關(guān)于蓄電池組充電的思考

2　現今蓄電池組充電方式存在的缺陷

在現今大部分后備電源（直流系統，ups等）中能量的存儲都是用蓄電池組來(lái)實(shí)現的。那么作為不間斷供電的最后一道保障的蓄電池組的性能就顯得至關(guān)重要了。囿于半導體變流技術(shù)及成本的原因我們一直采用的充電方式是如下圖所示的單充電機對整組串聯(lián)蓄電池充電。

　　
充電機以恒壓限流方式永遠與電池組并聯(lián)在一起，理論上當電池組容量損失后，充電機將自動(dòng)補充，但在實(shí)際應用中我們發(fā)現這種系統存在以下幾方面問(wèn)題。
　　 
首先，單體蓄電池特性存在較大差異，即便是同一批出廠(chǎng)的蓄電池其特性也偏差較大（在國產(chǎn)電池中表現的尤為突出），因此在運行中將其作為一個(gè)整體一起充放電 ，無(wú)法根據單電池運行參數運行狀態(tài)進(jìn)行充放電，勢必造成某些電池過(guò)充電或欠充電，也可能引起過(guò)放電，這也是為什么蓄電池在成組運行時(shí)普遍達不到標稱(chēng)壽命的重要原因之一。

其二，在此種運行方式中檢測單體蓄電池的電壓、內阻是比較困難的?，F在普遍采用的是單獨加裝蓄電池檢測裝置，但蓄電池檢測裝置又不能很好的和充電機配合。從以上兩點(diǎn)我們可以看出在此系統中按蓄電池狀態(tài)（電壓、內阻、剩余容量、溫度等參數）及充電曲線(xiàn)對蓄電池進(jìn)行管理只不過(guò)是一句空話(huà)。另外單獨加裝蓄電池檢測裝置也勢必造成成本的上升。

其三，隨著(zhù)半導體技術(shù)的進(jìn)步，高頻開(kāi)關(guān)電源以其體積小，重量輕，效率高，噪聲小的優(yōu)勢大有取代傳統晶閘管整流電源的趨勢，但是采用如方案一中的充電方式，因為充電機需要提供較高的充電電壓和較大的輸出容量，對器件和技術(shù)以及工藝要求很高，大家都知道IGBT是很難超過(guò)20KHz的，而MOS-FET如果用于大電流回路中起結壓降又很大，發(fā)熱量也就很大，所以限于器件及工藝原因單體高頻開(kāi)關(guān)電源（>20KHz）目前輸出容量超過(guò)6KW是很困難的，所以大多采用小模塊并聯(lián)均流的運行方式，但模塊數量和復雜程度的增加也就帶來(lái)了可靠性的降低，為此又提出了N+1冗余備分的概念，這就陷入了一個(gè)技術(shù)上的惡性循環(huán)，頭痛醫頭，腳痛醫腳。

其四，請大家注意由于鎘鎳蓄電池存在記憶效應，它并不適于此種運行方式。但因為鎘鎳蓄電池的高倍率放電能力，為了追求低成本我們在為數不少的此種系統中采用了鎘鎳蓄電池，這是錯誤的。因此鎘鎳蓄電池不適用于浮充電方式運行，我們也就不過(guò)多討論了。

3　關(guān)于蓄電池組充電方式的一種理想的解決方案

那么是否有一種更加完善的解決方案呢？筆者經(jīng)過(guò)多次推敲思考，提出以下方案供大家探討，稱(chēng)不上嚴密，僅僅是一種思路。其原理如下：

　　
大家可以看到在此系統中蓄電池的充電和檢測是以每節為單位進(jìn)行的，所有充電及電池檢測模塊都含有處理單元，自行處理充電及檢測過(guò)程。所有模塊均由監控單元通過(guò)通訊總線(xiàn)根據電池運行參數及狀態(tài)統一協(xié)調進(jìn)行。正常運行時(shí)每組充電模塊串聯(lián)形成一個(gè)整體電源為負荷供電，并且對每個(gè)蓄電池進(jìn)行浮充電，當交流電源停電時(shí)蓄電池將為負荷提供電源。所有充電模塊及電池采用熱插拔可抽出式結構，對模塊及蓄電池的更換和檢修將不會(huì )影響系統的運行。在本系統中以上三方面問(wèn)題將會(huì )得到很好的解決。

首先，在本系統中單節蓄電池的充電是獨立進(jìn)行的，在每個(gè)充電模塊完全可以結合每節蓄電池的運行參數及運行狀態(tài)科學(xué)的對每解蓄電池進(jìn)行充放電，避免了因蓄電池參數不一致引起過(guò)充電，欠充電，以及過(guò)放電等問(wèn)題的發(fā)生，保證了電池的使用壽命。

其二，在本系統中，每節蓄電池的檢測和充電處于同一模塊中，有機的結合在一起。一方面電池檢測部分可以通過(guò)控制充電部分輕易實(shí)現電池電壓、內阻的檢測。另一方面充電部分又可以根據檢測單元測得參數（包括單電池內阻、電壓、溫度、PH值）對電池進(jìn)行合理的充電。真正實(shí)現了按蓄電池充電曲線(xiàn)結合其運行狀態(tài)進(jìn)行管理的思路。

其三，我們知道現在小容量高頻開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現是很容易的，對器件和工藝不需要很高的要求。同時(shí)也具有很高的可靠性。大家可以對比一下在方案一中以現今普遍采用220V/10A模塊比較，其輸出功率為最高電壓280V*10A=2800W，而在蓄電池容量超過(guò)800AH系統中我們還需要采用輸出電流為20A的模塊，其輸出功率更高達5600W，大的輸出容量自然對高頻器件和制造工藝提出了更高的要求，同時(shí)使可靠性降低。

而在方案二中以可能采用的最大電池容量來(lái)講如采用2V/1000AH電池那么單模塊容量為

0.1C（10小時(shí)充電率）A*2.5V(蓄電池最高電壓)=250W式中C為蓄電池容量，
　 
而如果采用300AH/12V蓄電池系統中，單模塊容量為

0.1C（10小時(shí)充電率）A*15V（蓄電池最高電壓）=450W

*注意超過(guò)300AH的蓄電池多為2V每節

可以看出在方案二中單模塊容量遠遠小于方案一中的單模塊容量，所以實(shí)現起來(lái)非常容易，對器件和制造工藝沒(méi)有太高要求，可靠性也就得到了提高。

大家應該注意到本方案二中沒(méi)有備分的概念，其原因之一是本身小容量充電設備的高可靠性使得它不需要備分，原因之二在于熱插拔抽出式結構的采用，和二極管 D*的存在在更換檢修模塊和電池時(shí)只是系統的電壓會(huì )降低一些（在允許范圍內），將不會(huì )影響系統的正常運行，因此本系統不需要額外的冗余備分。

4　成本是否會(huì )增加

下面我們將就大家比較關(guān)心的系統成本的問(wèn)題進(jìn)行一些探討。

在方案 中二模塊的數量將增加很多，但是由于其容量小，其對器件和制造工藝的要求很低，以及量產(chǎn)的原因，較之于方案一其成本非但不會(huì )增加反而有可能下降。另外由于方案二中模塊中包括蓄電池檢測部分，不需要單獨加裝蓄電池檢測裝置，其成本將會(huì )進(jìn)一步下降。

5　結語(yǔ)

為了解決問(wèn)題我提出了對蓄電池充電方式的一點(diǎn)見(jiàn)解，新的方案的提出必然有很多不周到的地方，但技術(shù)總是要不斷進(jìn)步和完善的，希望各位同行給予更多寶貴意見(jiàn)，以使蓄電池管理的技術(shù)更加完善。