發(fā)電廠和變電站中，為控制、信號(hào)、保護(hù)和自動(dòng)裝置以及某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電的直流電源系統(tǒng)，通常稱為直流控制電源。由蓄電池組、充電裝置及直流屏等設(shè)備構(gòu)成的直流控制電源廣泛應(yīng)用于各種類型的發(fā)電廠和變電站中，是一種在正常和各種事故情況下都要保證可靠供電的電源系統(tǒng)，是保證在電力事故狀態(tài)下各種保護(hù)和自動(dòng)化裝置可靠工作和動(dòng)作的“Zui后一道保安電源”。

對(duì)于220kv及以下電壓等級(jí)的變電站，一般裝設(shè)由一組蓄電池組構(gòu)成的直流操作電源；但從2002年開始，國(guó)家電力公司要求220kv的變電站全部裝設(shè)兩組蓄電池組。這一變化表明，隨著大機(jī)組、超高壓工程的發(fā)展，業(yè)內(nèi)更加關(guān)注直流操作電源的可靠性，并不惜為此提高工程造價(jià)，加大電池組的容量和增加電池組的數(shù)量。即便這樣，因直流操作電源問題造成的事故停電或停機(jī)損失仍時(shí)有發(fā)生，這就促使我們?nèi)ニ伎寄壳爸绷鞑僮麟娫吹娜毕菁捌涓倪M(jìn)。

1.目前電力直流操作電源存在的缺陷

目前廣泛使用的直流控制電源都以原電力工業(yè)部于1995年組織設(shè)計(jì)的gzdw型直流控制電源為原型,只是近二年有少量產(chǎn)品增加了蓄電池端電壓巡檢裝置，該機(jī)型曾為我國(guó)提高電網(wǎng)直流電源系統(tǒng)的自動(dòng)化程度做出了重大貢獻(xiàn),但在15年的使用實(shí)踐中,業(yè)內(nèi)也逐漸發(fā)現(xiàn)了它的不足,下面我們對(duì)照原理圖來分析它的缺陷：

1.1充電方式不合理，蓄電池組內(nèi)各單體蓄電池充電不均衡，造成蓄電池過早失效：

從圖一中可以看到，整流模塊是對(duì)整組蓄電池以浮充方式串聯(lián)充電的。大家知道，串聯(lián)充電時(shí)，流過每只單體蓄電池的電流都是相同的，而蓄電池由于制造工藝、檢驗(yàn)手段和裝卸運(yùn)輸諸多因素的影響，整批電池離散性是普遍存在的，每塊電池的端電壓、內(nèi)阻及自放電電流均存在一定的差異,每只單體蓄電池的原始容量不可能做到完全相同，即便是同一批出廠的蓄電池其容量偏差也較大，因此在運(yùn)行中將其作為一個(gè)整體用統(tǒng)一的電流長(zhǎng)期浮充，勢(shì)必造成原始容量較小的蓄電池長(zhǎng)期過充電，原始容量較大的蓄電池長(zhǎng)期欠充電。當(dāng)閥控式密封鉛酸蓄電池過充時(shí)，電池的隔板、極板等由于電解氧化而遭到破壞，造成電池板柵腐蝕加速，活性物質(zhì)松動(dòng)，而使容量失效。長(zhǎng)期過充還會(huì)導(dǎo)致熱失控，熱失控的直接后果是蓄電池的外殼鼓包、漏氣，Zui后失效。當(dāng)閥控式密封鉛酸蓄電池欠充時(shí)，負(fù)極上的化學(xué)反應(yīng)：pbso4+2e= pb+so4和正極上的化學(xué)反應(yīng)：pbso4+2h2o =pbo2+4h++so4-+2e都不充分，在電池的正負(fù)極柵板上就有pbso4存在，pbso4長(zhǎng)期存在會(huì)失去活性，不能再參與化學(xué)反應(yīng)，這一現(xiàn)象稱為活性物質(zhì)的硫酸化，使得蓄電池內(nèi)阻增加，容量下降、壽命縮短。不合理的充電方式使蓄電池組內(nèi)的一些單體電池失水而另一些單體電池極板硫酸化，造成蓄電池過早失效。

1.2將適用于開口鉛酸蓄電池的均衡充電概念照搬到閥控式密封鉛酸蓄電池，加速了部分閥控密封鉛酸蓄電池失水老化：

我國(guó)電力直流控制電源使用的蓄電池經(jīng)歷了如下發(fā)展歷程：老式開口式鉛酸蓄電池＞半開口防酸式鉛酸蓄電池＞閥控式密封鉛酸蓄電池，1995年設(shè)計(jì)gzdw型直流控制電源時(shí)閥控式密封鉛酸蓄電池剛開始應(yīng)用，對(duì)新電池的了解還不夠深入，沿用圖2的開口式鉛酸蓄電池的充電程序曲線是可以理解的。同樣原因，當(dāng)時(shí)將適用于開口鉛酸蓄電池的均衡充電概念照搬到閥控式密封鉛酸蓄電池也是可以理解的。當(dāng)時(shí)的術(shù)語如下：浮充電：在正常運(yùn)行時(shí)，充電裝置承擔(dān)經(jīng)常負(fù)荷，同時(shí)向蓄電池組補(bǔ)充充電，以補(bǔ)充蓄電池的自放電，使蓄電池以滿容量的狀態(tài)處于備用。均衡充電：為補(bǔ)償蓄電池在使用過程中產(chǎn)生的電壓不均勻現(xiàn)象，使其恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)而進(jìn)行的充電，以及大容量放電后的補(bǔ)充充電，統(tǒng)稱為均衡充電。但自2004年電力直流控制電源已廣泛采用閥控式密封鉛酸蓄電池后，已經(jīng)有人發(fā)現(xiàn)問題了，2009年出版的文獻(xiàn)明確指出：閥控式密封鉛酸蓄電池的水分損耗雖然較小，但水分損失后卻不可能和防酸電池一樣再加液，因此，閥控式鉛酸蓄電池的浮充電運(yùn)行壽命有可能大大短于普通防酸式鉛酸蓄電池。2010年出版的文獻(xiàn)也指出：故障現(xiàn)象，閥控式密封鉛酸蓄電池在使用過程中，只需數(shù)月或1年，其容量就低于額定值的80%，或整組蓄電池雖然普遍較好，但其中個(gè)別蓄電池的性能急劇變差。文獻(xiàn)指出了壽命短的現(xiàn)象，沒有分析水分損失的原因。我們認(rèn)為水分損失的原因是目前的電力直流控制電源錯(cuò)誤的引用了均衡充電概念；頻繁的使用了均充，例如某產(chǎn)品說明書原文：“在長(zhǎng)期浮充狀態(tài)下，為保養(yǎng)蓄電池，系統(tǒng)每隔一定時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行一次均衡充電（時(shí)間由用戶設(shè)定，默認(rèn)為720小時(shí)），以保持電池容量。另外當(dāng)用戶認(rèn)為必要時(shí)亦可通過按鍵操作隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)均衡充電?！边@個(gè)錯(cuò)誤是嚴(yán)重的，原因如下：

對(duì)浮充運(yùn)行的蓄電池組進(jìn)行均充，其實(shí)質(zhì)是過充，這種方式對(duì)早期的開口式鉛酸蓄電池和后來的半開口式防酸鉛酸蓄電池是有效的,確實(shí)能改善各單體電池的端電壓差異，因?yàn)殚_口式及半開口式鉛酸蓄電池都可以加液，不怕過充。2004年后電力直流控制電源已廣泛采用閥控式密封鉛酸蓄電池，而閥控式密封鉛酸蓄電池是由單向閥密封的，對(duì)充電電壓非常敏感，不能過充，過充就意味著失水，意味著容量減小，意味著熱失控，意味著早期報(bào)廢。我們做過試驗(yàn)：第一組10只新閥控鉛酸蓄電池用2.35v電壓浮充（保持環(huán)境溫度25°c），120天左右就有蓄電池出現(xiàn)熱失控，第二組10只新閥控鉛酸蓄電池用2.30v電壓浮充（25°c），190天左右有蓄電池出現(xiàn)熱失控，第三組10只新閥控鉛酸蓄電池用2.28v電壓浮充（25°c），390天左右有蓄電池出現(xiàn)容量嚴(yán)重下降，可見過充對(duì)閥控式密封鉛酸蓄電池是致命的。再來看整流模塊對(duì)閥控鉛酸蓄電池組的均充參數(shù)：理論上每只單體電池的均充電壓為2.35v，這個(gè)電壓對(duì)閥控蓄電池已經(jīng)是破壞電壓了，由于串聯(lián)充電的不均勻性，我們實(shí)測(cè)得到的單體Zui大電壓在2.38v左右，這個(gè)電壓對(duì)閥控蓄電池來說是嚴(yán)重過充，毫無疑問將使該只閥控蓄電池失水，整流模塊每隔720小時(shí)進(jìn)行一次均充相當(dāng)于整流模塊每隔720小時(shí)就對(duì)蓄電池組中的某些單體蓄電池進(jìn)行一次破壞，加速了部分閥控密封鉛酸蓄電池失水老化。

1.3蓄電池組沒有保護(hù)回路，Zui重要的部分Zui薄弱：

蓄電池組是電源系統(tǒng)的重要組成部分，是系統(tǒng)的心臟，是保證在電力事故狀態(tài)下電站的各種保護(hù)和自動(dòng)化裝置可靠工作和動(dòng)作的“Zui后一道防線”，因?yàn)橐坏┬铍姵爻霈F(xiàn)問題，帶來的必然是事故停電。這個(gè)損失遠(yuǎn)比電池本身的價(jià)值要高昂得多。從圖一中可以看到，整流模塊n+1冗余備分，而蓄電池組卻是孤立無援的，是單回路的，蓄電池組的容量完全由容量Zui小的那只決定，即使108只電池中有107只都是200ah，只要有一只的容量是10ah，那么整組的電池容量也只能是10ah，如果有一只電池極板開路或內(nèi)阻異常增大，那么整組蓄電池的容量就是零或接近于零，只能是形同虛設(shè)了。這也是為什么會(huì)出現(xiàn)200ah蓄電池組只能工作幾分鐘這種怪現(xiàn)象的原因了。

1.4 整流模塊監(jiān)控過度，蓄電池組監(jiān)控缺失：

目前所有電力直流操作電源的后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)都可以獲得整流模塊的各種運(yùn)行參數(shù)，實(shí)施各種控制和操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流模塊的“四遙”功能。

圖一是目前較先進(jìn)的電力直流操作電源的原理圖,它的”電池巡檢”也只是具備單體蓄電池的端電壓巡檢功能，而目前95%以上的直流操作電源卻連這一功能也沒有。實(shí)際上,這唯一的蓄電池監(jiān)控也是聊勝于無,因?yàn)樾铍姵馗〕鋾r(shí)的端電壓與蓄電池的容量、內(nèi)阻、自放電等參數(shù)無任何相關(guān),甚至相反;比如閥控蓄電池失水后容量是下降的,但失水后電解液比重增加,它的端電壓反而是上升的,也就是說一只容量嚴(yán)重下降,內(nèi)阻異常增大的蓄電池的浮充端電壓卻可能是完全正常的。僅僅關(guān)注蓄電池端電壓是不夠的，因?yàn)橐唤M端電壓完全正常的蓄電池組可能僅放電幾分鐘就沒電了，合格的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該在蓄電池容量嚴(yán)重下降，蓄電池內(nèi)阻異常增加，蓄電池內(nèi)部自放電超標(biāo)時(shí)及時(shí)發(fā)出警告[7]。

1.5蓄電池的維護(hù)無法操作，左右為難，投鼠忌器：

對(duì)目前的電力直流操作電源,一些負(fù)責(zé)任的技術(shù)人員嚴(yán)格按照規(guī)定,不辭辛苦,每年對(duì)蓄電池組深度放電進(jìn)行容量檢測(cè),通常大多數(shù)蓄電池是好的,少數(shù)幾只蓄電池容量落后,對(duì)這些容量落后的蓄電池,他們想盡辦法,使用各種儀器進(jìn)行容量恢復(fù),遺憾的是,多數(shù)蓄電池的容量根本無法恢復(fù)。嘗試更換少數(shù)新電池,又會(huì)引起組內(nèi)其他電池更快的惡化,只好對(duì)僅僅投運(yùn)了三年甚至一年的一百多只蓄電池整組更換。

1.6缺少對(duì)蓄電池惡性事故的預(yù)防能力，系統(tǒng)可靠性令人擔(dān)心：

國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)部曾對(duì)14個(gè)省、市2002年至2004年3年時(shí)間直流電源系統(tǒng)故障進(jìn)行過一次調(diào)查統(tǒng)計(jì)，盡管該調(diào)查統(tǒng)計(jì)只是抽樣性質(zhì)的，難免有一定的片面性和局限性，但反映出的問題卻是觸目驚心的：期間蓄電池故障5次，占35.7%，充電裝置故障9次，占64.3%。在蓄電池5次故障中，蓄電池爆炸起火占2次，另據(jù)了解，許多地方在統(tǒng)計(jì)時(shí)間區(qū)段外也曾發(fā)生過蓄電池爆炸事故，且多為閥控蓄電池。說明該類故障不但后果嚴(yán)重，而且在蓄電池事故中占較大比例。除了蓄電池自身安全閥質(zhì)量問題外，充電裝置也難逃其責(zé)，請(qǐng)問:如果不是充電裝置對(duì)蓄電池進(jìn)行了過充電，蓄電池的內(nèi)部壓力能達(dá)到爆炸的程度嗎？如果充電裝置具有自放電電流和單體蓄電池溫度監(jiān)測(cè)功能,蓄電池的熱失控能發(fā)展到起火的程度嗎?

2.電力直流操作電源的改進(jìn)

我們主要對(duì)直流操作電源進(jìn)行了以下改進(jìn):

2.1徹底拋棄了傳統(tǒng)的串聯(lián)充電方式，改為每只蓄電池獨(dú)立充電：

閥控鉛酸蓄電池對(duì)浮充電壓要求非常嚴(yán)格，在偏離了正確使用條件下運(yùn)行將造成嚴(yán)重后果，而目前的充電方式根本無法滿足單體蓄電池嚴(yán)格的浮充電壓要求，必須改進(jìn)。從圖3中可以看出，蓄電池組的充電方式已從原來的串聯(lián)充電改為單體蓄電池獨(dú)立充電，原來的的串聯(lián)充電方式是總電壓固定，每只單體蓄電池的充電電壓動(dòng)態(tài)分配，每只單體蓄電池的浮充電壓完全不可控。改進(jìn)后的單體蓄電池獨(dú)立充電方式使每只單體蓄電池?fù)碛凶约邯?dú)立的蓄電池?cái)?shù)字化管理模塊，每只單體蓄電池的浮充電壓可以到0.001v，充電曲線可以嚴(yán)格的按照廠家要求設(shè)定，從根本上避免了蓄電池的過充和欠充，可以確保蓄電池的使用壽命。

2.2允許隨時(shí)更換單只蓄電池，方便維護(hù)：

傳統(tǒng)的直流操作電源由于充電方式?jīng)Q定，它要求一組蓄電池必須容量匹配，不允許新舊蓄電池混用，也不允許更換單只蓄電池，必須整組更換，維護(hù)成本驚人。改進(jìn)后的獨(dú)立充電方式使每只單體蓄電池?fù)碛凶约邯?dú)立的數(shù)字化充電管理模塊，各單體蓄電池之間不會(huì)相互影響，不必內(nèi)阻匹配，不必容量匹配，允許新舊蓄電池混用，允許隨時(shí)更換單只或多只蓄電池，簡(jiǎn)化了維護(hù)程序，降低了維護(hù)成本。

2.3為每只蓄電池設(shè)置了備用通路，故障蓄電池被自動(dòng)旁路：

蓄電池組是電力直流操作電源的Zui重要部件，當(dāng)交流停電時(shí)，整個(gè)電站的操作重任完全由蓄電池組承擔(dān)，這時(shí)蓄電池組的可靠性至關(guān)重要，傳統(tǒng)的直流操作電源要求100多只蓄電池必須只只完好，任何一只都不能出一點(diǎn)問題，否則就是嚴(yán)重事故，因?yàn)樗男铍姵亟M是單回路串聯(lián)的，沒有備用通路，任何一只蓄電池的問題就是整組蓄電池的問題，這對(duì)蓄電池的要求太高了，蓄電池也是一個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電氣部件，誰能保證它的不出問題呢？所以從2002年開始，國(guó)家電力公司要求220kv及以上的變電站全部裝設(shè)兩組蓄電池組，這也是被傳統(tǒng)直流操作電源逼出來的無奈之舉。我們的蓄電池管理模塊為每只蓄電池設(shè)置了備用通路，故障蓄電池可以被自動(dòng)旁路，問題蓄電池自動(dòng)退出而不影響整組蓄電池的工作。我們用改進(jìn)后的直流操作電源在某變電站做過試驗(yàn)：停掉交流電源，蓄電池組放電幾小時(shí)后，開始有容量較小的蓄電池因內(nèi)阻增大，端電壓嚴(yán)重下降而被自動(dòng)旁路，當(dāng)陸續(xù)有8只蓄電池被自動(dòng)旁路后，變電站的電磁合閘等所有操作仍能正常進(jìn)行?？梢姼倪M(jìn)后的直流操作電源完全打開了蓄電池組可靠性這一瓶頸。

2.4加強(qiáng)了蓄電池監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池的各種問題：

采用備用電源的場(chǎng)所都是十分重要的部門，電池組容量下降到一定程度就起不到備份電源的作用，一旦主電源發(fā)生故障，就可能造成系統(tǒng)停機(jī)，導(dǎo)致巨大損失，加強(qiáng)對(duì)蓄電池的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池的容量下降是非常重要的。傳統(tǒng)的直流操作電源加裝蓄電池巡檢裝置后也只能監(jiān)測(cè)到蓄電池的單體電壓，受充電方式的限制，想監(jiān)測(cè)蓄電池的其他參數(shù)非常困難。改進(jìn)后的直流操作電源依托數(shù)字化蓄電池管理模塊中先進(jìn)單片機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算及檢測(cè)能力，除了可以監(jiān)測(cè)蓄電池的端電壓，還可以監(jiān)測(cè)每只蓄電池的容量、內(nèi)阻、自放電和溫度等參數(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池的各種問題，做到對(duì)每只蓄電池的性能和預(yù)計(jì)壽命心中有數(shù)，根據(jù)問題的輕重緩急制定維護(hù)計(jì)劃，從容不迫的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

2.5增加了蓄電池活化功能，保障蓄電池的性能：

過充對(duì)閥控鉛酸蓄電池的損害是Zui嚴(yán)重的，而輕微欠充則很容易恢復(fù)，定期進(jìn)行一下活化即可，有經(jīng)驗(yàn)的用戶通常會(huì)堅(jiān)持寧愿稍微欠充也不過充的原則，他們會(huì)略微調(diào)低蓄電池的浮充電壓，為滿足他們的需要，管理模塊具有蓄電池活化功能，可由用戶設(shè)定是人工活化還是定期自動(dòng)活化。

2.6減少了蓄電池接線數(shù)量，消除了潛在故障點(diǎn)：

傳統(tǒng)的直流操作電源在加裝蓄電池巡檢裝置時(shí)，要在每只蓄電池上加裝2根檢測(cè)導(dǎo)線，100多只蓄電池就要加裝200多根導(dǎo)線，不但施工麻煩，而且每加一根導(dǎo)線就是增加了一個(gè)潛在故障點(diǎn)。改進(jìn)后的直流操作電源增加了蓄電池的備用通路，增加了蓄電池的監(jiān)測(cè)參數(shù)，卻沒有增加蓄電池的接線，由于蓄電池管理模塊是串聯(lián)的，充電檢測(cè)導(dǎo)線共用，蓄電池的每只端頭上只需接一根導(dǎo)線。

2.7增加了gprs手機(jī)報(bào)警功能，使維護(hù)更及時(shí)：

現(xiàn)在的變電站多數(shù)都是無人值守站，對(duì)于監(jiān)測(cè)到的嚴(yán)重問題，gprs報(bào)警模塊自動(dòng)向維護(hù)人員的手機(jī)發(fā)送短信及時(shí)提醒，使維護(hù)更及時(shí)。

2.8每只數(shù)字化充電管理模塊都帶有通訊接口，可實(shí)現(xiàn)直流操作電源的集散化管理：

改進(jìn)后的獨(dú)立充電方式使每只單體蓄電池?fù)碛凶约邯?dú)立的帶有通訊功能的數(shù)字化充電管理模塊，符合今后直流操作電源向集散化管理發(fā)展的技術(shù)方向以及數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)要求。

3.改進(jìn)帶來的新疑問探討

任何變革都可能帶來人們新的疑問，探討是必要的。

3.1模塊數(shù)量增加了，是否會(huì)加大直流操作電源的體積？

傳統(tǒng)的直流操作電源只要3至6只整流模塊即可，改進(jìn)后卻需要有108只蓄電池管理模塊，大家可能會(huì)想象體積超大。實(shí)際上原來的模塊是高電壓(255v)大電流輸出的大功率模塊，每只功率在1.5kw至5.5kw之間，大功率模塊的開關(guān)頻率很難超過20khz，相對(duì)體積較大。改進(jìn)后是低電壓（2.25v）的小功率模塊，每只功率在0.1kw左右，低電壓小功率模塊的開關(guān)頻率可達(dá)800khz以上，體積可以很小，我們樣機(jī)使用的輸出電流達(dá)60a的蓄電池管理模塊的體積只有100*51*15mm,我們將蓄電池管理模塊串聯(lián)成條狀，安裝在蓄電池柜的剩余空間內(nèi)（每層蓄電池對(duì)應(yīng)一條管理模塊），不但沒有增加體積，還省出了原來整流模塊的空間。

3.2蓄電池管理模塊的輸出電壓只有2.2v，是否轉(zhuǎn)換效率很低？

大家知道，對(duì)于開關(guān)電源，在次級(jí)必然要有一個(gè)整流輸出的過程。

作為整流電路的主要元件，通常用的是整流二極管，其導(dǎo)通壓降較高，快恢復(fù)二極管（frd）或超快恢復(fù)二極管（srd）可達(dá)1.0～1.2v，即使采用低壓降的肖特基二極管（sbd），也會(huì)產(chǎn)生大約0.6v的壓降。這個(gè)壓降完全是做的無用功：如有一個(gè)管子壓降為0.7v，其整流為12v時(shí)它的前端要等效12.7v電壓，損耗占0.7/12.7≈5.5%.而當(dāng)其為2.25v整流時(shí)，損耗為0.7/2.95（2.25+0.7）≈23.7%。可見此類器件在低壓大電流的工作環(huán)境下?lián)p耗驚人。我們的蓄電池管理模塊的輸出電壓正是2.25v左右，大家懷疑我們的模塊效率低是可以理解的。

我們采用同步整流技術(shù)和通態(tài)電阻極低的專用功率mosfet解決了這個(gè)問題。

功率mosfet屬于電壓控制型器件，它在導(dǎo)通時(shí)的伏安特性呈線性關(guān)系。因?yàn)橛霉β蕀osfet做整流器時(shí)，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱之為同步整流。這種復(fù)雜的控制要求得到的回報(bào)就是極小的電流損耗。

在我們的實(shí)際應(yīng)用中，采用了通態(tài)電阻僅為0.003歐的功率mosfet，在為200ah蓄電池充電時(shí)的峰值電流為20a，則其壓降損耗僅為20*0.003=0.06v，損耗比例為0.06/2.31(0.06+2.25)=2.59%。

3.3蓄電池管理模塊是否也需要n+1冗余備分？

傳統(tǒng)直流操作電源的整流模塊為什么要n+1冗余備分?因?yàn)樗恼髂K實(shí)際上是一個(gè)需要提供較高的充電電壓和較大的輸出容量的大功率開關(guān)電源，它對(duì)器件和技術(shù)以及工藝要求都很高，大家都知道igbt的開關(guān)頻率是很難超過20khz的，而高耐壓mos-fet如果用于大電流回路中結(jié)壓降又很大，發(fā)熱量很大，散熱困難，所以限于器件及工藝原因單體高頻開關(guān)電源（>20khz）目前輸出容量超過6kw是很困難的，可靠性不能保證,所以大多采用小模塊并聯(lián)均流的運(yùn)行方式，但模塊數(shù)量和復(fù)雜程度的增加也就帶來了可靠性的降低，為此又提出了n+1冗余備分的概念，這實(shí)際上是陷入了一個(gè)技術(shù)上惡性循環(huán)的結(jié)果。而我們的蓄電池管理模塊是低電壓小功率開關(guān)電源,它對(duì)器件和技術(shù)的要求很低,可以選用功率和頻率裕度都很大的器件,而且發(fā)熱量很小,連冷卻風(fēng)扇都不需要,整體可靠性可以高出傳統(tǒng)整流模塊的10倍,所以從理論上說,蓄電池管理模塊完全不需要n+1冗余備分。但為了消除大家的擔(dān)心，我們的蓄電池管理模塊內(nèi)部仍然采取了3個(gè)20a電路并聯(lián)均流的設(shè)計(jì)，也就是模塊內(nèi)部已經(jīng)是n+1冗余了，不再需要多模塊的外部n+1冗余。另外，所有充電模塊及電池采用熱插拔可抽出式結(jié)構(gòu)，對(duì)模塊及蓄電池的更換和檢修將不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行。備用通路的存在允許蓄電池組中的個(gè)別蓄電池及模塊出現(xiàn)故障，即使不及時(shí)維修也不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行（只是系統(tǒng)的總電壓會(huì)略微降低一些，在允許范圍內(nèi)），更換檢修模塊和電池時(shí)也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此本系統(tǒng)不需要額外的冗余備分。

3.4蓄電池管理模塊的熱量是否會(huì)影響蓄電池壽命？

開口式鉛酸電池在充電時(shí)，除了活性物質(zhì)再生外，還有硫酸電解質(zhì)中的水逐步電解生成氫氣和氧氣。當(dāng)氣體從電池蓋出氣孔通向大氣時(shí)，每18克水分解產(chǎn)生11.7千卡的熱。而對(duì)于閥控式鉛酸電池來說，充電時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的氧氣流向負(fù)極，氧氣在負(fù)極板處使活性物質(zhì)海綿狀鉛氧化，并有效低補(bǔ)充了電解而失去的水。由于氧循環(huán)抑制了氫氣的析出，而且氧氣參與反應(yīng)又生成水。這樣雖然消除了爆炸性的氣體混合物的排出問題，但是這種密封式使熱擴(kuò)散減少了一種重要途徑，而只能通過電池殼壁的熱傳導(dǎo)作為放熱的唯一途徑。因此，閥控鉛酸蓄電池對(duì)熱源是敏感的，電池安裝時(shí)良好的通風(fēng)和較低的室溫是很重要的條件，過高的環(huán)境溫度會(huì)影響閥控鉛酸蓄電池的壽命。我們將蓄電池管理模塊安裝在蓄電池柜內(nèi)，如果不采取措施的話，會(huì)使柜內(nèi)的溫度升高，我們的辦法是用隔熱板將蓄電池柜隔離成兩個(gè)空間，模塊散熱器和蓄電池分別在各自的空間內(nèi)，消除了模塊發(fā)熱對(duì)蓄電池的影響。

3.5蓄電池管理模塊的抗故障性能如何？安全性是否有保障？

當(dāng)蓄電池管理模塊的外部連接出現(xiàn)直接短路時(shí)，管理模塊不應(yīng)該嚴(yán)重發(fā)熱，更不能燒毀，否則會(huì)引起安全事故。我們的蓄電池管理模塊允許外部長(zhǎng)時(shí)間短路，短路時(shí)的模塊溫度不高于正常工作時(shí)溫度，當(dāng)短路故障排除后，管理模塊自動(dòng)回復(fù)正常工作，不需要人工重啟。

3.6蓄電池管理模塊的旁路功能可靠嗎？過電流能力如何？

蓄電池管理模塊為蓄電池準(zhǔn)備了備用通路，當(dāng)某只蓄電池出現(xiàn)問題失去容量時(shí)，管理模塊自動(dòng)將該蓄電池旁路，保障其他蓄電池的正常工作。旁路功能是精心設(shè)計(jì)的，不受模塊是否通電的影響，即使模塊充電功能及其內(nèi)部單片機(jī)都損壞了，也不會(huì)影響旁路功能。備用通路的過流能力很強(qiáng)，20a管理模塊允許通過160a的旁路電流，40a模塊允許通過320a的旁路電流，以滿足電磁操作機(jī)構(gòu)可能需要的短時(shí)大電流。

4.樣機(jī)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：

我們委托電力工業(yè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)樣機(jī)（配備200ah蓄電池108只）進(jìn)行了測(cè)試，各項(xiàng)數(shù)據(jù)全部合格，現(xiàn)簡(jiǎn)單列舉如下：

1. 防護(hù)等級(jí)：ip20
2. 噪聲：50db
3. 2—19

10.限流限壓性能： 正常

11.連續(xù)供電性能： 正常

12.監(jiān)控功能： 正常

13.模塊輸出短路試驗(yàn)：短路20分鐘無異常發(fā)熱，短路排除后，各項(xiàng)功能正常。

14.模塊旁路電流檢測(cè)：旁路電流80a持續(xù)一小時(shí)，模塊無異常發(fā)熱，功能正常。旁路電流160a持續(xù)一分鐘，模塊無異常發(fā)熱，功能正常。

15.四遙功能試驗(yàn)： 正常

16.不同容量新舊蓄電池混用試驗(yàn)：功能正常，更換蓄電池時(shí)不必容量匹配。

17.蓄電池容量檢測(cè)功能：蓄電池容量減小至設(shè)定值以下時(shí)，管理模塊能將其檢出。

18.蓄電池定期活化功能： 正常

19.絕緣性能： 合格

20.介質(zhì)強(qiáng)度： 合格