電池充電方式和充電整流器介紹
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-02 22:40
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電池充電方式和充電整流器
核心提示:電池是一種電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，然后化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的直流電源，也是一種可以反復(fù)充電和使用的電池。特別是在UPS，電池是
電池是一種將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的直流電電源，也是一種可以反復(fù)充電和使用的電池。特別是在UPS中，電池是電池的重要組成部分，沒有電池會失去UPS的意義。在電力電子系統(tǒng)中，蓄電池有著廣泛的應(yīng)用，本文著重介紹了閥控式鉛酸蓄電池、蓄電池充電和整流充電。
類型的電池
目前，電池主要有三種類型:閥控式鉛酸電池、鎘鎳電池和耐酸防爆電池。其技術(shù)性能比較見表1。
2. 電池充電方式"
(1)電池的充電特性
在每一種電池中，充電可分為三種類型(在下面的描述中，電池電壓總是以2V閥控鉛酸電池的單個(gè)電壓為例):
1)浮充電
浮動充電是指電池在負(fù)載的同時(shí)提供電能，進(jìn)行補(bǔ)充充電。浮動充電電壓要求具有較高的穩(wěn)定性。當(dāng)單電壓為2V時(shí)，每個(gè)電池的浮動充電電壓應(yīng)根據(jù)電池制造商所在國的標(biāo)準(zhǔn)選擇:
——根據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)“YD/ t799-2002交流閥控密封鉛酸蓄電池”，浮充壓力為2.20 ~ 2.27v (TA=25℃);
——根據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)“YD/ t1360-2005通訊閥密封膠體電池”，浮充壓力為2.23 ~ 2.27v (TA=25℃);
——國外廠商關(guān)于閥控密封鉛酸蓄電池浮動充電壓力的規(guī)定:
日本松下:2.25 ~ 2.30V;
美國圣徒:2.23 ~ 2.27V;
美國GNB: 2.25 V。
德國哈根:2.27±0.02 v;
英國的根源:2.27 v。
浮動充電電壓的選擇不能太高，也不能太低。浮充壓力過高，電池容易發(fā)生熱失控、失水、均勻性差。浮充壓力過低，會造成電池充電時(shí)間延長、充電不足、加重板硫酸鹽等不良后果。
(2)均衡充電
對于浮式充電電池，每2 ~ 3個(gè)月進(jìn)行一次平衡充電電池。當(dāng)均衡充電時(shí)，電壓必須保持恒定。充電電壓應(yīng)升至2.26 ~ 2.40v，并保持?jǐn)?shù)小時(shí)。電解液應(yīng)隨時(shí)攪拌。
(3)補(bǔ)充電能
對于某些蓄電池(如機(jī)車蓄電池)，在使用一段時(shí)間后需要補(bǔ)充蓄電池。此時(shí)，如果按照規(guī)定的浮動充電壓力進(jìn)行充電，則需要較長的充電時(shí)間。為了縮短充電時(shí)間，電池在較短的時(shí)間內(nèi)以略高于規(guī)定的浮動充電壓力快速充電，然后以浮動充電壓力正常充電。
(2)電池充電整流器充電方式
整流器充電方式有穩(wěn)流、穩(wěn)壓等方式，一般采用的是穩(wěn)流/穩(wěn)壓充電方式和充放電/快速充電方式。
(1)恒流定壓充電模式
這是給電池充電最常見的方法之一。一般情況下，首先要按照穩(wěn)定的電流充電方式充電，當(dāng)電池產(chǎn)生氣體時(shí)，再進(jìn)入穩(wěn)定的充電方式。恒流/恒壓充電模式對充電功率的要求如下:
——電池放電后，可將電源電壓調(diào)整為浮動充電電壓和平衡充電電壓;
——輸出電壓電流特性具有下垂特性，能夠限制過流;
——要求一定的電壓穩(wěn)定精度。例如，浮動充電時(shí)，輸出電壓的穩(wěn)定性應(yīng)優(yōu)于±1.5%。
這種充電方式可采用橋式晶閘管整流或高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源。
(2)電池充電整流器充電方式
整流器充電方式有穩(wěn)流、穩(wěn)壓等方式，一般采用的是穩(wěn)流/穩(wěn)壓充電方式和充放電/快速充電方式。
(1)恒流定壓充電模式
這是給電池充電最常見的方法之一。一般情況下，首先要按照穩(wěn)定的電流充電方式充電，當(dāng)電池產(chǎn)生氣體時(shí)，再進(jìn)入穩(wěn)定的充電方式。恒流/恒壓充電模式對充電功率的要求如下:
——電池放電后，可將電源電壓調(diào)整為浮動充電電壓和平衡充電電壓;
——輸出電壓電流特性具有下垂特性，能夠限制過流;
——要求一定的電壓穩(wěn)定精度。例如，浮動充電時(shí)，輸出電壓的穩(wěn)定性應(yīng)優(yōu)于±1.5%。
這種充電方式可采用橋式晶閘管整流或高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源。
(2)充放電/快速充電
對于第一次使用或需要做安時(shí)容量的電池，需要先將電池釋放，然后再進(jìn)行浮動充電。這種充放電可采用橋式逆變晶閘管整流。當(dāng)電池放電時(shí)，整流器處于逆變狀態(tài)，將電池釋放的電能輸入電網(wǎng)。當(dāng)電池充電時(shí)，整流器處于整流狀態(tài)。
快速充電的方法是利用可控器件的開關(guān)效應(yīng)。在電池充電過程中，為了消除充電過程中的極化效應(yīng)，提高充電能力，在較短的時(shí)間內(nèi)完成充電，電池會在間隙內(nèi)以較大的電流短時(shí)放電。橋式逆變晶閘管整流可實(shí)現(xiàn)電池快速充電。
橋式逆變晶閘管整流器，用于電池的充放電
根據(jù)電池充放電方式的要求，電池充放電的整流器應(yīng)具備逆變器放電和恒流/恒壓充電功能。圖1為電池充放電用三相全橋可逆可控硅整流原理圖。
當(dāng)用于電池放電時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)S1閉合，S2同時(shí)斷開(S1和S2聯(lián)動)。同時(shí)，觸發(fā)器輸出的晶閘管VT1 ~ VT6的觸發(fā)脈沖相位位于大于90°的范圍內(nèi)，整流器處于逆變狀態(tài)，電池向電網(wǎng)放電并提供電能。
當(dāng)用于電池充電時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)S2閉合，S1斷開，整流器處于整流狀態(tài)。調(diào)整給定的調(diào)節(jié)器RP和開關(guān)S0，使整流器用于浮動充電、補(bǔ)充充電或均衡充電。
在圖中，D7是一個(gè)連續(xù)二極管，它為電感L提供了一個(gè)連續(xù)電路，以防止電路被切斷時(shí)電壓超調(diào)。L是平滑濾波電抗器。由于電池是一種反向電位負(fù)載，加上電抗器L，負(fù)載電流可以保持連續(xù);RV是壓敏電阻，用于吸收直流電路中產(chǎn)生的電壓超調(diào)。Rf是電壓反饋的采樣電阻。
用于電池充放電的高頻逆變電源
該高頻逆變器具有效率高、動態(tài)特性好、體積小、具有雙向功率傳輸功能，可代替晶閘管整流器對電池進(jìn)行充放電。
在高頻逆變電源中，為了減少體積和重量，往往不需要輸入工頻變壓器。因此，通過Buck Buck逆變電路的工頻整流直流輸出電壓可作為小容量電池的充放電電源。例如，在小容量UPS中，電池組的額定電壓一般在120V左右，浮動充電電壓一般小于140V。因此，無隔離輸入變壓器的單相交流降壓逆變器可以滿足小容量電池充放電的要求。但對于大容量電池，充電電壓要求為幾百伏特，充電電流可達(dá)幾十安培，降壓逆變電路不能滿足要求。如果使用高頻逆變器對大容量電池進(jìn)行充放電，則必須選擇升壓逆變電路。為了獲得較大的充電電流，避免三相不平衡供電，應(yīng)采用三相橋式逆變電路。
