1 引言
本文根據(jù)我們多年從事直流系統(tǒng)開(kāi)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(chēng)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?，F(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(huà),。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(kāi)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(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(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(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。
其三,，我們知道現(xiàn)在小容量高頻開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)是很容易的,，對(duì)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(duì)比一下在方案一中以現(xiàn)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(tǒng)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(dá)5600W,，大的輸出容量自然對(duì)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(tǒng)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(jié)
可以看出在方案二中單模塊容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于方案一中的單模塊容量，所以實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常容易,，對(duì)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(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)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(tǒng)的電壓會(huì)降低一些（在允許范圍內(nèi)）,，將不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,，因此本系統(tǒng)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(tǒng)成本的問(wèn)題進(jìn)行一些探討,。
在方案中二模塊的數(shù)量將增加很多，但是由于其容量小,，其對(duì)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(cè)部分,，不需要單獨(dú)加裝蓄電池檢測(cè)裝置，其成本將會(huì)進(jìn)一步下降,。
5 結(jié)語(yǔ)
為了解決問(wèn)題我提出了對(duì)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。