(shè)計(jì)放電電流。

2.2 故障機(jī)理

在仔細(xì)分析和研究了現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的情況后，設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)當(dāng)日，室外風(fēng)力為陣風(fēng) 7～8級(jí)左右，由于均勻分配的兩組PTC負(fù)載分別安裝在放電車的兩側(cè)；有一組PTC負(fù)載正對(duì)著風(fēng)向，另一組背對(duì)著風(fēng)向；正對(duì)著風(fēng)向的PTC負(fù)載散熱良好，而背對(duì)著風(fēng)向的PTC負(fù)載散熱相對(duì)較差，造成兩組PTC負(fù)載散熱功率相差太大。

由于PTC負(fù)載是功率型負(fù)載，電阻值隨PTC負(fù)載自身的溫度變化而變化，散熱效果較差的一組PTC負(fù)載比散熱效果好的一組PTC負(fù)載自身溫度高，所以電阻值也高，在串聯(lián)連接方式中，阻值高的電阻分擔(dān)的電壓也高，這樣散熱效果差的一組 PTC負(fù)載必然承受蓄電池組的大部分電壓，而散熱效果好的一組PTC負(fù)載承受蓄電池組小部分電壓。試驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)生爆裂和火花現(xiàn)象的PTC負(fù)載正好處于背風(fēng)一側(cè)，該組負(fù)載承受的電壓很可能超過(guò)PTC負(fù)載最高工作電壓，造成極個(gè)別耐壓值在1.023左右的PTC負(fù)載被擊穿，發(fā)生爆裂和火花現(xiàn)象。

本放電車使用的 PTC負(fù)載的額定工作電壓為0.500，正常工作電壓為0.432～0.568，在正常工作電壓范圍內(nèi)時(shí)，PTC負(fù)載的發(fā)熱功率為標(biāo)稱設(shè)計(jì)功率，當(dāng)工作電壓在正常工作電壓范圍之外時(shí)，其發(fā)熱功率將大幅度降低，造成放電電流也大幅度降低。在本次試驗(yàn)中，兩組串聯(lián)的PTC負(fù)載由于受到外界自然風(fēng)的影響，兩組PTC負(fù)載的發(fā)熱功率不相等，電阻值也不相等，造成分壓不均，使兩組PTC負(fù)載上的電壓均不在其工作電壓范圍之內(nèi)，其發(fā)熱功率都大幅度降低，放電電流也大幅度降低，使放電電流沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)放電電流值。

2.3 故障復(fù)現(xiàn)

為了驗(yàn)證以上分析的正確性，設(shè)計(jì)人員在實(shí)驗(yàn)室模擬了現(xiàn)場(chǎng)情況，將兩根 PTC負(fù)載串聯(lián)連接，其中一只PTC負(fù)載用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷，模擬自然風(fēng)，另一只PTC負(fù)載采用自然冷卻，在串聯(lián)負(fù)載上加直流電壓源，如圖 1，電壓源的電壓從 0緩慢上升到1.023，觀察電壓表V1和V2上的電壓，發(fā)現(xiàn)電壓基本全部加在PTC負(fù)載Rt2上，PTC負(fù)載Rt1上電壓很小。

圖1 一只PTC強(qiáng)制風(fēng)冷，一只自然冷卻

按照通用型潛艇蓄電池放電監(jiān)測(cè)車設(shè)計(jì)方案，在兩根PTC負(fù)載上加相同風(fēng)量的強(qiáng)制風(fēng)冷風(fēng)機(jī)，如圖 2，重復(fù)以上步驟，發(fā)現(xiàn)電壓表 V1和V2的值基本一致，電壓源電壓上升到1.045甚至1.136時(shí)，每根PTC負(fù)載上的電壓基本為電源電壓的一半，兩根PTC負(fù)載完成了電壓的均分。

在附圖1中，將Rt1和風(fēng)機(jī)撤走，然后將電壓源的電壓從0上升到0.454左右時(shí)，電流表顯示從 0上升到最大電流電流值為 0.033，繼續(xù)升高電壓后，電流逐漸減小，到電壓上升到 1.023時(shí)，電流表顯示值接近為 0.002，當(dāng)電壓繼續(xù)上升達(dá)到電壓 1.045左右時(shí)，電流表顯示電流突然急劇增大，瞬間后QF1發(fā)生短路跳閘，在本實(shí)驗(yàn)中，斷路器的額定電流為 0.161，所以可以斷定是發(fā)生了PTC負(fù)載過(guò)電壓被擊穿現(xiàn)象。

圖2 兩根PTC負(fù)載上加相同風(fēng)量的強(qiáng)制風(fēng)冷

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以確定，此次在某岸基進(jìn)行放電試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的事故是由于設(shè)計(jì)人員沒(méi)有考慮放電車實(shí)際使用環(huán)境條件下（強(qiáng)自然風(fēng)），兩組PTC負(fù)載不能實(shí)現(xiàn)電壓均分而引起的，證明上述故障機(jī)理的分析是正確的。

3 解決措施

在認(rèn)識(shí)到放電試驗(yàn)失敗的原因后，設(shè)計(jì)人員重新仔細(xì)分析了蓄電池放電車最初的設(shè)計(jì)方案，為了避免由自然環(huán)境引起兩組 PTC負(fù)載上分壓不均，從根本上杜絕 PTC負(fù)載過(guò)電壓被擊穿現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員重新選擇了一種新型PTC負(fù)載，該新型PTC負(fù)載額定工作電壓為基準(zhǔn)電壓1.000，最高工作電壓可達(dá) 1.704，在 0.409～1.091寬電壓范圍內(nèi)，其發(fā)熱功率均恒定，所以無(wú)論蓄電池組電壓是0.500還是1.000，該新型PTC負(fù)載均能正常放電；無(wú)需再將所有PTC負(fù)載分為兩組，也不需要再進(jìn)行串聯(lián)才能放電。

4 結(jié)束語(yǔ)

該新型PTC負(fù)載使用后，放電車設(shè)計(jì)將大為簡(jiǎn)化，不再需要兩種電壓等級(jí)的電池組輸入銅排，也不需要再進(jìn)行 0.500和 1.000兩種電壓等級(jí)的電壓、電流測(cè)量轉(zhuǎn)換，改進(jìn)了原設(shè)計(jì)方案的缺陷，取得了良好的實(shí)際效果。

[1]宋東升, 閆利偉, 劉冀. 基于PTC陶瓷電阻的大容量蓄電池組恒流放電. 蓄電池，2009（3）.