一種閥控式鉛酸蓄電池充放電模塊的應(yīng)用研究

劉惠 羅文杰

摘 ?要：在當(dāng)前的直流系統(tǒng)中，閥控式鉛酸蓄電池作為后備電源被廣泛的使用，究其原因是因?yàn)殚y控式鉛酸蓄電池穩(wěn)定性好、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便，因其很少維護(hù)也被廠(chǎng)家叫做閥控式免維護(hù)鉛酸蓄電池。但其實(shí)廠(chǎng)商所說(shuō)的免維護(hù)僅僅是蓄電池不需人為加酸加水維護(hù)。目前蓄電池主要的維護(hù)手段除了日常的外觀(guān)檢查、衛(wèi)生清理外，最為重要的為定期的核容性充放電，此方法在一定層度上可以減緩浮充電壓不均的問(wèn)題，延長(zhǎng)蓄電池使用年限，但需要人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行放電回路連接，充放電完畢后再投入直流系統(tǒng)中，比較浪費(fèi)人力、物力。文章則主要研究一種閥控式鉛酸蓄電池充放電模塊，該模塊同時(shí)具備常規(guī)的監(jiān)測(cè)能力，可檢測(cè)蓄電池電壓、溫度、內(nèi)阻等參數(shù)，研究模塊在蓄電池運(yùn)行維護(hù)方面具備的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng);閥控式鉛酸蓄電池;充放電模塊

1 蓄電池充放電種類(lèi)

1.1 核對(duì)性充放電

閥控式密閉鉛酸蓄電池在其投運(yùn)時(shí)，以及投運(yùn)后每隔2年都要進(jìn)行核對(duì)性充放電試驗(yàn)，在電池運(yùn)行6年后，每隔1年便要進(jìn)行一次核對(duì)性充放電試驗(yàn)。核對(duì)性充放電的主要是將處于浮充狀態(tài)的蓄電池組現(xiàn)以0.1C的電流進(jìn)行放電，放電完成后再對(duì)蓄電池組以不大于0.25C的電流充電（一般取值0.1C），充電過(guò)程為先恒流再恒壓。此試驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：（1）監(jiān)測(cè)整組蓄電池的容量能否達(dá)到要求;（2）發(fā)現(xiàn)性能差異較大的蓄電池，將其脫離蓄電池組后進(jìn)行單獨(dú)的充放電。

1.2 運(yùn)行中的浮充、均充

蓄電池組在正常的運(yùn)行中大多數(shù)時(shí)間處于浮充狀態(tài)，根據(jù)蓄電池廠(chǎng)商的不同，浮充電壓也不僅相同，大多為2.20-2.27V，此時(shí)的蓄電池在理論上處于電量充足狀態(tài)，一旦交流斷電，蓄電池組可以以最優(yōu)狀態(tài)投入直流系統(tǒng)中。為使蓄電池組中各節(jié)蓄電池能達(dá)到均勻一致的充電，會(huì)對(duì)電池進(jìn)行均充，一般單體的均充電壓為2.30-2.35V，均充為恒壓充電。一般的均浮充的設(shè)置為：蓄電池組平時(shí)運(yùn)行在浮充狀態(tài)，每隔一定的時(shí)間進(jìn)入均充，但均充的時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，均充結(jié)束后再次進(jìn)入浮充。

2 充放電模塊在蓄電池上的應(yīng)用

2.1 整組蓄電池充放電的弊端

由于蓄電池的串聯(lián)的特性，對(duì)運(yùn)行中的電池組在現(xiàn)階段基本全部采用整組充放電。這種方法雖然能在測(cè)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)容量不足的電池但仍需在充電結(jié)束后將其脫離蓄電池組進(jìn)行單體蓄電池的充放電維護(hù);有時(shí)在蓄電池正常運(yùn)行的階段會(huì)發(fā)現(xiàn)一些電壓明顯低于浮充電壓的電池，對(duì)于低電壓的蓄電池一般為容量不足或者性能下降，對(duì)于此類(lèi)電池也是將其脫離蓄電池組后進(jìn)行單體充放電，根據(jù)充放電結(jié)果判斷電壓低的原因，進(jìn)一步確認(rèn)能否繼續(xù)使用。該種方法需要將某些節(jié)電池脫離蓄電池組，在脫離和重新投運(yùn)的過(guò)程中蓄電池組處于離線(xiàn)狀態(tài)，如變電站只有一組蓄電池則會(huì)導(dǎo)致直流系統(tǒng)無(wú)后備電源，大大降低了其安全性，且需要工作人員在現(xiàn)場(chǎng)工作以便及時(shí)將脫離的電池再次投入電池組。該過(guò)程既存在風(fēng)險(xiǎn)又浪費(fèi)了大量的人力、物力。

2.2 充放電模塊的研究

2.2.1 充放電模塊需解決的問(wèn)題

為消除蓄電池脫離蓄電池組產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，唯一的解決方案便是實(shí)現(xiàn)蓄電池組中單節(jié)蓄電池的在線(xiàn)充放電，為電池組中的每節(jié)蓄電池并聯(lián)一個(gè)模塊，該模塊可實(shí)現(xiàn)蓄電池的放電和充電，常規(guī)的監(jiān)測(cè)如：電壓、溫度、內(nèi)阻。就目前的技術(shù)水平來(lái)言常規(guī)的監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，需解決的問(wèn)題的主要是在一個(gè)較小的模塊中實(shí)現(xiàn)單體的充放電。

2.2.2 充放電模塊設(shè)計(jì)思想

充放電模塊并聯(lián)在每一節(jié)蓄電池的兩端，所有模塊通過(guò)通訊線(xiàn)與智能化信息平臺(tái)組成一整套系統(tǒng)后，通過(guò)智能化信息平臺(tái)進(jìn)行操作。該系統(tǒng)的重點(diǎn)是模塊充放電功能電路的設(shè)計(jì)。

（1）放電部分：由模塊中實(shí)現(xiàn)，通過(guò)信息平臺(tái)操作可使模塊按核對(duì)性放電的值進(jìn)行恒流放電。

（2）充電部分：出于模塊大小和成本來(lái)考慮，每個(gè)模塊擁有自主的充電回路不可行也不現(xiàn)實(shí)，想實(shí)現(xiàn)充電仍需使用直流系統(tǒng)中的整流模塊對(duì)單節(jié)電池進(jìn)行充電，此時(shí)為避免其余蓄電池因整流模塊的充電電流導(dǎo)致電壓升高的問(wèn)題，并聯(lián)在其兩端的模塊會(huì)以整流模塊的相同的電流進(jìn)行放電，抵消掉整流模塊的充電電流，實(shí)現(xiàn)單節(jié)蓄電池的在線(xiàn)充電，具體原理圖如圖1所示，同時(shí)為了避免因電流誤差導(dǎo)致非充電電池電壓降低或升高，每節(jié)模塊會(huì)實(shí)時(shí)根據(jù)蓄電池兩端的電壓變化對(duì)電流進(jìn)行調(diào)整。

2.2.3 充放電模塊的具體工作事例

本項(xiàng)目研究的充放電模塊可以和智能化信息一體平臺(tái)配合實(shí)現(xiàn)單體蓄電池在線(xiàn)核容功能，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)單體蓄電池進(jìn)行在線(xiàn)活化的功能。

2.2.4 充放電模塊的意義

（1）提高直流系統(tǒng)的可靠性：充放電模塊實(shí)現(xiàn)了單節(jié)電池核容的在線(xiàn)測(cè)試，無(wú)需再將蓄電池組退出運(yùn)行，徹底消除了蓄電池組在脫離直流系統(tǒng)后交流停電產(chǎn)生直流掉電事故的隱患。

（2）自動(dòng)化操作，安全方便：充放電模塊完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作，工作人員甚至可以在辦公室通過(guò)遠(yuǎn)程操作進(jìn)行控制，免除了工作人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行接線(xiàn)操作，既方便又安全，核容完成后可直接從數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出核容報(bào)表，分析核容情況。

（3）提高工作效率：由于可以遠(yuǎn)程控制充放電模塊對(duì)蓄電池進(jìn)行單節(jié)核容，工作人員可以做到在不到現(xiàn)場(chǎng)的情況下對(duì)多座變電站的多組蓄電池進(jìn)行同時(shí)單體核容，大大的提高了工作效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章主要研究了充放電模塊在閥控式鉛酸蓄電池上的應(yīng)用，相比常規(guī)的整組核容，該模塊在安全性、可靠性、效率等方面有著突出的優(yōu)勢(shì)，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，解放了大量的人力、物力。

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