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(shù)。蓄電池把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，應(yīng)急時供給負(fù)載使用。充電機優(yōu)劣對蓄電池是有影響的。

關(guān)鍵詞：充電機；蓄電池；電能；化學(xué)能

中圖分類號：TM91

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

寶鋼各生產(chǎn)線上蓄電池有逾萬節(jié)，配套充電機有近700套，這些設(shè)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(fā)電機等設(shè)備上，電壓等級以110V、220V為主。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)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(wěn)定性對蓄電池的影響

衡量電源質(zhì)量常用到的指標(biāo)有電壓、頻率及電源可靠性，這里僅探討電壓的穩(wěn)定性對蓄電池的影響，因為企業(yè)自身生產(chǎn)設(shè)備也影響電壓的穩(wěn)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(fā)電設(shè)備引起的波動，或是電網(wǎng)負(fù)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(yè)的電弧爐、軋機等負(fù)載的劇烈變化，是造成內(nèi)電網(wǎng)波動的主要誘因[1]。

電壓波動是指1 s時間內(nèi)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(yè)，生產(chǎn)屬一類負(fù)荷。對以上的沖擊性負(fù)載能夠通過電源的分路供電、穩(wěn)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(dāng)電網(wǎng)電壓波形發(fā)生非正弦畸變時，在示波器上可以觀察到電壓基波上出現(xiàn)高次諧波，如圖1。諧波源于發(fā)電機磁極磁場的非正弦發(fā)電設(shè)備外，還有鋼鐵企業(yè)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(fù)載，都能夠產(chǎn)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(dāng)忽略可控硅整流電路換相過程和電流脈動，假定交流側(cè)電抗為零，直流電感L為無窮大，延遲觸發(fā)角a為零，則交流側(cè)電流傅里葉級數(shù)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(tài)，忽略了很多因數(shù)，如換相過程、交流側(cè)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(fā)熱、電解液水分蒸發(fā)加快、極板裸露、蓄電池容量下降、系統(tǒng)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(yīng)通過對濾波器的科學(xué)設(shè)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(shè)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(fù)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(shù)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(wěn)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(tài)，致蓄電池極板硫化，內(nèi)阻增加。內(nèi)阻增加的負(fù)面影響：充電時溫升快，蓄電池內(nèi)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(xù)時間達不到要求。

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

2.3充電機功能設(shè)計不科學(xué)對蓄電池的影響

蓄電池一般長期工作在浮充狀態(tài)，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(guān)。這不符合生產(chǎn)實際，因為充電機是電子產(chǎn)品，它的工作點隨溫度、老化程度等會發(fā)生飄移，設(shè)備管理人員在驗證設(shè)備狀態(tài)時，首先用到的必是手動功能。所以，一定要有手動轉(zhuǎn)換開關(guān)。

3 充電機選型注意事項

3.1穩(wěn)壓、穩(wěn)流性能好

高頻開關(guān)模塊充電機、絕緣柵雙極晶體管IGBT充電機性能要優(yōu)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(yán)格檢查驗收，確保各項參數(shù)不低于國家標(biāo)準(zhǔn)[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(guān)系：一般環(huán)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(dāng)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(zhì)量優(yōu)劣也關(guān)乎生產(chǎn)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(shù)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(dāng)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(zāi)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(yù)堆垛機電氣室曾發(fā)生整組蓄電池熔損案例，此案例主要是蓄電池本身質(zhì)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(tài)而不定期均充的話，會造成極板鈍化，活性物質(zhì)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(nèi)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(zhì)參與化學(xué)反應(yīng)，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(zhì)。

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

參考文獻

[1] 電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程.DL/T 7242000.

[2] 段萬普.蓄電池的使用與維護[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3] 靖大為.城市供電技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2011.

[4] 維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：蓄電池和直流屏電源通用設(shè)備技術(shù)規(guī)程（電氣篇），BGFG-S-DQ，2015