0 引言

随着锂离子电池的应用可靠性以及电子器件的发展，我国煤矿井下的矿灯已由防爆特殊型式(以下称传统矿灯)，发展为更安全的本质安全型矿灯型式。

按《煤矿安全规程》(2016)的要求，从2016年10月1日起，高突矿井必须采用本质安全型矿灯。但在本质安全型矿灯应用的过程中，出现了电池无法充满电而大大缩短了矿灯的照明时间，严重制约了本质安全型矿灯的推广使用。通过对本质安全型矿灯特点的分析，提出了自动匹配的充电架模式，经实际使用取得了良好的效果。

1 本质安全型矿灯对充电的要求

传统矿灯基本上是由锂电池串接矿灯保护器以及灯绳和灯头组成，其矿灯保护器由1只单节锂电池保护芯片和PTC自复位保险丝构成。传统矿灯在充电时，其充电电压直接加到了电池保护器和电池的两端，电池保护器的内阻基本上可以忽略不计，故可认为充电电压加到了电池两端，这样，传统充电架对传统矿灯充电就能够充满[1-3]。

本质安全型矿灯除了锂电池和矿灯保护器外，还串接了两级的保护芯片和1只0.5 Ω左右的限流电阻。在充电时，其充电回路增加了限流电阻，充电电压加到了限流电阻与电池两端，这样导致了电池两端的充电电压不足，无法在规定的10 h内充满电，影响了矿工的正常使用。

从图1充电曲线可知，图中电池两端的充电电压曲线既是矿灯中锂电池的充电曲线，又是传统矿灯的充电曲线，充电电流曲线是恒流限压模式的充电电流曲线。为了适应本质安全型矿灯的充电需要，必须设计一个新的充电电路，就是使矿灯本体的充电电压减去限流电阻上的压降后，正好符合电池两端的充电电压的要求。

  

图1 充电电流电压曲线图

2 充电电路的设计原理

《水利工程供水价格管理办法》、定价成本监审办法均明确规定，“固定资产折旧按照各类固定资产原值和财务制度规定的固定资产分类折旧年限分类核算”。东线一期工程是在利用现有河道、湖泊及抽水设施的基础上，通过新建、扩建、改造输水、抽水设施等，采取逐级提水的方式向北方输水；中线一期工程是通过加高现有丹江口水库大坝增大蓄水量，开挖输水渠、建设涵管道等，采取自流方式向北输水。两者输水方式有较大的差异，因此东线工程固定资产采取分类折旧方法，折旧率泵站为2.6%，新建河道为2%，供电、通信设施和水情水质监测系统为5%；中线水源及干线工程固定资产则采取综合折旧方法，综合折旧率为2.14%。

  

图2 充电电路原理图

3) 快速充电。采用大电流充电，对于6AH矿灯，充电时间不超过7 h，5AH矿灯充电时间不超过6 h，4AH矿灯，充电时间不超过5 h。

3 充电电路的功能

1) 矿灯充电模式自适应。矿灯灯头有两种类型，一种是不带充电电路的灯头，一种是带充电电路的灯头。充电板通过检测输出端是否有电压，可判断出灯头是哪种类型的灯头。不带充电电路的灯头，充电板就会采用恒流限压的充电模式；带充电电路的灯头，充电板就会输出一个5.5 V的恒定电压，充电控制完全交由灯头来管理。对于本质安全型矿灯，其灯头应采用不带充电电路的灯头，充电交由充电板按照本质安全型矿灯需要的充电曲线进行充电。

4) 检测联网。每个充电板都能检测充电状态、记录充电次数、判断电池故障，都可联网构成充电管理系统。

草甘膦自1985年在中国登记使用，目前登记状态有1347种药。这种灭生性除草剂种类并不多，有草甘膦、百草枯、草铵膦，各有优缺点。近日，江西公布有三批次茶叶被检测出草甘膦检出值超标。为什么国内市场草甘膦也不能很快被更安全的草铵膦替代？答案就在草甘膦与草铵膦的成本对比之中。从成本上看，一吨草甘膦的价格大约在2万元，而一吨草铵膦的价格大约在15万元。两者之间的价格鸿沟就是横亘在茶农眼前的天堑。

为了控制充电电压和充电电流，满足图1中的充电电流曲线和矿灯本体的充电电压曲线的需要，引入了电压调整和反馈电路。其充电电路如图2所示。

为了更好地反映与成矿有关的元素之间的组合特征，通过R型因子分析，根据累计公因子达80%的要求，由方差极大正交旋转矩阵(表3)，把元素归纳为以下5个因子组合。

当接上矿灯充电时，CPU测量并计算回路电阻R。随着充电时间推移，电池两端电压在逐步上升，但要保证电池两端的充电电压不大于4.2 V，在达到4.2 V前，要保持恒流Ic充电，最高充电电压U=4.2+R×Ic。在电池电压接近4.2 V时，充电电流逐渐下降，充电电压也要相应降低，确保电池两端电压不高于4.2 V。此时充电电压随着充电电流Ix的下降而下降，U=4.2+R×Ix，通过这样的跟踪调整，就可以确保电池既能充满又不会过充。

2) 充电曲线自动调整。充电板根据测得的限流电阻大小，自动按照理想的充电曲线调整充电电压，既保证了电池能够充满电，又保证了电池不至于过充而损坏。

4 使用效果

按照以上思路设计研制的本质安全型矿灯智能充电架，可对传统矿灯、本质安全型矿灯、本质安全型信息矿灯等进行充电。当灯头采用带充电电路的灯头时，每个充电位能供出恒定的5.5 V直流电压，每个灯位的LED指示灯指示灯头带充电管理，这时的充电时间取决于灯头充电电路;当把灯头改为不带充电电路的灯头时，每个灯位的LED指示灯指示灯头不带充电管理，并且都在6 h之内完成充电。

魏气冲冲走了，迟恒发慌，得赶紧报警，打开手机翻盖，显示屏不亮，按键也无反应，该死的手机！他想去追魏昌龙。就在这时，他看见库区西头变戏法似地亮起了一溜车灯，散在库区的手电光束迅速向北坝中段移动。

5 结论

通过电路分析和实践证明，本设计研制的充电架既适合于传统矿灯,也适合于本质安全型矿灯，在灯头采用不带充电电路灯头时，能实现快速充电。同时,本矿灯充电架还能自动探测灯头类型，能自适应进行恒压充电或恒流限压充电，具有广泛适应性。

参考文献：

[1] 煤炭工业煤矿专用设备标准化技术委员会.矿灯充电架：MT 68—2002[S]. 上海：煤炭科学研究总院上海分院,2002.

[2] 全国防爆电气设备标准化技术委员会.爆炸性气体环境用电气设备 第4部分：本质安全型[i].GB 3836.4—2000[J]. 北京：中国标准出版社，2003.

[3] 张燕美，李维坚.本质安全电路设计[M].北京：煤炭工业出版社，1992.

作者简介：张朝平(1967—)，男，高级工程师。毕业于湖南大学电力系统及自动化专业(硕士学位)，现从事微机继电保护、煤矿防越级跳闸及漏电选择性研发工作。