| 摘要：充电电路是UPS电路的一个重要组成部分。为延长蓄电池的使用寿命，要求有合理的充电模式即均衡充电。讨论了均衡充电的特点。针对在线式UPS，设计了一种新型的充放电电路，对其工作原理进行了分析，建立了电路模型，给出了主要参数的计算方法和实验波形。实验结果表明所设计的电路性能良好。 |
目前UPS中的蓄电池大量使用密封免维护电池。尽管随着密封免维护电池制造技术的不断改进和完善，其预期使用寿命已从原来的4至5年提高到10至20年，然而大量的UPS电源运行实践表明，只有合理的充、放电过程和方式才能有效地延长其使用寿命，达到厂家的预期值。在线式UPS中一般都设有专门的充电电路实现对蓄电池的充电，常用的充电形式有恒压充电方式、恒压限流充电方式以及均衡充电方式[2],[3]。其中均衡充电方式最有利于延长蓄电池的使用寿命，因而在在线式UPS中得到了广泛应用。
2.蓄电池充放电特性
2.1蓄电池均衡充电特性
目前在绝大多数在线式UPS电源中都设有专门的充电电路来实现对蓄电池进行均衡充电，从而可以避免过大的初期充电电流对电池寿命的不利影响。均衡充电的特点是“先恒流充电后恒压充电”[3],[4]，其充电过程为：在充电的初期，适当降低充电电压，利用充电电路的限流启动功能，将电池的最大充电电流限制在0.1~0.125C，当充电电流降至约0.07C左右时，再将充电电压上升至浮充电压（10节蓄电池的浮充电压为136V），显然这样的充电过程有利于延长蓄电池的使用寿命。
均衡充电的典型充电特性如图1所示(以单体12V，12AH蓄电池为例)：
图1蓄电池均衡充电过程示意图
由图1可知，蓄电池的充电过程分为三个基本阶段：第一阶段为恒流充电阶段，充电电流约为0.1C（C为电池标称容量）即1.2A，恒流充电过程中，充电电流保持不变，充电电压近似线性上升，这样可以防止因电池过流充电而缩短使用寿命。第二阶段，当充电电压达到136V后，充电电流逐渐减小，此过程电池电压维持不变。第三阶段为浮充阶段，电池以很小的电流（约0.06~0.1A）充电，此过程可以补充因电池自然放电而造成的能量损耗和电压降低。
图2充放电控制电路
2.2蓄电池放电特性
对长时间电池后备供电的UPS而言，蓄电池被深度放电是造成蓄电池的使用寿命缩短的主要原因。蓄电池放电时，不同的放电速率所对应的临界关机电压阈值不同。对于单体12V的蓄电池而言，电池放电时间与阈值电压的近似关系如下表：
由此可见，为了能最大限度地获得最长的安全放电时间而又不致于造成电池电池的深度放电的关键是：必须设计电池电压过低自动关机（关逆变输出和辅助电源）的保护电路，该保护电路应能够使电池电压过低自动关机电压的阈值随负载大小而自动调整，并使该值始终高于在该放电速率下所允许的临界放电电压值。
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