摘 要：在介绍蓄电池维护要求的基础上，分析了恒流放电系统的工作原理和监控单元的功能，并设计了主电路和恒流控制电路。系统智能化程度高，能满足不同容量蓄电池的恒流放电要求。
关键词：蓄电池；恒流放电系统；电路
Battery Intelligent Constant-current Discharge System
YUE De-kun
(Chengdu Electromechanical College, Chengdu 610031，China)
Abstract: On the basis of the introduction to maintenance of battery, this paper analyses the principle of constant-current discharge system and the function of supervisory control unit, and also designs the main circuit and constant-current control circuit. The advanced intelligent system can satisfy the constant-current discharge of different capacity batteries.
Keywords: Battery; Constant-current discharge system; Circuit
一、引言
随着我国电力工业的发展,电网设备现代化建设要求也随之提高。直流设备运行状态是否可靠，直接关系到整个电网的安全运行工作。特别是电力系统内无人值守变电所的增加，以及为适应电力设备状态检修的需要,对直流设备的可靠性运行提出了更高的要求。发电厂、变电所的直流系统运行是否安全可靠,关键在于直流设备的可靠性与先进性，更为关键还在于保证日常运行中的蓄电池是否有足够的容量(即能满足在事故状态下的放电容量)，那么定期对蓄电池进行核对性容量放电鉴定是保证、检验蓄电池经常满容量的重要一环。
任何蓄电池在半年至1年内必须进行至少一次充、放电,而且要求充、放电必须近似恒流,否则容易导致蓄电池报废。为延长蓄电池使用寿命,使用恒流放电器成了蓄电池维护的当务之急。
二、蓄电池的特点及维护要求
阀控密封铅酸蓄电池（VRLA）以其密封、维护少、自放电小、性能稳定等特点,被广泛应用于电力工业和邮电通信,然而由于电池本身的设计、生产工艺及使用维护等原因,电池早期失效现象常有发生,尤其是国产免维护电池,有的只能使用2～3年,远远短于预期寿命,严重影响系统的安全运行。阀控密封铅酸蓄电池是一个复杂的电化学体系,电池的性能和寿命取决于制备电极的材料、制造工艺、活性物质的组成和结构及电池运行状态和条件等。用户通常认为免维护电池是不需要维护的,而实际上阀控电池在维护上应该加强而不是免维护,原因有两个方面:①由于过充电产生的气体不可能完全被再化合,从而引起电池内部压力增加,当增加到一定的压力时,安全阀门打开,氢气和氧气逸出,同时带出酸雾,消耗了有限的电解液,导致电池容量下降或早期失效。为了避免产生多余的气体,阀控电池对充电机稳压、限流精度提出了较高的要求,而现有的充电机做得还不够。②阀控电池在使用中对温度有一定的要求。据国外资料介绍,当高于25℃时,每升高6～9℃电池寿命缩短一半。浮充电压,也应该根据温度进行补偿。由此可见,要保证直流系统长期安全地运行,就迫切需要一种切实有效的电池容量检测装置。而国内外至今尚无能准确、简便、快速地检测免维护蓄电池实际容量的方法,许多检测方法只是间接测量,如测端电压、测电池内阻。虽然这类方法比较简便迅速,但实际使用过程中却发现该类仪表不能真实反映电池容量。国内外公认的能了解蓄电池真实容量的方法就是实放电,以放电电流和放电时间来计算容量。
根据中华人民共和国原水电部(1962)水电技字第21号有关条文规定:为保证发电厂与变电所按浮充电运行蓄电池的使用容量与寿命,必须定期进行核对性容量鉴定放电工作,其中规定:新安装或大修后的蓄电池组,第1年每6个月进行1次,运行1年以后的蓄电池组每年进行1次核对性放电,在只有1组蓄电池的发电厂与变电所在进行放电时,只允许放出其额定容量的50%～60%。放电终期电压(单只电池的端电压)不得低于制造厂的规定值。
三、恒流放电的原理
随着放电时间的增加,蓄电池的电压开始下降,这样就引起了电流的下降,要想保证电流恒定,必须调整负载,因此,我们结合主控对象为变换器输入电流的特点，采用如图1基于BUCK变换器结构的主回路。在电路中因电阻端无需稳压,去掉了BUCK变换器电阻端的电容,而将电容C放到了前级。在这里L0和D起到续流和保护开关管的作用,C在开关闭合时工作在放电方式,在开关断开时工作在充电方式,同时C和L0结合使电池电流稳定。
该电路拓扑有其独到之处,可保证电池的放电过程平缓、受控、放电电流恒定。由于采用高频斩波降压,电池泻放能量92%以上由外挂固定电阻板转换成热能,故降压回路与监控回路可集成一体化,增加装置的可靠性,且便于携带。
系统控制电路如图2所示。蓄电池电流由电流传感器检测，输入到图中IF端。U2-A、U2-B及R9、R10、R11、R12、R13、R14、C3构成三角波发生器，U1-A、U1-B、U3-A及R3、R4、R5、R6、R7、R8、R15、R25构成调节电路，使UC=K1IG+ K2(IG-IF)，U3-B及R16、R17、R18构成比较器，将UC与三角波信号比较产生PWM波形,如图3所示。由OUT端输出，经功率放大后可驱动开关管，控制放电电流的大小。
当IG=IF时，即放电电流与给定值相等，UC=IG，PWM波形为给定脉宽，保持电流恒定；
当IG>IF时，即放电电流小于给定值，IG-IF>0，UC>IG，PWM波形增大脉宽，使放电电流增加；
当IG
由手动调节或监控单元（如单片机）给出设定值,调整ＰＷＭ波形以合适的脉宽比驱动开关管,使电流始终保持与给定值恒定。
四、 放电系统的监控功能
由于是智能化设计,整个放电过程不需要人工干预，监控部分能对放电过程的启停与电流进行实时控制、记录与打印,能对每节电池进行检测与分析,发现异常可报警。监控部分具有以下功能：
（1) 在放电接近末期时,掌握好电池的剩余容量,如发生电池过放电情况时(数值可任意设定)自动停止放电,不会发生过放电情况；
（2) 放电装置对待放蓄电池组的单只电池电压进行检测,以便在放电过程中随时地监测单只电池的情况,及时发现故障；
（3) 绘制电池组放电曲线,以便随时观察电池组放电的工作情况；
（4) 对放电过程、放电历史记录进行存储、打印报表,并分析蓄电池的容量和使用状况。
监控单元的测量结果可真实、直观地反映蓄电池组的性能参数，便于电池的日常维护，保证系统可靠地工作，其原理框图如图4所示。
五、结论
本文设计的蓄电池恒流放电系统成本低、控制简单、易于实现，放电过程不需人工干预，智能化程度高。放电电流可根据不同容量的电池要求进行设定，电流恒定无波动，满足蓄电池日常维护的要求，使用方便、可靠。
