蓄电池充电电路（精选9篇）
蓄电池充电电路 篇1
一、引言
随着全球汽车产量和保有量的不断增长, 使用内燃机作为驱动动力的汽车所带来的严重的环境污染和越来越紧迫的全球石油资源危机等问题, 致使世界各国不得不寻求排放低及节能新型交通工具, 电动车是新能源交通工具的发展方向。铅酸蓄电池经过百余年的发展与完善, 不仅具有价格低廉、可靠性和安全性高等特点, 而且原材料丰富、制造工艺简单, 因而在通讯、交通、电力等部门得到了广泛应用, 是目前国内电动车使用的主要动力电池。电池的性能好坏, 使用寿命长短直接影响到电子产品的使用寿命和安全。充电器质量直接影响到电池的寿命, 好的充电器延长电池组的使用寿命, 相反, 质量差的充电器会缩短电池组的使用寿命, 因此关于铅酸蓄电池充电器电路设计的研究显得特别的重要。本论文以电动自行车铅酸蓄电池充电器为例, 介绍充电器关键电路的设计。
二、充电器基本构成
电动车是采用蓄电池作为动力的新型交通工具, 作为电动车电气系统的“四大件”之一的充电器是为蓄电池补偿能量的, 其性能的好坏不仅决定充电时间的长短, 还决定蓄电池的使用寿命。典型的充电器多由AC-DC功率变换器和电压/电流检测电路、反馈电路三部分构成, 如图1所示。其中, AC-DC功率变换器的作用是将220V的市电电压变换为铅酸电池组充电所需的直流电压。电压/电流检测电路的作用就是对蓄电池所充的电压进行检测, 检测结果不仅通过显示电路告知用户充电器的工作状态, 而且通过反馈控制电路送到功率变换器, 自动调整功率变换器输出的电压, 确保充电器为蓄电池快速、安全、可靠地充电。
三、开关电源电路
随着蓄电池电动车的迅猛发展, 对充电器的要求越来越高, 从开始的单纯充足, 到目前的延长蓄电池寿命, 减少能源消耗, 充电器的功能已发生了质的飞越。现在国外己研制成功只要用一小时就可充满蓄电池的大功率充电器, 在体积上也越来越小, 现在最小的大功率充电器只有一只书包大小。开关电源在我国的研究发展比较晚, 但因其体积小、动态响应速度快、输出纹波小、效率高、适合市电输入范围宽、安全可靠等特点, 近年来得到国内外的广泛研究与关注, 特别在通信、电力等领域中, 己经得到了广泛的运用。 在常见的开关电源电路中, 一般主要由整流滤波电路, 启动和供电电路, 振荡电路等几部分组成。
(一) 整流滤波电路。
该电路多为桥式整流和电容滤波电路, 典型的普通桥式整流滤波电路如图2所示。经市电滤波电路后的市电电压通过VD1～VD4全桥整流、C1滤波后获得300v左右直流电压, 为开关电源供电, C2～C5用来吸收VD1～VD4两端的浪涌冲击电流, 防止VD1～VD4过压损坏。该电路完成了交流-直流的变换, 但是对频率为50 Hz交流电的变换, 输出直流电供给振荡电路。
当开关电源出现故障时, 将导致电子设备不通电, 无法工作, 因此开关电源电路典型故障分析非常重要。如图2, 在整流滤波电路中, 若整流管VD1～VD4或高频滤波电容C2～C5击穿, 会导致市电输入回路的保险管FU1过流熔断。若VD1～VD4有开路或滤波电容C1容量下降, 将产生开关电源带载能力差或开关管损坏的故障。VD1～VD4、C2～C5是否击穿万用表电阻挡就可测出。 该电路通过整流滤波产生300 V左右的直流电压供给开关管集电极, 在检测该电路时应考虑两个关键点:一是整流前电路如保险丝或限流保护电阻是否正常, 当保险丝或电阻烧断时。不要轻易更换试机.首先要判别电源电路或负载是否有短路, 尤其要注意是开关管是否被烧坏击穿, 更换开关管前还应检测周围元器件是否有损坏, 检查无误后, 再更换开关管和保险丝或电阻。二是滤波电容两端的电压, 一般为300 V左右, 该点电压是否正常是决定振荡电路正常工作的首要条件, 一般多为电容容量减少或漏电引起该点电压减少, 从而引起电源电路的故障或彩电光栅显示不正常或出现网纹干扰, 用替换法可以很容易判断。
(二) 启动和供电电路。
自激式开关电源和他激式开关电源的启动电路不同, 本文采用自激式开关电源, 如图3所示。
自激式开关电源的启动电路有电阻限流和电阻、电容限流启动两种。而充电器的开关电源仅采用电阻限流启动方式, 所以下面介绍该种启动电路的工作原理。
(三) 工作过程。
参见图3, 滤波电容C1两端的300V电压限流电阻R1、开关VT1的b-e结构成回路, 回路中的电流为开关管VT1提供1～4mA启动电流, 使VT1进入初始导通放大状态, 实现开关电源的启动。采用电阻限流启动方式的特点是:负载过流时开关电源的过流保护电路动作, 使开关电源停止工作, 但开关电源会在启动电路的作用下再次启动重复以上过程, 通常开关变压器T1会发出连续的高频“吱吱”声。
(四) 故障特征。
自激式开关电源启动电路的故障特征是:限流的阻值增大或开路 (或启动电容的容量减少) , 导致开关管基级输入的启动电流较小时, 开关电源不能启动或启动困难。同样, 开关管放大倍数低等原因也会产生开关电源不能启动或启动困难的故障。
三、振荡电路
振荡电路为开关电源的关键部位, 其电路主要有开关管、启动电路、正反馈网络和开关变压器组成;振荡电路通过启动、正反馈、开关控制实现了高频振荡并通过开关变压器变换输出高频脉冲电压, 并按电路要求输出所需电压, 在通过整流滤波处理输出相应的直流电压供给负载, 完成了交流——直流的变换。图4是并联型自激式电路。
工作过程:开关管VT1经启动后进入初始导通状态时, 开关变压器T1的正反馈绕组P2感应出上正、下负的脉冲电压通过R2、C2、VT1构成回路, 使VT1因正反馈雪崩过程迅速进入饱和导通状态。随后, VT1因电容C2充电而推出饱和并进入截至状态。VT1截止的同时, T1存储的能量经整流、滤波后向负载释放, 随着T1存储的能量释放到一定的时候, T1各个绕组产生反相电动势, 于是P2绕组产生的脉冲电压经VD1、R2再次使VT1进入饱和导通状态, 形成自激振荡。开关电源完成初始振荡后, 由于T1各个绕组产生的脉冲升高, 二极管VD1导通, 由它取代C2为VT1提供激励脉冲电压。
(四) 故障特征。若正反馈回路的R2、C2开路, 会导致开关管因无正反馈脉冲而不能进入振荡状态, 开关电源无电压输出;若二极管VD1开路, 会使开关管因激励脉冲不足而使开关电源处于弱振状态, 产生输出电压低的故障。
四、结语
本文简要介绍了铅酸蓄电池充电器的基本构成, 通过开关电源主要单元电路的工作过程分析及故障分析, 深刻理解了充电器电路的工作原理, 为蓄电池充电器电路设计研究提供了一些理论支持, 具有一定的指导性和资料性。
参考文献
[1].孙立群.电动自行车充电器维修[M].北京:人民邮电出版社, 2008
[2].高自力.开关电源电路故障分析与检测技巧[J].电脑开发与应用, 2010
[3].李敬兆.采用神经网络预测和变结构模糊控制的铅酸蓄电池最优充电技术研究[D].合肥工业大学, 2003
蓄电池充电电路 篇2
摩托车蓄电池巧充电
摩托车蓄电池在使用一段时间或长期停用后,电能就不足了,需要重新充电.摩托车用户一般没有专用充电器,大多数摩托车用户为节约燃油,也不愿意发动摩托车空转充电.为此,笔者介绍一种经济实惠、方便可行的充电方法,供广大摩托车用户参考.
作 者：孔令文 作者单位：山东省沂水县技工学校,276400刊 名：农民科技培训英文刊名：NONGMIN KEJI PEIXUN年，卷(期)：“”(5)分类号：关键词：
蓄电池充电电路 篇3
摘 要： 蓄电池的充放电管理一直是其控制器的关键.为提高光伏系统中蓄电池的充电效率，延长蓄电池使用寿命，采用脉宽调制的三段式充电策略（快速充电、脉冲式恒压充电及浮充电），利用MATLAB/Simulink软件平台对整个系统进行建模并仿真，为光伏系统中蓄电池的充放电管理提供了参考与依据.仿真结果验证了系统仿真模型的可用性和通用价值以及蓄电池控制策略的可行性和合理性，并表明在此蓄电池管理策略下可提高蓄电池充电效率，延长其使用寿命.
关键词： 光伏； 蓄电池； 脉冲式充电； MATLAB/Simulink软件； 建模仿真
中图分类号： TM 91 文献标志码： A
由于太阳能具有随机和间断特性，独立光伏系统要实现连续稳定的电力供应，需采用必要的能源存储设备[1].蓄电池作为独立光伏发电系统中的储能设备，起着非常重要的作用.从蓄电池使用角度看，影响蓄电池使用寿命的主要因素有：热失控、过充电、过放电、长期处于低荷电状态（State of charge，SOC）等[2-3].
光伏系统中蓄电池充放电次数频繁，与其在一般应用领域的情况相比，具有了一些新特点[2]：①由于光伏系统中光伏电能的有限性、随机性和间断性以及负载需求的随机性，光伏电能难以持续满足传统蓄电池充电规律的要求；②光照的季节性变化和连续阴天易造成蓄电池的深度放电，且放过电后也难以在短期内再次充满，从而使其长期处于低SOC；③充电倍率低，且充电周期较短[4].光伏系统很少能高效快速地为蓄电池充满电，蓄电池往往会处于欠充电状态.因此，在光伏发电系统中，不恰当的蓄电池充放电控制策略将大大缩短蓄电池的使用寿命，从而使蓄电池成为光伏系统中最易损坏的部件[2].
光伏系统中的蓄电池充放电控制策略，既要尽可能快并有效地为蓄电池充电，又要能避免蓄电池处于长期欠充电状态，延长蓄电池的使用寿命.文献[5]在光伏系统中使用了带有最大功率点跟踪（MPPT）的传统恒流、恒压及浮充电的三阶段控制策略；文献[4]采用了变电流充电和恒压充电的二阶段控制策略；文献[6]表明脉冲充电能降低充电过程中蓄电池的出气率，有效缓和甚至消除蓄电池在充电过程中的极化反应，提升蓄电池的可接受充电电流及充电效率，并能预防甚至修复蓄电池的硫化结晶现象.本文鉴于光伏电能的不稳定性，以及蓄电池的充放电特性，设计了一种基于脉宽调制并具有温度补偿的三阶段蓄电池充电控制策略（快速充电、脉冲式恒压充电、浮充电），在脉冲式恒压充电阶段通过提供脉冲式电流的方式对蓄电池充电，以有效地将充电电压维持在一个恒定值，从而降低蓄电池极板间的压差，缓解蓄电池的极化反应，大幅降低蓄电池产生结晶的概率，提升蓄电池的充电效率，并延长其使用寿命；同时为了适应环境温度变化对蓄电池充电特性的影响，控制策略考虑对充电电压进行温度补偿.
此外，本文在建立光伏电池模型和蓄电池模型的基础上，进一步加入蓄电池充电控制算法，使用MATLAB/Simulink软件搭建了完整的光伏-蓄电池充电系统的仿真模型并进行仿真，同时对模型的运行性能及仿真结果进行了分析.
1 系统模型建立
1.1 系统整体结构
系统整体结构框图如图1所示，其中：金属氧化物半导体（MOS）开关管为充电回路的开关，当其导通时，充电回路接通，反之，充电回路断开；脉宽调制（PWM）信号则是由控制器输出并用以控制MOS开关管开关状态的电脉冲.控制器对光伏板端电压、蓄电池端电压及环境温度进行采集.当光伏板端电压大于蓄电池端电压时，启动基于三阶段蓄电池充电控制策略，系统通过控制器驱动MOS开关管，对蓄电池的有效充电电压和电流进行调节，以实现对蓄电池的全程充电控制.
1.2 控制器仿真模型
系统的控制器仿真模型如图2所示.模型以充电过程中的蓄电池端电压Ucharge及环境温度T为输入.为便于观测以占空比D和PWM信号为输出.图2中：ΔD为占空比变化步长；Kt为充电电压的温度补偿系数（以25℃为基准）；Uc和Uf分别为基准温度时恒压充电和浮充电的电压设定值，且满足温度补偿公式U′c=Uc+Kt（T-25）及U′f=Uf+Kt（T-25）；In Mean则用于计算Ucharge的平均值.
整个充电过程中，控制器不断将Ucharge与U′c进行比较，从而产生相应的占空比，并通过三角载波产生对应的PWM信号.在快速充电阶段，由于Ucharge小于U′c，占空比为100%；而当Ucharge达到U′c时，系统转为脉冲恒压充电，便不断调节占空比，将Ucharge维持在U′c，具体是当Ucharge高于U′c，将降低ΔD，反之，则提高ΔD.当占空比减小到10%后，蓄电池容量基本饱和，系统则转为浮充电阶段，利用微弱电流使Ucharge维持在U′f，即维持蓄电池的饱和状态.
1.3 系统仿真模型
对上述各部分仿真模型进行封装与对接，建立完整的系统仿真模型，如图3所示.其中：T为输入模型的温度；G为输入模型的光照强度；Vpv为光伏电池的输入电压；连接端DC_INPUT+和DC_INPUT-分别为用于连接光伏阵列模型输出电流Ipv的正负极的正负连接端子；DC_OUTPUT+和DC_OUTPUT-则分别为用于连接蓄电池模型的正负极正负连接端子；示波器1、2用于观测占空比D、蓄电池端电压、电流及SOC。
2 仿真实验与结果分析
仿真中使用FM/BB1255T铅酸蓄电池与YL080P-17b2/3光伏阵列.该光伏阵列参数及其它系统仿真参数如表1所示.
图4～7均为光照强度为1000 W·m-2、温度为25℃的标准条件下得到的仿真结果，其中：图4为蓄电池由50%SOC充电至95%SOC（基本饱和）的蓄电池端电压曲线；图5为脉冲恒压充电阶段充电占空比的变化曲线.由图4、5可看出，当
蓄电池电压未达到设定的14.2 V时，系统将光伏
输出电流全部输入蓄电池为其快速充电，而当蓄电池电压升至14.2 V（蓄电池容量升至约80%）后，系统转为脉冲式恒压充电，充电占空比不断减小.这时充电电流随之减小，符合蓄电池充电后期
的特性，且蓄电池的端电压有效值被维持在14.2 V，避免了充电后期电流过大、过高温升或过充电对蓄电池的损伤，延长了蓄电池的使用寿命.
图6为脉冲式恒压充电过程中充电占空比分别为80%和50%时的蓄电池端电压曲线.由图可看出，此阶段充电过程为充电与停充不断交替的过程，在蓄电池停充时蓄电池极板间压差骤降，因此，极化反应得到缓和，蓄电池的可接受充电电流也得到提升，从而提高了充电效率.
图6（a）中占空比D为80%，蓄电池停充时端电压U0和充电时端电压U1的测量值分别为14.100 V和14.225 V，则充电电压有效值为Uavr=（1-D）U0+DU1=14.2 V；图6（b）中占空比D为50%，蓄电池停充时端电压U0和充电时端电压U1的测量值分别为14.138 V和14.263 V，则充电电压
有效值为Uavr=（1-D）U0+DU1=14.2 V，由此可见，
在不同占空比下此阶段满足了恒压（设定的14.2 V）的充电要求.
图7（a）为系统在25℃条件下光照强度由1 000 W·m-2降为800 W·m-2后占空比的仿真变化曲线；图7（b）为系统光照强度为1 000 W·m-2时温度由25℃降为23℃后占空比的仿真变化曲线（两图的环境条件变化时刻均设定在占空比降为50%时）.图7（a）与7（b）中变化时刻的占空比测量值分别为63.9%和80.2%.
通过仿真实验，由示波器1可测得，光照条件变化时刻的光伏输出电流Ipv=3.91 A；温度条件变化时刻的光伏输出电流Ipv=4.91 A，然后，由Uc+Kt（T-25）=（1-D）U0+DU1得D=[Uc-U0+Kt（T-25）]/（U1-U0）=[Uc-U0+Kt（T-25）]/（Ir），其中：I为蓄电池的充电电流，且I=Ipv；r为电阻.利用该公式计算，光照变化后，新的占空比D′=63.9%；温度变化后，新的占空比D′=80.2%，它们分别与图7（a）和图7（b）的占空比测量值相符合.由图7可看出，无论温度或光照强度如何变化，该系统均能对充电占空比进行迅速调整以使充电过程保持稳定，大为降低了环境条件变化对蓄电池寿命的影响.
3 结 论
本文针对光伏系统的特点，设计了蓄电池充电控制策略，在MATLAB/Simulink软件环境中搭建了光伏蓄电池系统的仿真模型，并对整个系统进行了仿真分析.从仿真结果可看出，系统的充放电策略合理，充电后期电流不断下降，符合蓄电池的充电特性，并通过脉冲式电流缓冲充电过程中的极化反应，提升了充电效率，大大降低了蓄电池出气率，延长了蓄电池使用寿命.即使在环境变化的条件下，该系统仍能快速准确地调整充电占空比以维持对蓄电池充电的稳定.该仿真系统能正常运行且具有一定的通用性.
参考文献：
[1] 周静，何为，龙兴明.蓄电池储能的独立光伏系统充电控制器研制[J].电力自动化设备，2011，31（11）：13-17.
[2] 李春华，朱新坚，吉小鹏，等.光伏系统中蓄电池管理策略研究[J].系统仿真学报，2012，24（11）：2378-2382.
[3] 宋雷鸣，牟晓卉.浅析影响铅酸蓄电池使用寿命的主要因素和注意事项[J].电源世界，2009 （1）：55-56.
[4] 肖俊明，杜迎虎，李燕斌，等.光伏系统蓄电池二阶段快速充电法的研究[J].蓄电池，2012 （1）：41-44.
[5] 粟梅，李黎明，孙尧，等.独立光伏系统用蓄电池充放电策略的设计[J].蓄电池，2011，48（3）：127-130.
[6] 肖相如.铅酸蓄电池脉冲快速充电方法的研究与应用[J].通信电源技术，2013，30（5）：64-67.
[7] 范发靖，袁晓玲.基于MATLAB的光伏电池建模方法的比较[J].机械制造与自动化，2012，41（2）：157-159.
[8] 傅望，周林，郭珂，等.光伏电池工程用数学模型研究[J].电工技术学报，2011，26（10）：211-216.
[9] 张振国，江涛，徐建科，等.硅光伏电池工程数学模型研究与仿真[J].电源技术，2012，36（11）：1665-1667.
蓄电池充电电路 篇4
蓄电池是不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)重要组成部分,从其对UPS整机性能的影响和价格看,都是极其重要的。蓄电池常用的充电电源有:相控电源,采用工频变换,体积大、效率低、可靠性差;线性电源,采用的功率调整晶体管工作在放大区,自身功率损耗较大;开关电源,采用高频变换技术,使得蓄电池充电电源适应高频化、小型化发展趋势成为可能。
开关电源中正激式DC/DC变换器具有结构简单、工作可靠、输入输出电气隔离等优点,因而被广泛应用在中小功率变换场合[1,2]。正激式DC/DC变换器中需要使用复位机制使高频变压器在开关周期内进行自动复位,有源箝位技术能使励磁能量和漏感能量可以回馈至电网,但其主开关管为硬导通,损耗较高,效率低。
针对以上问题,本文设计一种将Boost升压型PFC电路与正激式DC/DC电路整合的有源箝位高功率因数充电电路,主开关管和辅助开关管零电压导通,实现开关管的软开关,能提高正激式DC/DC变换器的功率密度与效率[3],可用作小功率单相UPS蓄电池恒压充电电路。
1 主电路设计
1.1 充电电路拓补结构
有源箝位高功率因数充电电路的拓补结构(如图1所示)[4]。该电路主要有Boost型PFC电路、正激式DC/DC变换器、控制电路等三部分。L1为储能电感,Lm为励磁电感,Lr为变压器漏感;Q1为主开关管,箝位电容Cc和箝位开关管Q2构成有源箝位支路;C为中间储能电容,Cr是开关管Q1、箝位开关管Q2的输出电容和变压器绕组的寄生电容之和;T为正激式高频变压器;控制电路采用UC3843构成,MOS管驱动采用IR2110芯片。该电路巧妙地将PFC级和DC/DC级结合,共用开关管Q2及控制电路,快速对输入电流的整形和输出电压的调节。
1.2 充电电路工作模态
充电电路稳态时原理波形(如图2所示),在一个开关周期内,大致可分为4个工作模态[5]。
Mode 1[t0<t<t1]:Q1开通,箝位开关管Q2关断,充电回路二极管D1导通,电源给L1充电,电感电流iL1线性上升,电容C经Lr和T原边放电;T次边整流二极管D3导通,能量传输给负载。当t=t1时,Q1关断,该模态结束。
Mode 2[t1<t<t2]:Q1和箝位开关管Q2均关断,电感L1给储能电C充电;当Q1关断后,Lm、Lr、Cr开始谐振,UCr逐步升高。当UCr=UC时,变压器短路,次边二极管D3、D4换流,输出端电感L0和电容C0为负载提供能量。
Mode 3[t2<t<t3]:当UCr=UC+UCc时,箝位开关管Q2的体二极管导通,对UCr箝位。储存在励磁电感和漏感中的能量通过Q2的体二极管给箝位电容Cc充电,变压器磁化电流iLm在箝位电容Cc的作用下线性降低,变压器进入磁复位过程。箝位开关管Q2两端电压接近零,箝位开关管Q2的开通过程为ZVS开通。当箝位开关管Q2关断,该模态结束。
Mode 4[t3<t<t4]:t3时刻,箝位开关管Q2关断,变压器次边D3关断,D4导通,Lm、Lr、Cr参与谐振。当UCr=UC时,变压器次边开始换流,D3的电流从零开始增加,D4电流逐渐减小,Lr、Cr参与谐振。Q1、Q2继续保持关断,当UCr=0,变压器次边D3、D4都导通,因此变压器原边电压为零,ULr=UC,iLr线性增加。当UCr=0,Q1零电压开通,实现Q1软开通。Q1开通时,该模态结束,进入下一周期。
2 主要参数设计
2.1 主电路参数设计
输入电感L1在功率因数校正电路设计中非常重要,设输入纹波电流为△iL1,开关频率为fs,D为电感电流出现最大峰值时的占空比,则:
设变换器最大占空比为Dmax,UD为二极管D2的导通压降,则正激式变压器T的变比n为:
输出端滤波电感Lo为:
2.2 谐振电路参数
谐振电容Cr就是主、辅开关MOSFET的输出电容及电路中的寄生电容之和。为了实现主开关管ZVS开通,必须保证UCr在Q2关断到主开关管Q1开通这段时间内下降到零,则谐振电感Lr应满足:
以CC与Lr的半个谐振周期大于主开关管Q1的截止时间为箝位电容CC的选取原则:
为保证主开关管实现ZVS开通,箝位开关管与主开关管之间延迟时间td必须满足:
3 实验结果及分析
设计了一台额定输出功率60W的样机,输入电压为AC165V~265V,输出电压为DC 48V±5%。正激式变压器变比k=2:1,输入端电感L1=24m H,开关管选用MOSFET FQA8N80C,开关频率选择fs=40kHz;二极管D1~D4均选用快恢复二极管HFA15TB60,输出端滤波电感LO=2m H,输出端滤波电容Co选取33μF的电解电容,储能电容C为64μF,谐振电容Cr约为300PF,谐振电感Lr=70μH,箝位电容Cc选取0.67μF。
额定特性测试条件:输入电压AC220V,输出电压DC48V,负载为38Ω,输出电流为1.25A。实验波形采用Tekronix公司的TDS2014测量,并通过软件WaveStar捕获波形。主要实验实测波形(如图3(a)-(d)所示)。
输入电压变化时功率因数与效率测试条件:交流输入电压调整范围为165V~265V,调整步长为10V;输入电压有效值、输入电流有效值和功率因数均采用电能质量分析仪FLUKE 43B测量;输出电压采用FLUKE 17B;输出电流采用胜利4位半万用表测量;测试点为额定负载38Ω(用以替代4节标称电压为12V的阀控式密封铅酸蓄电池组);功率、效率均为计算值。输入电压变化下的功率、效率数据(如表1所示)。
图3(a)为Q1与Q2的驱动波形,有约700ns的死区时间,Q1的驱动信号占空比约为22%;图3(b)为主开关管Q1的DS、GS电压波形,可以看出,在主开关管关断之后,其DS两端的电压被成功的箝位,实现ZVS软开通和关断,因而能够有效地减小主功率管的电压应力。图3(c)可以看出样机的输入电流能够很好的跟踪输入电压的波形,基本上无相位差,没有出现电流脉冲状严重畸变;图3(d)可以看出样机的输出电压为48.1V,满足输出电压波动48V±1%范围的要求。表1为样机功率、效率测试结果,额定的功率因数为98.9%,效率为91.6%,实现UPS蓄电池充电器电路高输入功率因数和高变换效率。
4 结论
本文将PFC变换器和有源箝位DC/DC变换器结合在一起,设计了一种有源箝位高功率因数充电电路,分析了该电路的工作原理,给出了一个开关周期中4个工作阶段的波形图以及主要参数的设计过程。通过理论分析和样机实验数据验证,该电路可实现主开关管、辅开关管ZVS导通与关断。该充电电路采用恒压充电控制方式,在蓄电池充电的初始阶段,充电电流较大,当蓄电池电压达到一定值之后,电流会迅速减小,快充满时实现涓流充电。不仅能够实现高输入功率因数和高效率的双重技术目标,还具有结构简单、成本低等优点,可用作小功率单相UPS蓄电池恒压充电电路。
摘要：将Boost升压型PFC变换器和有源箝位正激式DC/DC变换器结合在一起,共用一个开关管和控制电路,提出了一种新型有源箝位软开关高功率因数充电电路,分析了该电路工作原理和主要参数设计。实验样机测试结果表明:该变换器能够实现主开关管、辅开关管的零电压导通,额定条件下功率因数达到0.98以上,效率达到91%以上,实现高输入功率因数和高变换效率,可用作小功率单相UPS蓄电池恒压充电电路。
关键词：高功率因数,软开关,正激式,充电电路
参考文献
[1]陈德锋,肖强晖,廖无限.一种BUCK型恒流源的输入特性研究[J].湖南工业大学学报,2009,23(6):49-51.
[2]朱永祥.有源箝位正激式单级功率因数校正变换器的仿真实现[J].湖南工业大学学报,2012,26(3):68-71.
[3]杨诗佳,钱照明,欧阳茜,等.改进型有源箝位正激电路的研究[J].电力电子技术,2008,42(5):29-31.
[4]刘青移,王大庆,贲洪奇.新型有源箝位ZVS单级PFC变换器[J].电力自动化设备,2011,31(2):62-67.
[5]刘克承,李斌.一种新颖的同步整流有源箝位正激变换器电路[J].电力电子技术,2011,45(4):30-32.
谈蓄电池的充电方法 篇5
1.恒压充电
恒压充电就是指在充电过程中, 充电电压恒定不变。蓄电池在汽车上由发电机对其充电就属于恒压充电, 其充电电压由充电系统的电压调节器控制。根据全车电系电压等级不同, 其电压调节器控制的发电机输出电压分别为14 V和28 V左右。
恒压充电法的优点, 充电电流大、充电速度快、时间短, 蓄电池充足电后便自动停止充电而不需人工调节。其缺点:电池不能彻底充足电, 所以汽车使用的蓄电池规定每个月要拆下蓄电池, 在充电间充电一次。
2.恒流充电
在充电过程中, 充电电流恒定不变的充电方式称为恒流充电。要想保持充电电流恒定, 随着蓄电池电动势的上升, 就必须调高充电电压。用充电机对蓄电池进行充电, 就属于恒流充电。
恒流充电可以分两个阶段来进行, 充电第一阶段用较大电流进行恒流充电, 当单格电池电压充到2.4 V时, 电解液中开始产生气泡, 将充电电流减少一半, 进入第二阶段恒流充电, 直到蓄电池完全充足电为止。
恒流充电法的优点是:充电电流可以任意选择, 有益于延长蓄电池的使用寿命。由于充电电流可以任选, 因此既适用于蓄电池的初充电, 又适用于补充充电和去硫充电。恒流充电法的缺点是:充电时间长, 且需经常调整充电电流。
蓄电池恒流充电分为初充电和补充充电两种:①初充电即对新蓄电池进行首次充电, 充电时首先加注密度为1.28 g/cm3的电解液, 静置4～6 h, 然后按第一阶段选定额定容量数值的1/15, 第二阶段为第一阶段的一半, 即额定容量数值的1/30, 作为充电电流, 将充电机和蓄电池的正极与正极、负极与负极相连, 接通充电机电源, 即可进行充电。初充电的充电时间约为45～65 h。②补充充电是指蓄电池在使用中因电量的不足而及时进行的补充充电。充电电流的选择是:第一阶段为蓄电池额定容量数值的1/10, 第二阶段是第一阶段的一半, 为额定容量数值的1/20, 补充充电时间约13～16 h。
这种充电方法的优点是充电电流小, 既可减小蓄电池活性物质脱落, 又能保证蓄电池彻底充足电, 因此被广泛采用, 其缺点是充电电流需要经常调节。
3.改进恒流充电
改进恒流充电法又称两阶段恒流充电法。在充电第一阶段, 用较大电流进行恒流充电, 当单格电池电压充到2.4 V左右, 电解液中开始产生气泡时, 将充电电流减小一半进入第二阶段恒流充电, 直到蓄电池完全充足电为止。在实际充电中, 大都采用改进恒流充电法。改进恒流充电法的优点是第二阶段充电电流较小, 既可减少活性物质脱落, 又能保证蓄电池彻底充足。所以充电时广泛采用此法。改进恒流充电法的缺点是:充电电流需要经常调节。
4.智能快速充电
因广泛采用的改进恒流充电法完成一次初充电需要60～70 h, 补充充电也需20 h左右, 充电时间太长, 给使用带来很大不便。若用加大充电电流的方法缩短充电时间, 会使极化增大和气泡增多, 造成活性物质脱落而缩短蓄电池的使用寿命。国内从开始研究快速充电机理和技术以来, 已研制生产出可控硅快速充电机和智能快速充电机, 使蓄电池的初充电缩短到5 h, 补充充电缩短到0.5～1.5 h。
智能快速充电的优点是:充电速度快, 空气污染轻, 省电节能, 便于管理, 对电池集中, 充电频繁的部门优越性尤为突出。智能快速充电的缺点是:控制电路复杂, 控制技术较高, 价格普遍高于普通充电。
5.脉冲快速充电法
充电初期采用大电流, 使电池在较短的时间内达到额定容量的60%左右, 当单格电压上升到2.4 V, 电解液开始分解冒出气泡时, 由于控制电路作用, 停止大电流充电, 进入到脉冲期。在脉冲期, 先停充24～40 ms, 接着再放电或反充, 使电池反向通过一个较大的脉冲电流, 以消除浓差极化和极板孔隙形成的气泡, 然后停放25 ms, 最后按脉冲期循环充电直到充足。
该充电方法显著的特点是充电速度快, 即充电时间大大缩短。补充充电仅需1 h左右。采用这种方法充电的缺点是由于充电速度快, 析出的气体总量虽减少, 但出气率高, 对极板活性物质的冲刷力强, 故使活性物质易脱落, 因而对极板的使用寿命有一定影响。下列为蓄电池不能进行快速脉冲充电:
蓄电池充电方法的研究 篇6
经过多年的考察发现, 电池充电过程对电池寿命影响很大, 放电的过程影响却很小。也就是说, 绝大多数的蓄电池不是用坏的, 而是“充坏”的。由此可见, 研究充电的过程对蓄电池的使用寿命很有意义。
1 蓄电池充电原理
充电过程以最低出气率为前提的, 蓄电池有可接受的充电曲线。实验表明, 如果充电电流按这条曲线变化, 既可以大大缩短充电时间, 对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线, 初始充电电流很大, 但是衰减很快, 主要原因是充电过程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电过程中, 内部产生氧气和氢气, 当氧气不能被及时吸收时, 便堆积在正极板 (正极板产生氧气) , 使电池内部阻力加大, 电池温度上升, 相当缩小了正极板的面积, 表现为内阻上升, 这就是所谓的极化现象。
蓄电池其放电及充电的化学反应式如下:
充电反应:充电就是电解。是从外部通入电流在电极极板的活性物质上引起氧化还原反应。
负极发生还原反应:PbSO4+2e→Pb+SO2-4…… (1)
正极发生氧化反应:PbSO4-2e+2H2O→PbO2+4H++SO2-4…… (2)
总反应:2PbSO5+2H2O→Pb+PbO2+2H2SO4…… (3)
在充电末期发生:
负极:2H++2e→H2↑…… (4)
正极:…… (5)
总反应:…… (6)
最后是负极上绒状铅最多硫酸铅最少;正极上二氧化铅最多, 硫酸铅最少。
由于 (2) 和 (6) 水消耗了, 反应 (1) 和 (2) 又生成了硫酸, 所以铅蓄电池中电解液比重上升, 必要时要加水调整电解液比重。
放电反应:
负极发生氧化反应:Pb+SO2-4-2e→PbSO4…… (7)
正极发生还原反应:PbO2+6H++SO2-4+2e→PbSO4+2H2O…… (8)
总反应:PbO2+Pb+2H2SO4→2PbSO5+2H2O…… (9)
由于 (7) 和 (8) 硫酸消耗了, 由 (8) 又生成了水, 所以铅蓄电池中电解液比重下降。
充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程, 为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电, 必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动势。但是, 实践表明, 蓄电池充电时, 外加电压必须增大到一定数值才行, 而这个数值又因为电极材料, 溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。从化学反应角度看, 这种电动势超过热力学平衡值的现象也就是上述的极化现象。
一般产生极化现象来自3个方面。
1) 外加电源的正负极形成的电场使得正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力, 称为欧姆内阻。为了克服这个内阻, 外加电压就必须额外施加一定的电压, 以克服这种阻力推动离子迁移。该多余的能量以热的方式转化给环境, 出现所谓的欧姆极化。随着充电电流急剧加大, 欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。
2) 极化电流流过蓄电池时, 为保持正常的反应, 最理想的情况是电极表面的反应物能及时得到补充, 生成物能及时离去。实际上, 生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度, 从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说, 从电极表面到中部溶液, 电解液浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。
3) 电化学极化是由于电极上进行的电化学反应的速度, 落后于电极上电子运动的速度造成的。例如:电池的负极充电前, 电极表面带有一定数量的负电荷, 其附近溶液带有正电荷, 两者处于平衡状态。充电时, 外电路立即有电子释加给负极板。电极表面负电荷增多, 而金属还原过程反应进行缓慢Me-eMe+, 不能及时释放电极表面电子的增多, 电极所带负电荷与附近溶液正电荷状态平衡发生变化。这种电极负电荷增多的状态促进电子进入到金属, 使附近溶液中的金属离子Me+离开溶液, 加速Me-eMe+还原反应的进行。总有一个时刻, 达到新的动态平衡。但与充电前相比, 电极表面所带负电荷数目增多了, 与此对应的电极电势变负。也就是电化学极化电压变高, 从而严重阻碍了正常的充电电流。同理, 电池正极充电时, 电极表面所带正电荷数目增多, 电极电势变正。
这3种极化是从不同的角度来观察蓄电池充电过程的现象, 都会随着充电电流的增大而加剧。
2 充电方法的研究
2.1 常规充电法
常规充电制度是依据“安培小时规则”:充电电流安培数, 不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上, 常规充电的速度受蓄电池充电中的温度和气体的产生所限。这方面的研究对蓄电池用最短时间充电的有着重要意义。
一般常规充电有以下3种。
2.1.1 恒流充电法
恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法, 保持充电电流强度不变的充电方法, 这种控制方法简单。缺点是, 由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的, 到充电后期, 充电电流多用于电解水, 产生气体, 使出气过多, 不仅充电效率低, 需要经常对蓄电池维护———加蒸馏水。因此, 常选用阶段充电法。
2.1.2 阶段充电法 (二阶段充电法和三阶段充电法)
1) 二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法。首先, 以恒电流充电至预定的电压值, 然后, 改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。
2) 三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电, 中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时, 由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少, 但可作为一种快速充电方法使用, 实际受到一定的限制。
2.1.3 恒压充电法
充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值, 随着蓄电池端电压的逐渐升高, 电流逐渐减少。与恒流充电法相比, 其充电过程更接近于最佳充电曲线。由于充电初期蓄电池电动势较低, 充电电流很大, 随着充电的进行, 电流将逐渐减少, 因此, 控制系统简单。这种充电方法电解水很少, 避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大, 对蓄电池寿命造成很大影响, 且容易使蓄电池极板弯曲, 造成电池报废。鉴于这种缺点, 恒压充电很少使用, 只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如, 汽车运行过程中, 蓄电池就是以恒压充电法充电的。
2.2 快速充电技术
为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度, 缩短蓄电池达到满充状态的时间, 同时, 保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少或轻, 提高蓄电池使用效率。快速充电技术近年来得到了迅速发展。下面介绍目前比较流行的几种快速充电方法。这些方法都是围绕着最佳充电曲线进行设计的, 目的就是使其充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线。
2.2.1 脉冲式充电法
这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率, 而且能够提高蓄电池充电接受率, 从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制, 这也是蓄电池充电理论的新发展。脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电, 然后让电池停充一段时间, 如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量, 而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉, 使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除, 从而减轻了蓄电池的内压, 使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行, 使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间, 减少了析气量, 提高了蓄电池的充电电流接受率。
2.2.2 ReflexTM快速充电法
这种技术是美国的一项专利技术, 它主要面对的充电对象是镍镉电池。由于它采用了新型的充电方法, 解决了镍镉电池的记忆效应, 因此, 大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同, 但它们之间可以相互借鉴。
ReflexTM充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲, 反向瞬间放电脉冲, 停充维持3个阶段。
2.2.3 变电流间歇充电法
这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上。其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法, 保证加大充电电流, 获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电段, 获得过充电量, 将电池恢复至完全充电态。通过间歇停充, 使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉, 使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除, 从而减轻了蓄电池的内压, 使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行, 使蓄电池可以吸收更多的电量。
2.2.4 变电压间歇充电法
在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法。与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流, 而是间歇恒压。
可以看出, 更加符合最佳充电的充电曲线。在每个恒电压充电阶段, 由于是恒压充电, 充电电流自然按照指数规律下降, 符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。
2.2.5 变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法
综合脉冲充电法、ReflexTM快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点, 变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。脉冲充电法充电电路的控制一般有两种:
1) 脉冲电流的幅值可变, 而PWM (驱动充放电开关管) 信号的频率是固定的;2) 脉冲电流幅值固定不变, PWM信号的频率可调。
再就是采用的一种不同于这两者的控制模式, 脉冲电流幅值和PWM信号的频率均固定, PWM占空比可调, 在此基础上加入间歇停充阶段, 能够在较短的时间内充进更多的电量, 提高蓄电池的充电接受能力。
摘要：铝酸蓄电池从发明至今已有一百五十一年的历史了, 其优点有限多, 极大限度地满足方便了人们的生活, 但是在使用中, 若充电方法不当, 会大大缩短其寿命, 那么如何正确充电延长电池寿命是我们丞待解决的问题。
电动车蓄电池充电保护器 篇7
笔者试验制作了“电动车蓄电池充电保护器”。它既可以防止欠充电和过充电, 还可以在充电器十小时不转换变灯的情况下自动断电, 防止出现严重的错误。而且还可以用石英钟自动记下充电的时间, 由此掌握蓄电池容量变化的情况, 并判断是否出现了充电器不转换变绿灯的问题, 以便决定要不要送维修点处理。
电路原理如图1所示, 按下AN按钮电路得电, 一开始CD4060的Q10和Q13均为0V, CD4011的U2C和U2D与非门输出为高电平, 故Q2三极管8050导通, J吸合并自保持, 充电器开始充电。555产生周期为8.789秒的脉冲作为计时基准加到CD4060计数。充电时, 从充电器红灯取出的约1.8V电压经插头加到三极管Q1基极使其导通, CD4011的U2A输出为高电平, U2B输出为低电平。所以如果一直亮红灯, 即使计数512个脉冲后Q10变高电平, 也不会使继电器J断开, 只有计数4096个脉冲 (10小时) Q13变高电平U2C输出0V, 才使Q2截止继电器J断电停止充电, 电路本身也停止工作。如果充电一段时间后红灯变绿灯了, Q1基极上的电压小于导通所需电压故截止, 其输出变高电平, U2A输出变低电平, U2B输出变高电平。与此同时, U2B的上升沿经过电容C3加到CD4060的RST复位端, 使它从零开始计数。计数到512个脉冲 (1小时15分) Q10变高电平, U2D输出变0V, Q2截止J断电, 充电停止电路也停止工作。这就起到了防欠充防过充和超过十小时不变绿灯自动断电的作用, 所以可称为充电保护器。
LED1亮表示充电器红灯电压已经正常取出接入, LED2几秒亮一次表示555工作正常, 调试时用来观察脉冲周期, LED3亮表示继电器吸合处于充电状态, 而且从它上面取出约1.8V电压可以作为石英钟的电源 (取下1.5V电池) , 使它能够记下充电所用的时间。调试的时候, 先将U2D的12脚临时接到CD4060的7脚Q4上, 不接人充电器红灯电压, 看LED2亮9次 (8个周期) 时继电器能否正常断开, 如果出现“啪塔”一声响但是并未断开, 就要在CD4060的12脚对地接上0.01μ左右电容, 消除继电器断开时电磁干扰在12脚上产生的错误复位脉冲, 错误复位会使三极管Q2在断开后, 因为Q10和Q13变为0V而立即导通, 继电器又吸合了。所并的电容也不能太大, 否则会影响正常复位的效果, 不能保证亮绿灯时是从零开始计数的。C3不能有漏电, 可以用1μ独石电容, 或玻璃釉电容。
调RP1使555的8个震荡周期大约为70秒即可, 调好后再把CD4011与非门U2D的12脚接到CD4060的15脚Q10处就成功了。
变电站蓄电池浮充电运行研究 篇8
蓄电池充电通常有2种方式:均衡充电和浮充充电。蓄电池浮充是指蓄电池一边在充电, 一边对负载供电。蓄电池的浮充分为半浮充和全浮充两种, 半浮充方式也称为定期浮充工作方式, 是指部分时间对蓄电池进行浮充供电, 另一部分时间由蓄电池组单独供电的工作方式;全浮充工作方式也叫连续浮充工作方式, 是指通过电源线路和蓄电池组并联, 不间断对蓄电池进行浮充供电。通常情况下变电站蓄电池采用全浮充方式。
2 阀控密封式蓄电池简介
2.1 阀控密封式蓄电池原理
阀控密封式蓄电池是变电站直流系统中应用最广泛的蓄电池, 其优点是体积小、放电性能好、电压稳定、安全性高、维护量小、无需添加蒸馏水。
阀控密封式蓄电池主要由安全阀、极板、隔板、外壳4大部分组成, 其工作原理基本上沿袭传统的铅酸蓄电池, 它的正极活性物质是二氧化铅 (PbO2) , 负极活性物质是海绵状铅 (Pb) , 电解液是稀硫酸 (H2SO4) 。整个电池采用全密封、贫液式结构和阴极吸附式原理。所谓阴极吸收就是电池在充电过程中, 正极会析出氧气, 负极则析出氢气, 但正极析氧在正极充电量达到70%时就开始, 而负极析氢则要在充电量达到90%时才开始, 当正极析出的氧气到达负极, 会有以下2种化学反应:2Pb+O2=2PbO, 2PbO+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。这2种化学反应能够让阴极吸收, 同时由于氧在负极上具有还原的作用, 再加上负极自身氢过电位的提升, 大量析氢反应就能避免, 同时使水再生。
2.2 阀控密封式蓄电池特点
与普通的防酸隔爆式蓄电池相比, 阀控蓄电池具有以下几点特征: (1) 固定的电解液。能促进氧气从正极到负极的扩散。 (2) 阀控蓄电池内部为密封结构, 同时具有自动开关的安全阀。蓄电池内部压力增加到一定程度时, 安全阀会自动打开排气;当气压降低到规定限度以下时, 安全阀会自动关闭。 (3) 阀控蓄电池的板栅材料耐用。其正极板是由高纯度的铅锑合金材料合成, 负极板是由高纯度的铅钙合金作为支点支撑, 此结构形式能够大大减小电腐蚀的力度。 (4) 坚硬的外壳。由于工作方式阀控蓄电池要承受自身运行时产生的内部气压, 因此, 外壳采用高强度耐压防爆材料。 (5) 阀控蓄电池不需要加水或者补酸。阀控蓄电池的密封结构和内部的氧循环机制使得电解液损失极少, 因此在使用期间不需要加水或者补酸。 (6) 阀控蓄电池体积小、所需空间小, 便于安装。 (7) 阀控蓄电池运行期间, 酸雾和可燃气体逸出少, 对环境污染小。 (8) 环境温度对阀控蓄电池的运行影响较大, 因此需要一个适宜的温度。
3 影响变电站阀控蓄电池运行的因素与解决措施
影响变电站阀控蓄电池正常运行的因素很多, 其中, 有些因素不但会影响蓄电池的使用寿命, 而且还会让蓄电池在运行中出现容量不足甚至失效的现象。
3.1 环境温度
阀控式密封蓄电池在运行中受环境温度的影响很大, 最适宜的温度是25℃, 其容量可达到100 Ah。温度越高, 对阀控式密封蓄电池正极板栅的腐蚀就越大, 电池板栅就越容易穿孔而毁坏, 活性物质也随之减弱甚至脱落, 同时消耗更多的水, 从而大大缩短电池的寿命。相关资料显示, 环境温度每升高10℃, 阀控式密封蓄电池浮充电流就会成倍变化, 在相同的充电电流下, 温度越高, 阀控式密封蓄电池的浮充电压就越低。而环境温度低时, 也会导致阀控式密封蓄电池容量下降, 通常环境温度降低1℃, 其容量下降1%。
要保证阀控式密封蓄电池的可靠运行, 就必须保障环境温度。因此, 应将阀控式密封蓄电池安装在良好的工作环境中, 尽可能创造恒温下的使用环境, 同时还要保证良好的通风和散热条件。具体来说, 安放蓄电池的地点应有空调设备, 蓄电池摆放要留有适当的间距, 通常各电池之间的横向间隙不小于15 mm, 上、下层隔板间不小于150 mm。如果条件容许, 应根据温度补偿阀控式密封蓄电池的浮充电压, 通常每升高1℃, 相应的浮充电压值要下调2～4 m V, 也可根据实际温度的变化情况合理调整蓄电池的放电电流。
3.2 过度充电
阀控式密封蓄电池如果长时间充电或长期处于过充电状态, 其正极因为析氧反应的原因, 内部的水就会逐步被消耗, H+增强, 造成正极附近酸度增加, 从而加速板栅腐蚀。板栅变薄后会导致蓄电池容量减小, 甚至由于水被消耗会造成阀控式密封蓄电池干涸进而失效。
为消除过度充电对变电站阀控蓄电池的影响, 应提高阀控蓄电池的充电机稳压、限流精度, 尽量选用高质量的开关电源作为阀控蓄电池的充电设施。
3.3 过度放电
阀控蓄电池出现过度放电现象, 通常是在变电站发生交流电源故障停电后。阀控蓄电池为负载供电, 当蓄电池被过度放电, 甚至出现电压到0的状况时, 会在电池的阴极造成“硫酸盐化”。因硫酸铅是一种绝缘体, 它的形成对蓄电池的充、放电性能会产生很大的负面影响。在阴极上形成的硫酸盐越多, 蓄电池的内阻就越大, 电池的充、放电性能就越差, 蓄电池的使用寿命就越短。因此, 在变电站交流系统因故障停电后, 运行人员要对阀控蓄电池的电压与电流不断进行监控, 预防阀控蓄电池出现过度放电现象。
3.4 小电流放电
阀控蓄电池处于大电流放电情况下, 硫酸铅颗粒形成的速度相对较慢, 通常来不及生成就会被氧化还原。而在小电流放电情况下, 一些较大的硫酸铅晶体很难被还原, 不能被还原的硫酸铅晶体越积越多, 就会加大阀控蓄电池的内阻, 从而影响电池的充、放电性能。因此, 要精确计算出阀控蓄电池在放电电流下的容量。同时, 为了防止小电流放电现象的发生, 阀控蓄电池不能长时间退出系统运行。
3.5 不均衡性充放电
串联使用的阀控蓄电池组, 其电池的不均衡比较常见。尤其是新使用的蓄电池, 在进行初充电后仍然存在单体电压差异。大量资料表明, 阀控蓄电池内部的板栅中, 不同部位的合金成分与结构分布各不相同, 这就造成了板栅电化学性能的不均衡性。因此, 阀控蓄电池在浮充状态或充、放电状态时会出现电压差异, 这种差异会随着阀控蓄电池充、放电次数不断增加而使电池性能越来越差, 甚至失效。当前, 我国容许阀控蓄电池组中各电池之间最大浮充电压差异在50 m V以内。对此, 通常采取的措施是以浮充电压下限值进行浮充供电, 或者在蓄电池运行的某个周期用均衡方式对电池进行补充充电。
3.6 热失控现象
热失控是指随着周围的温度环境不断升高, 阀控蓄电池会出现不正常的热发生现象, 使其充电电流不断加大, 当到达一定极限时, 阀控蓄电池的安全阀门会自动打开, 不断释放气体。时间一长, 阀控蓄电池会大量失水, 其内阻也不断增加, 容量不断减小, 最后导致阀控蓄电池干涸而失效。有资料表明, 阀控蓄电池如果在60℃的高温环境下运行, 热失控发生的概率就很高;如果在70℃的高温环境下运行, 热失控可能在短时间内发生。
因此, 必须对阀控蓄电池的热失控现象予以高度重视。避免阀控蓄电池发生热失控的最好方法是不让温度发生重大变化, 为此, 除了使用带有温度补偿的充电设备和保持室内环境恒温以外, 最好安装阀控蓄电池温度装置, 通过测量的温度来自动改变充电电压或充电电流, 以防热失控现象的发生。
3.7 长期浮充电
变电站的阀控蓄电池是浮充运行, 满荷电状态是其主要工作方式, 这种方式会让阀控蓄电池长时间处于浮充电状态, 只是充电而极少放电。这容易导致阀控蓄电池内部的阳极极板出现钝化现象, 使蓄电池内阻增大, 容量下降, 严重影响阀控蓄电池的正常运行。消除变电站阀控蓄电池长期浮充电弊端的最好方法是, 定期进行核对性充放电, 以此来了解蓄电池的实际容量。核对性充放电能使阀控蓄电池的内部极板发生活化反应, 激活活性物质, 从而使蓄电池组容量恢复, 以保持正常运行。
4 结语
总之, 影响阀控蓄电池正常运行的因素很多, 我们只有充分了解阀控蓄电池运行特征和影响因素后, 才能在生产实践中对其进行有效管理与维护, 才能更好地保障变电站直流系统安全、稳定运行。
参考文献
[1]蒋喆, 陈书平, 陈湘宁, 等.阀控铅酸蓄电池中纳米胶体电解液技术进展[J].化工新型材料, 2004 (11)
UPS系统中蓄电池充电的研究 篇9
配套的蓄电池是UPS系统不可或缺的构成要件, 对于整个系统的可靠性而言, 其良好的性能具有决定性的作用。同时, 由于蓄电池在整个系统成本中所占比例较高、事故率也较高。对配套蓄电池的性能、种类加以优化和完善, 是当前亟待解决的重要课题之一。
1 UPS配套蓄电池简介
1.1 UPS配套蓄电池的分类及原理
能够在短时间内输出较大电流, 是UPS系统对配套蓄电池提出的要求, 现阶段, 防酸隔爆蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池, 是国内常用的两种UPS蓄电池, 而后者的普及度较高。
(1) 防酸隔爆式铅酸蓄电池。早期的UPS系统主要应用这种蓄电池, 如果得到较为科学的维护, 其使用年限将得以延长。在充电过程中, 硫酸逐渐自正负极板的硫酸铅中被释放出来, 电解液硫酸浓度及比重也随之提高。
(2) 阀控式密封铅酸蓄电池。在UPS系统电源中, 得益于维修难度小、良好的密封性、较小的体积等特点, 阀控式密封铅酸蓄电池得到了普遍应用。借助下述两种手段, VRLA能够对电池中电解液的流动加以遏止:其一, 借助超细玻璃纤维棉, 不饱和地吸附电解液;其二, 在电池中注入二氧化硅胶体和硫酸电解液, 在工作时, 阀控式密封铅酸蓄电池的阳极、阴极分别表现为:形成了氧气、还没有产生海绵状铅, 这意味着还处于充电状态, 因此没有形成氢气。
1.2 UPS配套蓄电池的性能指标
(1) 在20 小时率条件下测量所得的标称容量;
(2) 禁止蓄电池继续放电时的放电终止电压, 一般被定义为1.75/ 单格;
(3) 蓄电池的输出电流, 即放电电流, 其表示除安培外, 也可为蓄电池的容量和某系数之积;
(4) 放电至终止的时间、电流等的表示——放电功率, 一般表示为电流;
(5) 在储存满时, 电池可提供能量的最大值, 即为容量, 可为放电时间乘以放电电流。
2 UPS配套蓄电池的选型
就UPS系统的运行来说, 无论蓄电池的容量低于还是高于标准, 都无好处, 其中, 前一种情况难以使负载不间断供电需要得到保证, 此外, 蓄电池使用年限也会因大电流的充放电而减少;而后一种情况容易造成成本的提高, 以及蓄电池小电流深放电的情况, 甚至会彻底地损坏蓄电池。所以, 要想有效降低UPS系统成本, 并实现持续供电, 就要采用合适型号的蓄电池。
(1) 蓄电池放电时间。以后备时间为依据, 可将UPS系统划分为下述两种:其一, 不含电池, 能够适用外接蓄电池, 不具备具体数量要求, 能够在停电时间较长时保证供电需要, 通常满载配置能够超过数小时;其二, 含有蓄电池, 在断电后能够提供短时间供电。
在UPS系统中, 市电供电类别, 是配套蓄电池后备时间的决定性因素。每种蓄电池都有自己的后备时间:一、二、三、四类市电供电的UPS系统的配置, 分别为0.5h-1h、1h-2h、2h-8h、8h-10h。然而, 处于对各方面因素如系统安装空间、蓄电池成本的考虑, 应将后备时间控制在2h以下。为对UPS系统供电保障性加以保障, 如果某一地区的供电能力不足, 供电方式宜采用发电机组结合UPS系统。
(2) 电池容量计算。了解UPS配套蓄电池的容量算法, 有助于对蓄电池型号加以确定。在某种负载下, 结合电池容量= 负载容量*放电时间 (h) / (机器装换功率* 电池放电功率* 机器终止电压) 这一公式, 能够对UPS蓄电池容量进行计算。
3 UPS配套蓄电池的充电模式
恒压限流充电:从本质上看, 这种充电手段融合了恒流充电及恒压充电, 开始充电时蓄电池电压不足, 为对电池加以保护, 选择恒流充电法对充电电流加以控制;在实现特定电压时, 启动恒压充电。作为充电方式的一种, 恒压限流效果十分显著, 如引入温度补偿、过充判断等, 即可构建能够更好地保证蓄电池工作性能的充电管理系统。
恒流充电:这种充电手段较为简便, 然而存在明显不足, 即充电电流过大容易导致蓄电池使用年限的减少及温度的提高, 反之则会导致充电时间的延长。
Reflex充电:作为升级版的脉冲充电法, 这种充电手段每个周期都为正脉冲和负脉冲的组合, 空闲时段紧随其后。
脉冲充电:充电时, 若充电电流保持在蓄电池能承受的电流范围内, 蓄电池内部出现的气泡量就会较低。极化现象的发生, 会对蓄电池的充电造成阻碍, 同时提升出气率和温度。所以, 对于充电速度来说, 最关键的制约因素是极化电压。在给电池充电时, 选择周期性的脉动电流, 能够帮助电池更好地恢复原状, 对极化现象的制约作用加以弱化, 促进快速充电的实现。然而, 当下该充电方式的发展依旧处于起步期, 人们尚未在各种具体问题如占空比的大小、脉冲周期的大小等上达成统一意见。
4 结论
对于整个系统的可靠性、稳定性而言, UPS系统配套蓄电池的质量具有决定性作用, 所以, 无论对于成本的控制, 还是对于UPS电源的使用年限和持续供电性能而言, 全面探讨UPS配套蓄电池选型和充电模式, 都具有至关重要的意义。当前时代, 网络化、电气化已成为大势所趋, 在世界范围内, 备用电源都得到了推广, 在选型配置上的匹配, 及分析其放电机制, 是在蓄电池配套方面, 常办公和家用UPS系统未来的热点之一。
参考文献
[1]吴敏, 王梦阳, 田李燕等.铅酸蓄电池板栅设计与制造特点的比较[J].蓄电池, 2007, 03 (03) :138-141.