關(guān)于法國(guó)時(shí)高SAPHIR蓄電池組充電的思考
本文根據(jù)我們多年從事直流系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，試圖對(duì)后備蓄電池組的充電方式進(jìn)行一些探討，，希望能起到拋磚引玉的作用，研究出一種更加合理的蓄電池組充電方法。
2 現(xiàn)今SAPHIR蓄電池組充電方式存在的缺陷
在現(xiàn)今大部分后備電源（直流系統(tǒng)，ups等）中能量的存儲(chǔ)都是用蓄電池組來(lái)實(shí)現(xiàn)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(dǎo)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(jī)對(duì)整組串聯(lián)蓄電池充電。
充電機(jī)以恒壓限流方式永遠(yuǎn)與電池組并聯(lián)在一起，理論上當(dāng)電池組容量損失后，充電機(jī)將自動(dòng)補(bǔ)充，但在實(shí)際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)這種系統(tǒng)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，即便是同一批出廠的蓄電池其特性也偏差較大（在國(guó)產(chǎn)電池中表現(xiàn)的尤為突出），因此在運(yùn)行中將其作為一個(gè)整體一起充放電
，無(wú)法根據(jù)單電池運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行充放電，勢(shì)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(yùn)行時(shí)普遍達(dá)不到標(biāo)稱壽命的重要原因之一。
其二，在此種運(yùn)行方式中檢測(cè)單體蓄電池的電壓、內(nèi)阻是比較困難的。現(xiàn)在普遍采用的是單獨(dú)加裝蓄電池檢測(cè)裝置，但蓄電池檢測(cè)裝置又不能很好的和充電機(jī)配合。從以上兩點(diǎn)我們可以看出在此系統(tǒng)中按蓄電池狀態(tài)（電壓、內(nèi)阻、剩余容量、溫度等參數(shù)）及充電曲線對(duì)蓄電池進(jìn)行管理只不過(guò)是一句空話。另外單獨(dú)加裝蓄電池檢測(cè)裝置也勢(shì)必造成成本的上升。
其三，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，高頻開關(guān)電源以其體積小，重量輕，效率高，噪聲小的優(yōu)勢(shì)大有取代傳統(tǒng)晶閘管整流電源的趨勢(shì)，但是采用如方案一中的充電方式，因?yàn)槌潆姍C(jī)需要提供較高的充電電壓和較大的輸出容量，對(duì)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(jié)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(yùn)行方式，但模塊數(shù)量和復(fù)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(yī)頭，腳痛醫(yī)腳。
其四，請(qǐng)大家注意由于鎘鎳蓄電池存在記憶效應(yīng)，它并不適于此種運(yùn)行方式。但因?yàn)殒k鎳蓄電池的高倍率放電能力，為了追求低成本我們?cè)跒閿?shù)不少的此種系統(tǒng)中采用了鎘鎳蓄電池，這是錯(cuò)誤的。因此鎘鎳蓄電池不適用于浮充電方式運(yùn)行，我們也就不過(guò)多討論了。
3 關(guān)于SAPHIR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，稱不上嚴(yán)密，僅僅是一種思路。其原理如下：
大家可以看到在此系統(tǒng)中蓄電池的充電和檢測(cè)是以每節(jié)為單位進(jìn)行的，所有充電及電池檢測(cè)模塊都含有處理單元，自行處理充電及檢測(cè)過(guò)程。所有模塊均由監(jiān)控單元通過(guò)通訊總線根據(jù)電池運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)統(tǒng)一協(xié)調(diào)進(jìn)行。正常運(yùn)行時(shí)每組充電模塊串聯(lián)形成一個(gè)整體電源為負(fù)荷供電，并且對(duì)每個(gè)蓄電池進(jìn)行浮充電，當(dāng)交流電源停電時(shí)蓄電池將為負(fù)荷提供電源。所有充電模塊及電池采用熱插拔可抽出式結(jié)構(gòu)，對(duì)模塊及蓄電池的更換和檢修將不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行。在本系統(tǒng)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(tǒng)中單節(jié)蓄電池的充電是獨(dú)立進(jìn)行的，在每個(gè)充電模塊完全可以結(jié)合每節(jié)蓄電池的運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)科學(xué)的對(duì)每解蓄電池進(jìn)行充放電，避免了因蓄電池參數(shù)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(tǒng)中，每節(jié)蓄電池的檢測(cè)和充電處于同一模塊中，有機(jī)的結(jié)合在一起。一方面電池檢測(cè)部分可以通過(guò)控制充電部分輕易實(shí)現(xiàn)電池電壓、內(nèi)阻的檢測(cè)。另一方面充電部分又可以根據(jù)檢測(cè)單元測(cè)得參數(shù)（包括單電池內(nèi)阻、電壓、溫度、PH值）對(duì)電池進(jìn)行合理的充電。真正實(shí)現(xiàn)了按蓄電池充電曲線結(jié)合其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理的思路。
