汪 敏

（江蘇先特能源裝備有限公司，江蘇 南京 211100）

短路（Short circuit）是指在正常電路中電勢(shì)不同的兩點(diǎn)不正確地直接碰接或被阻抗（或電阻）非常小的導(dǎo)體接通時(shí)的情況。能夠讓電流通過的材料，導(dǎo)體依其導(dǎo)電性還能夠細(xì)分為超導(dǎo)體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、及絕緣體。在科學(xué)及工程上常用利用歐姆來定義某一材料的導(dǎo)電程度。它們使電力極容易地通過它們。

當(dāng)電流在導(dǎo)體內(nèi)流過時(shí)，事實(shí)上是因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)的自由電荷(在金屬中的自由電荷是電子,而在溶液中的自由電荷則為陰、陽離子)產(chǎn)生漂移而造成的，根據(jù)材料的不同，自由電荷的漂移方式也不相同：在超導(dǎo)體中，電子幾乎不受原子核的干擾而能夠快速移動(dòng)；在導(dǎo)體內(nèi)電子的移動(dòng)受限于該材料所造成的電子的能階大??；在半導(dǎo)體內(nèi)，電子能夠移動(dòng)是因?yàn)殡娮?空穴效應(yīng)；而絕緣體則是電子受限于分子所構(gòu)成的共價(jià)鍵，使得電子要脫離原子是一件非常困難的事。因此，沒有絕對(duì)絕緣的絕緣體，只要有足夠大的能量（例如高壓電）就可以使電子得以通過某絕緣體。

所以，我們所檢測(cè)的極群是由導(dǎo)電材料構(gòu)成，因?yàn)槲覀兲峁┑碾妷阂膊豢赡軣o限高。比如不導(dǎo)電的鉛膏和不導(dǎo)電的生板，如果用此類方法測(cè)試的結(jié)果一種是全部都合格，另一種全部都不合格。除非板柵裸露或正負(fù)極板柵裸露并且距離比正常裝配的正負(fù)極距離近了檢測(cè)才有效。

短路檢測(cè)控制器作為極群短路系統(tǒng)的控制與管理的中心，承擔(dān)著被檢測(cè)極群的合格或不合格的鑒別任務(wù)。當(dāng)在按要求設(shè)定的電壓和泄漏電流情況下，超出設(shè)定值就判定為不合格品。但是，不同的隔板及不同的需求就要選用不同的控制系統(tǒng)；如果選擇不恰當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)工作不正常，甚至設(shè)備不能發(fā)揮作用。下面就分別描述一下各自的工作原理，供大家選擇時(shí)參考。

1 設(shè)計(jì)選型難點(diǎn)

隔板[1-2]的作用：（1）防止正負(fù)電極板互相接觸而發(fā)生電池內(nèi)部短路；（2）使電池裝配緊密，縮小電池體積；（3）防止極板變形，彎曲和活性物質(zhì)脫落；（4）在極板間的多孔性隔板中貯存必要數(shù)量的電解液，以保證較高的導(dǎo)電性和電池反應(yīng)的要求；（5）阻止一些對(duì)電極有害的物質(zhì)通過隔板進(jìn)行遷移和擴(kuò)散。

不同短路檢測(cè)系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)電池的隔板種類不同，使設(shè)計(jì)不得不面對(duì)一些必須解決的新問題。

1.1 內(nèi)阻大的選擇

PE隔板具有較小的孔徑，極低的電阻和極薄的基底，易于做成袋式，適用于蓄電池的連續(xù)化生產(chǎn)。PP隔板吸濕性小，易發(fā)生融體破裂，長(zhǎng)期與熱金屬接觸易分解。像此類隔板在常溫下松裝配的情況下測(cè)試出來的電流就要小，因?yàn)閮?nèi)阻比較大，所以相對(duì)來說需要使用連續(xù)性的持續(xù)加壓上去，才能達(dá)到測(cè)試效果。

1.2 內(nèi)阻?。穸却螅┑倪x擇

在閥控式鉛酸蓄電池中普遍使用超細(xì)玻璃纖維隔板(AGM)，該隔板的主要功能是可使電極間的離子流動(dòng)，具有極高的孔率；大的比表面積及良好的潤(rùn)濕性是能夠吸附最大量的電解液的隔板主要特性。此類隔板的緊裝配及隔板本身特性導(dǎo)致了與上面同樣電壓下測(cè)試出來的電流大很多。所以此類電池需要用脈沖的電壓，因?yàn)橹挥腥绱瞬拍苓_(dá)到這樣的效果。

1.3 大電流高壓的選擇

當(dāng)我們用常規(guī)的儀器測(cè)試時(shí)，當(dāng)檢測(cè)有報(bào)警時(shí)，一般情況下都會(huì)斷開負(fù)載上的電壓。因?yàn)榭刂破鞯淖儔浩鞴β瘦^低，不能輸出很大的電流，所以，大電流的短路檢測(cè)此時(shí)發(fā)揮了用處。當(dāng)檢測(cè)的板柵有短路時(shí)，電壓持續(xù)加到負(fù)載上，直至燒出或大或小的痕跡，也有可能把隔板直接燒穿掉。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 工作框圖[3]

高壓控制器的設(shè)計(jì)采用帶AD轉(zhuǎn)換的單片機(jī)去控制。主要組成部分包括：(1)AD采樣調(diào)理模塊；(2)PWM驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)模塊；(3)升壓式調(diào)節(jié)模塊；(4)智能通訊接口單元模塊；(5)供電電源模塊；(6)同步信號(hào)調(diào)理模塊；（7）AC-DC模塊。

不同的功能，由不同的模塊組成，如圖1所示。

圖1 高壓控制器組成示意圖

2.2 工作原理

（1）連續(xù)電壓測(cè)量控制器的PWM電路控制部分，由AC轉(zhuǎn)換為DC電壓輸入到IN，再由DC轉(zhuǎn)AC連接到OUT后升壓，然后連接到負(fù)載去做測(cè)試，通過負(fù)載電流與設(shè)定電流比較判斷合格或不合格。（2）脈沖式高壓測(cè)量控制系統(tǒng)由硬件同步控制電路轉(zhuǎn)換后，通過逐次采樣判斷是否到達(dá)峰值，連續(xù)判斷確認(rèn)后觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，產(chǎn)生的脈沖電壓加到負(fù)載上，通過負(fù)載電流與設(shè)定電流比較判斷合格或不合格。

3 硬件設(shè)計(jì)[3]

3.1 連續(xù)電壓測(cè)試硬件設(shè)計(jì)

圖2所示的是由連續(xù)高壓測(cè)試所需的硬件電路和由四個(gè)MOS管構(gòu)成全橋逆變電路。當(dāng)DC-AC后，通過升壓變壓器得到50 Hz的交流高壓，交流高壓加到負(fù)載上后形成一個(gè)回路電流，通過電流互感器得到的電流信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路處理送到單片機(jī)進(jìn)行處理。

圖3所示，連續(xù)高壓測(cè)試電流通過此電路調(diào)理后送CPU采樣得到。

圖2 全橋逆變電路工作原理圖

圖3 測(cè)試電流調(diào)理電路

3.2 脈沖測(cè)試硬件設(shè)計(jì)

圖4所示為脈沖高壓硬件設(shè)計(jì)核心控制部分。觸發(fā)信號(hào)為CPU根據(jù)同步信號(hào)處理后輸出很短的脈沖信號(hào)；高壓交流輸入是根據(jù)產(chǎn)品的需求提供所需要的電壓值；到電壓調(diào)理電路是根據(jù)產(chǎn)品需求設(shè)定的電壓值送到調(diào)理電路后給CPU的AD采樣顯示；到電流調(diào)理電路是根據(jù)一定的負(fù)載所得回路電流的電壓值，把此值送到調(diào)理電路后給CPU的AD采樣顯示，并與設(shè)定值進(jìn)行比較判斷是否合格；高壓輸出到負(fù)載是我們所輸出的脈沖電壓接到負(fù)載兩端，形成一個(gè)電流回路。

圖4 脈沖高壓硬件設(shè)計(jì)

3.3 通訊接口單元

本單元使用RS-485標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，硬件主要為485通訊IC和附加的保護(hù)電路，可選擇并聯(lián)120 Ω電阻。通信地址號(hào)通過鍵盤編程設(shè)定。主要功能是把所測(cè)量的數(shù)據(jù)如輸出電壓、測(cè)量電流、電流設(shè)定報(bào)警值等數(shù)據(jù)送到上位機(jī)進(jìn)行記錄以方便以后查詢。

4 實(shí)際應(yīng)用方法

當(dāng)我們選擇好設(shè)備后，在現(xiàn)場(chǎng)如何進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定呢？特別是工藝人員對(duì)工藝參數(shù)必須要掌握一個(gè)度的把握。簡(jiǎn)單一點(diǎn)的做法就是將參數(shù)設(shè)定分為兩種方式。

（1）根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定一個(gè)報(bào)警電流值

首先我們?cè)O(shè)定一個(gè)所要求的電壓，把電流報(bào)警設(shè)為最大，然后拿出我們認(rèn)為合格品10～20只，分別測(cè)量記錄顯示電流值，以記錄值最高者為基準(zhǔn)，再放一點(diǎn)正偏差余量，以此作為設(shè)定的電流值作為工藝參數(shù)。這樣的工作每個(gè)班都要做，操作起來麻煩一些，對(duì)要求高一些的廠家可以考慮。因?yàn)殡娏髦底兓艿接绊懙囊蛩睾芏啵b配的松緊、干燥的程度、天氣的潮濕度等等都會(huì)有影響，所以不能固定一個(gè)值不變。（2）根據(jù)短路情況設(shè)定一個(gè)短路電流報(bào)警值

我們首先設(shè)定一個(gè)所需要的電壓，把報(bào)警值設(shè)到最大，然后短路看顯示最大值是多少，根據(jù)顯示的電流值大小去設(shè)定一個(gè)略低于此值的（負(fù)偏差）報(bào)警設(shè)定值即可。這樣的話每個(gè)班參數(shù)就可以不用再調(diào)整，簡(jiǎn)化了工藝和操作人員的工作，但對(duì)于裝配松緊和干濕度要求較高的廠家就要另外調(diào)整。在調(diào)整過程中，脈沖工作方式不需要特別注意的地方；連續(xù)電壓方式因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)決定了電壓過低會(huì)導(dǎo)致短路也不會(huì)報(bào)警，所以電壓調(diào)低后一定要短路測(cè)試一下能否報(bào)警，電壓高了也可能看不見電流顯示值，所以直接把電流報(bào)警設(shè)定到略低于最大即可。

5 結(jié)論

短路檢測(cè)控制系統(tǒng)在一定的條件下完全可以達(dá)到我們所設(shè)定的要求；經(jīng)過不同廠家的使用反饋來看，選型非常關(guān)鍵。只要選對(duì)了型號(hào)并掌握了使用技巧，對(duì)于用戶來說會(huì)達(dá)到事半功倍的效果，對(duì)提高電池產(chǎn)品品質(zhì)有著不可估量的作用。

[1]劉廣林.鉛酸蓄電池工藝學(xué)概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]石光.鉛酸蓄電池隔板[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3]SLOSS A.ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)：軟件設(shè)計(jì)與優(yōu)化[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.