充電機對蓄電池運行的影響及分析

梁玉平

摘要：充電機與蓄電池具有共存性，充電機為蓄電池提供能源，輸出滿足蓄電池性能的充電參數。蓄電池把電能轉化為化學能，應急時供給負載使用。充電機優劣對蓄電池是有影響的。

關鍵詞：充電機；蓄電池；電能；化學能

中圖分類號：TM91

文獻標識碼：A 文章編號：2095-6487 （2018） 01-0063-02

寶鋼各生產線上蓄電池有逾萬節，配套充電機有近700套，這些設備主要分布在鋼鐵冶煉、軋制、廢鋼回收、化工等的變配電室、行車、柴油發電機等設備上，電壓等級以110V、220V為主。隨著電子技術的快速發展，現在充電機的性能比寶鋼l、2期時有了很大提高，管理方式更趨合理，但充電機與蓄電池在性能匹配上仍有改進的空間。

1 電壓穩定性對蓄電池的影響

衡量電源質量常用到的指標有電壓、頻率及電源可靠性，這里僅探討電壓的穩定性對蓄電池的影響，因為企業自身生產設備也影響電壓的穩定性。

1.1 電壓波動的形成和對蓄電池的影響

電壓波動是發電設備引起的波動，或是電網負載變化引起的波動，屬于交流波動。另外是直流電壓的波動。由于鋼鐵企業的電弧爐、軋機等負載的劇烈變化，是造成內電網波動的主要誘因[1]。

電壓波動是指1 s時間內電壓幅值的變化，以交流電壓均方根的兩個極值Umax（峰值）和Umin（谷值）之差與額定電壓Un的百分值表示（以△V表示），即：

寶鋼這樣特大型鋼鐵企業，生產屬一類負荷。對以上的沖擊性負載能夠通過電源的分路供電、穩壓等方式消除電壓波動影響。

1.2充電機輸出的高次諧波對蓄電池的影響和消除

1.2.1 諧波的存在和濾除

當電網電壓波形發生非正弦畸變時，在示波器上可以觀察到電壓基波上出現高次諧波，如圖1。諧波源于發電機磁極磁場的非正弦發電設備外，還有鋼鐵企業的大功率變壓器鐵芯磁化曲線的非線性及電弧爐、軋機等非線性負載，都能夠產生諧波。低通濾波器濾除諧波的效果圖如見圖1所示。

1.2.2諧波的理論分析

以寶鋼某6脈沖充三相全控橋式充電機電路（圖2）為例[2]。當忽略可控硅整流電路換相過程和電流脈動，假定交流側電抗為零，直流電感L為無窮大，延遲觸發角a為零，則交流側電流傅里葉級數展開為：

1.2.3諧波量值及其對蓄電池的影響

以上計算為理想狀態，忽略了很多因數，如換相過程、交流側電抗等。因此實測值與計算值有一定出入。

從表1對比可得，理論上6脈整流器諧波含量最大為5次諧波，實測與理論一致。這些諧波造成蓄電池發熱、電解液水分蒸發加快、極板裸露、蓄電池容量下降、系統能耗增大、絕緣老化加快，干擾直流裝置的正常運行等。

這些諧波應通過對濾波器的科學設計，如采用多級濾波裝置進行濾波等。

2 充電機性能差對蓄電池運行的影響及改進建議

2.1 諧波濾波效果不理想對蓄電池運行的影響

考慮到濾波效果和設備成本影響，充電機濾波大都采用電感濾波。因為在大電流的情況下，由于負載電阻很小，若采用電容濾波電路，則大電容量勢必對整流元件的沖擊電流很大，常用帶鐵芯的電感器濾波。如圖2所示。

2.2 充電機充電參數改變對蓄電池的影響及改進措施

（1）充電電壓過高，會使蓄電池電解液的水分分解加速，氫氣、氧氣溢出，造成電解液液面下降，極板上部裸露，容量下降，提前失效。閥控式蓄電池對充電機穩壓、限流精度要求較高。

（2）充電電壓太低使蓄電池處于欠充狀態，致蓄電池極板硫化，內阻增加。內阻增加的負面影響：充電時溫升快，蓄電池內壓增加、殼體鼓脹變形：充電時電解液密度增加慢，單格電壓升高快，甚至高達2.8～3.O v：放電時端電壓下降快，充電時端電壓上升快；蓄電池放電電流、放電持續時間達不到要求。

鑒于以上原因，需要設備管理人員定時加強巡檢、維修，適時合理調整充電參數[3]。

2.3充電機功能設計不科學對蓄電池的影響

蓄電池一般長期工作在浮充狀態，很少人為定期放電。因此，一些充電機制造廠為迎合全自動充電要求，省去了手動開關。這不符合生產實際，因為充電機是電子產品，它的工作點隨溫度、老化程度等會發生飄移，設備管理人員在驗證設備狀態時，首先用到的必是手動功能。所以，一定要有手動轉換開關。

3 充電機選型注意事項

3.1穩壓、穩流性能好

高頻開關模塊充電機、絕緣柵雙極晶體管IGBT充電機性能要優于磁放大器充電機、晶閘管半控橋充電機。新定制充電機到貨要嚴格檢查驗收，確保各項參數不低于國家標準[4]。

3.2溫度補償能力要好

溫度與蓄電池放電容量存在以下關系：一般環境溫度每升高10℃，蓄電池壽命縮短1/2。實際使用中，有的充電機還充當控制電源的作用，比如常用的110 V直流操作電源。因此，充電機質量優劣也關乎生產的安全性。

4 蓄電池提前報廢的主要原因

大電流放電如果超出蓄電池的放電倍數限制，會使極板彎曲，極柱或集流排連接薄弱處熔斷，造成蓄電池徹底損壞；當選用截面積較小的連接電纜承受不了過大的放電電流而首先燃燒時，熱能在封閉柜子里聚集，會加快蓄電池殼體等可燃物的加速燃燒，從而引起更大的火災損失。蓄電池大電流充電時，電解液中的水分加速分解，生成的氧氣、氫氣使蓄電池外殼迅速膨脹，甚至爆裂。如厚板部預堆垛機電氣室曾發生整組蓄電池熔損案例，此案例主要是蓄電池本身質量問題造成的。

5 長期浮充的影響

蓄電池一般長期工作在浮充狀態而不定期均充的話，會造成極板鈍化，活性物質由于得不到及時活化，會使硫酸鉛逐漸形成枝狀晶體，晶體變大后難以被再分解，造成蓄電池內阻增大，同時，這些晶體在極板表面上聚集會影響深層活性物質參與化學反應，進一步降低蓄電池的實際容量，縮短蓄電池的壽命。一般需要2～3個月進行一次均充充電，以激活活性物質。

寶鋼充電機、蓄電池設備的管理在兼顧二者匹配的同時，實施分工協作，即專業單位做專業的項目。如充電機納入生產單元的日常點檢管理，給蓄電池提供科學的充電方式；蓄電池設備委托給專業維護單位，實施定期點檢、檢測，確保設備的良好狀態，對委托方負責，并根據蓄電池狀態提出技改建議，并在互相交流中保證設備良好狀態。

參考文獻

[1] 電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程.DL/T 7242000.

[2] 段萬普.蓄電池的使用與維護[M].北京：電子工業出版社，2011.

[3] 靖大為.城市供電技術[M].北京：中國電力出版社，2011.

[4] 維修技術標準：蓄電池和直流屏電源通用設備技術規程（電氣篇），BGFG-S-DQ，2015