充电机对蓄电池运行的影响及分析

梁玉平

摘要：充电机与蓄电池具有共存性，充电机为蓄电池提供能源，输出满足蓄电池性能的充电参数。蓄电池把电能转化为化学能，应急时供给负载使用。充电机优劣对蓄电池是有影响的。

关键词：充电机；蓄电池；电能；化学能

中图分类号：TM91

文献标识码：A 文章编号：2095-6487 （2018） 01-0063-02

宝钢各生产线上蓄电池有逾万节，配套充电机有近700套，这些设备主要分布在钢铁冶炼、轧制、废钢回收、化工等的变配电室、行车、柴油发电机等设备上，电压等级以110V、220V为主。随着电子技术的快速发展，现在充电机的性能比宝钢l、2期时有了很大提高，管理方式更趋合理，但充电机与蓄电池在性能匹配上仍有改进的空间。

1 电压稳定性对蓄电池的影响

衡量电源质量常用到的指标有电压、频率及电源可靠性，这里仅探讨电压的稳定性對蓄电池的影响，因为企业自身生产设备也影响电压的稳定性。

1.1 电压波动的形成和对蓄电池的影响

电压波动是发电设备引起的波动，或是电网负载变化引起的波动，属于交流波动。另外是直流电压的波动。由于钢铁企业的电弧炉、轧机等负载的剧烈变化，是造成内电网波动的主要诱因[1]。

电压波动是指1 s时间内电压幅值的变化，以交流电压均方根的两个极值Umax（峰值）和Umin（谷值）之差与额定电压Un的百分值表示（以△V表示），即：

宝钢这样特大型钢铁企业，生产属一类负荷。对以上的冲击性负载能够通过电源的分路供电、稳压等方式消除电压波动影响。

1.2充电机输出的高次谐波对蓄电池的影响和消除

1.2.1 谐波的存在和滤除

当电网电压波形发生非正弦畸变时，在示波器上可以观察到电压基波上出现高次谐波，如图1。谐波源于发电机磁极磁场的非正弦发电设备外，还有钢铁企业的大功率变压器铁芯磁化曲线的非线性及电弧炉、轧机等非线性负载，都能够产生谐波。低通滤波器滤除谐波的效果图如见图1所示。

1.2.2谐波的理论分析

以宝钢某6脉冲充三相全控桥式充电机电路（图2）为例[2]。当忽略可控硅整流电路换相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感L为无穷大，延迟触发角a为零，则交流侧电流傅里叶级数展开为：

1.2.3谐波量值及其对蓄电池的影响

以上计算为理想状态，忽略了很多因数，如换相过程、交流侧电抗等。因此实测值与计算值有一定出入。

从表1对比可得，理论上6脉整流器谐波含量最大为5次谐波，实测与理论一致。这些谐波造成蓄电池发热、电解液水分蒸发加快、极板裸露、蓄电池容量下降、系统能耗增大、绝缘老化加快，干扰直流装置的正常运行等。

这些谐波应通过对滤波器的科学设计，如采用多级滤波装置进行滤波等。

2 充电机性能差对蓄电池运行的影响及改进建议

2.1 谐波滤波效果不理想对蓄电池运行的影响

考虑到滤波效果和设备成本影响，充电机滤波大都采用电感滤波。因为在大电流的情况下，由于负载电阻很小，若采用电容滤波电路，则大电容量势必对整流元件的冲击电流很大，常用带铁芯的电感器滤波。如图2所示。

2.2 充电机充电参数改变对蓄电池的影响及改进措施

（1）充电电压过高，会使蓄电池电解液的水分分解加速，氢气、氧气溢出，造成电解液液面下降，极板上部裸露，容量下降，提前失效。阀控式蓄电池对充电机稳压、限流精度要求较高。

（2）充电电压太低使蓄电池处于欠充状态，致蓄电池极板硫化，内阻增加。内阻增加的负面影响：充电时温升快，蓄电池内压增加、壳体鼓胀变形：充电时电解液密度增加慢，单格电压升高快，甚至高达2.8～3.O v：放电时端电压下降快，充电时端电压上升快；蓄电池放电电流、放电持续时间达不到要求。

鉴于以上原因，需要设备管理人员定时加强巡检、维修，适时合理调整充电参数[3]。

2.3充电机功能设计不科学对蓄电池的影响

蓄电池一般长期工作在浮充状态，很少人为定期放电。因此，一些充电机制造厂为迎合全自动充电要求，省去了手动开关。这不符合生产实际，因为充电机是电子产品，它的工作点随温度、老化程度等会发生飘移，设备管理人员在验证设备状态时，首先用到的必是手动功能。所以，一定要有手动转换开关。

3 充电机选型注意事项

3.1稳压、稳流性能好

高频开关模块充电机、绝缘栅双极晶体管IGBT充电机性能要优于磁放大器充电机、晶闸管半控桥充电机。新定制充电机到货要严格检查验收，确保各项参数不低于国家标准[4]。

3.2温度补偿能力要好

温度与蓄电池放电容量存在以下关系：一般环境温度每升高10℃，蓄电池寿命缩短1/2。实际使用中，有的充电机还充当控制电源的作用，比如常用的110 V直流操作电源。因此，充电机质量优劣也关乎生产的安全性。

4 蓄电池提前报废的主要原因

大电流放电如果超出蓄电池的放电倍数限制，会使极板弯曲，极柱或集流排连接薄弱处熔断，造成蓄电池彻底损坏；当选用截面积较小的连接电缆承受不了过大的放电电流而首先燃烧时，热能在封闭柜子里聚集，会加快蓄电池壳体等可燃物的加速燃烧，从而引起更大的火灾损失。蓄电池大电流充电时，电解液中的水分加速分解，生成的氧气、氢气使蓄电池外壳迅速膨胀，甚至爆裂。如厚板部预堆垛机电气室曾发生整组蓄电池熔损案例，此案例主要是蓄电池本身质量问题造成的。

5 长期浮充的影响

蓄电池一般长期工作在浮充状态而不定期均充的话，会造成极板钝化，活性物质由于得不到及时活化，会使硫酸铅逐渐形成枝状晶体，晶体变大后难以被再分解，造成蓄电池内阻增大，同时，这些晶体在极板表面上聚集会影响深层活性物质参与化学反应，进一步降低蓄电池的实际容量，缩短蓄电池的寿命。一般需要2～3个月进行一次均充充电，以激活活性物质。

宝钢充电机、蓄电池设备的管理在兼顾二者匹配的同时，实施分工协作，即专业单位做专业的项目。如充电机纳入生产单元的日常点检管理，给蓄电池提供科学的充电方式；蓄电池设备委托给专业维护单位，实施定期点检、检测，确保设备的良好状态，对委托方负责，并根据蓄电池状态提出技改建议，并在互相交流中保证设备良好状态。

参考文献

[1] 电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程.DL/T 7242000.

[2] 段万普.蓄电池的使用与维护[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3] 靖大为.城市供电技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

[4] 维修技术标准：蓄电池和直流屏电源通用设备技术规程（电气篇），BGFG-S-DQ，2015