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关于蓄电池组充电的思考

来源:电源世界/作者:于冬梅?? 2007年05月29日 ?? 收藏0

  1 引言
 
?????? 本文根据我们多年从事直流系统开发设计及现场应用经验,试图对后备蓄电池组的充电方式进行一些探讨,,希望能起到抛砖引玉的作用,研究出一种更加合理的蓄电池组充电方法。

  2 现今蓄电池组充电方式存在的缺陷

  在现今大部分后备电源(直流系统,ups等)中能量的存储都是用蓄电池组来实现的。那么作为不间断供电的最后一道保障的蓄电池组的性能就显得至关重要了。囿于半导体变流技术及成本的原因我们一直采用的充电方式是如下图所示的单充电机对整组串联蓄电池充电。

单充电机单电池组运行方式及双充电机双蓄电池组运行方式

  
?????? 充电机以恒压限流方式永远与电池组并联在一起,理论上当电池组容量损失后,充电机将自动补充,但在实际应用中我们发现这种系统存在以下几方面问题。
  
?????? 首先,单体蓄电池特性存在较大差异,即便是同一批出厂的蓄电池其特性也偏差较大(在国产电池中表现的尤为突出),因此在运行中将其作为一个整体一起充放电

,无法根据单电池运行参数运行状态进行充放电,势必造成某些电池过充电或欠充电,也可能引起过放电,这也是为什么蓄电池在成组运行时普遍达不到标称寿命的重要原因之一。

  其二,在此种运行方式中检测单体蓄电池的电压、内阻是比较困难的。现在普遍采用的是单独加装蓄电池检测装置,但蓄电池检测装置又不能很好的和充电机配合。从以上两点我们可以看出在此系统中按蓄电池状态(电压、内阻、剩余容量、温度等参数)及充电曲线对蓄电池进行管理只不过是一句空话。另外单独加装蓄电池检测装置也势必造成成本的上升。

  其三,随着半导体技术的进步,高频开关电源以其体积小,重量轻,效率高,噪声小的优势大有取代传统晶闸管整流电源的趋势,但是采用如方案一中的充电方式,因为充电机需要提供较高的充电电压和较大的输出容量,对器件和技术以及工艺要求很高,大家都知道IGBT是很难超过20KHz的,而MOS-FET如果用于大电流回路中起结压降又很大,发热量也就很大,所以限于器件及工艺原因单体高频开关电源(>20KHz)目前输出容量超过6KW是很困难的,所以大多采用小模块并联均流的运行方式,但模块数量和复杂程度的增加也就带来了可靠性的降低,为此又提出了N+1冗余备分的概念,这就陷入了一个技术上的恶性循环,头痛医头,脚痛医脚。

  其四,请大家注意由于镉镍蓄电池存在记忆效应,它并不适于此种运行方式。但因为镉镍蓄电池的高倍率放电能力,为了追求低成本我们在为数不少的此种系统中采用了镉镍蓄电池,这是错误的。因此镉镍蓄电池不适用于浮充电方式运行,我们也就不过多讨论了。

  3 关于蓄电池组充电方式的一种理想的解决方案

  那么是否有一种更加完善的解决方案呢?笔者经过多次推敲思考,提出以下方案供大家探讨,称不上严密,仅仅是一种思路。其原理如下:

多充电模块双电池组运行方式及多充电模块单电池组运行方式

  
?????? 大家可以看到在此系统中蓄电池的充电和检测是以每节为单位进行的,所有充电及电池检测模块都含有处理单元,自行处理充电及检测过程。所有模块均由监控单元通过通讯总线根据电池运行参数及状态统一协调进行。正常运行时每组充电模块串联形成一个整体电源为负荷供电,并且对每个蓄电池进行浮充电,当交流电源停电时蓄电池将为负荷提供电源。所有充电模块及电池采用热插拔可抽出式结构,对模块及蓄电池的更换和检修将不会影响系统的运行。在本系统中以上三方面问题将会得到很好的解决。

  首先,在本系统中单节蓄电池的充电是独立进行的,在每个充电模块完全可以结合每节蓄电池的运行参数及运行状态科学的对每解蓄电池进行充放电,避免了因蓄电池参数不一致引起过充电,欠充电,以及过放电等问题的发生,保证了电池的使用寿命。

  其二,在本系统中,每节蓄电池的检测和充电处于同一模块中,有机的结合在一起。一方面电池检测部分可以通过控制充电部分轻易实现电池电压、内阻的检测。另一方面充电部分又可以根据检测单元测得参数(包括单电池内阻、电压、温度、PH值)对电池进行合理的充电。真正实现了按蓄电池充电曲线结合其运行状态进行管理的思路。


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高频开关电源? IGBT? MOS-FET? 记忆效应?

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