1 凤凰蓄电池和高频机的定义及原理分析
UPS通常分为工频机和高频机两种。工频机由晶闸管(SCR)整流器、IGBT逆变器、旁路和工频隔离变压器组成。因其整流器和变压器
工作频率均为工频50Hz,顾名思义叫工频UPS。
典型的工频UPS拓扑如图1所示。
扑
12脉波是指在原有6脉波整流的基础上,在输入端增加移相变压器后再增加一组6脉波整流器,使直流母线由12个晶闸管整流完成,因此
又称为12脉波整流。
图3所示的两个三相整流电路就是通过变压器的不同连接构成12相整流电路。
图3 典型12脉波整流器示意图
高频机通常由IGBT高频整流器、电池变换器、逆变器和旁路组成,IGBT可以通过控制加在其门极的驱动来控制IGBT的开通与关
断,IGBT整流器开关频率通常在几到几十千赫之间,有时甚至高达上百千赫,相对于50Hz工频, 称之为高频UPS。典型的高频机拓扑如
图4所示。
图4 高频UPS拓扑图
高频UPS整流属于升压整流模式,其输出直流母线的电压一定比输入线电压的峰值高,一般典型值为800V左右,如果电池直接挂接母线,
所需要的标配电池节数达到67节,这样就给实际应用带来很大的限制。因此一般高频UPS会单独配置一个电池变换器,在市电正常的时
候,电池变换器把800V的母线电压降压到电池组电压值;在市电故障或超限时,电池变换器则会把电池组电压升压到800V的母线电压,
从而实现电池的充放电
中国工程物理研究院
从1995年率先在国内开始钒电池的研制。
先后研制成功了20W、100W、500W的钒电池样机，在钒电池的关键技术上有所突破，填补了国内空白。
成功开发了四价钒溶液制备、导电塑料成型及批量生产、中型电池组装配和调试等技术。
1998年，500w的钒电池样机用于电瓶车的驱动。现已研制出800W的产品样机。
主要参数如下： 单体数：10个 电极面积：784cm2； 单体电池厚度：13mm；
电解液浓度：1.5M VOSO4+2M H2SO4；电解液量：10L；理论容量：200Ah；
大充电电流：80A（电流密度102mA/cm2）；
充电电压（50%充电状态）：40A充电电压为15.0V，80A充电电压为16.5V；
充电容量：40Ah；大放电电流：80A（电流密度102mA/cm2）；
放电电压（50%放电状态）：40A放电电压为11.5V， 80A放电电压为10V；
放电容量：30Ah；充放电利用率：≥80%；电堆大功率：≥800W。
大连化学物理研究所
研究开发的全钒液流储能电池示范系统，自2007年7月6日以来已自动无故障连续运行105天，超过2500小时。该示范系统由千瓦级电池模块、系统控制模块和LED屏幕三部分组成。利用该系统可实现利用储能电池储存夜间电能，在日间对LED屏幕进行供电的过程。电池的能量效率为87％，截止目前未见衰减。
全钒液流储能电池是一种电能储存装置，主要由电池模块、电解质溶液和电解质储存输送体系、以及控制系统等三个部分组成。电池模块由数十至数百节单电池按照压滤机方式组装而成。正、负极电解质溶液分别储存在两个储罐中，分别由泵驱动流经电池的正极和负极，进行电化学氧化和还原反应，实现充、放电过程。每个电池模块的输出功率由电极的面积和单电池的节数决定；通过对电池模块进行串、并联实现电池系统的目标输出功率。系统的储能容量由电解质溶液的量决定。因此，电池系统的输出功率和储能容量可独立设计。与其它化学储能技术相比全钒液流储能电池在规模储能方面具有独特的优势：能量效率高；蓄电容量大，可达百兆瓦时；容量和功率相互独立，系统设计灵活；电池的可靠性高，可深度放电；系统选址自由；电池的大部分部件材料可循环使用；系统运行和维护费用低；特别是具有运行安全和环境友好的优点。由于在成本、效率和安全等方面具有突出的优点，因而是大规模储能技术的首选之一。
我所全钒液流储能电池的研究工作得到了国家科技部“863”高技术计划、博融（大连）产业投资公司、以及大连市经委的经费支持。除上述进展外，我们还在电池储能容量衰减机理的研究，提高电池容量的稳定性，以及大功率电池模块结构的设计和优化等方面均取得进展。近，我们研制的第三代5千瓦级电池模块的充、放电能量转换效率超过80％。
故障表现:
（1）极板的活性物质减少，电池正常放电时，明显比其他正常电池的容量低。
（2）由于硫酸铅晶体不能充分还原，电解液比重降低且长期不足，过量地产生气分解。
（3）充电时电压上升很快，迅速高达2.9V/格左右（正常为2.7V/格左右）；放电时电压降低很快，1至2小时即达1.8V/格。
（4）充电时冒气很早，且电解液温升较高。
（5）极板颜色不正常，正极板呈浅渴色，负极板呈灰白色斑块，表面粗糙坚硬。
故障原因:
经常处于放电状态或放电后不充电，常表现为线路搭铁而引起短路等现象。
初充电不足或长期充电不足。由于电池的贮存期过长，干荷性能减弱而又未在售出之前补充电或车用充电器不配套，造成电池长
期充电不足。
由于未及时作补水维护，使长期处于高比重的电解液逐渐硫酸盐化。
没有定期过充电。由于电池内部的活性物质不能百分之百地利用，总有一部分硫酸铅不易转化，这部分硫酸铅很容易结晶细化造
成极板硫酸盐化。采用定期过充电可使这部分硫酸铅转化。
经常采用快速充电，这容易造成由于电流密度过高，极板内部的硫酸铅不易转化的现象。
通过隔板及极板边缘绝缘产生慢性短路。由于电池槽底积粉过高或由于电解液不纯，杂质结晶于极板边缘而形成慢性短路，使极
板逐渐硫化。
辨别及解决办法：
电池正常放电时，容量大大低于正常电池。充电时电流极小，电压上升极快，高达2.9V/单格左右（正常值2.7V/单格）；放电时电
压降低很快，一下子降到1.8V/单格以下。电池充电时冒气较早，且电池内部发热，由此种现象可判定电池极板硫酸盐化。硫酸盐化
不很严重的电池可用均衡充电法进行处理，小电流（电池容量的1/40）充20-30小时，并反复进行多次充放电循环（全充全放），可
以消除硫化现象，使其恢复正常。
问题分析：
电池开路主要表现为充不进电，没有电流显示，严重时伴有电池内部打火现象。
装配时极柱受损有裂纹；假焊；因加酸不小心使酸漏入引线焊点，腐蚀引线而造成开路。
当电池充不进电时，即无电流、显示高电压，则可判定电池开路。
电池短路
蓄电池短路主要表现为电压低，容量不足，充电后电压仍低于正常值等。
由于漏铅或隔板破损引起短路；电解液不纯，杂质结晶而引起短路；极板活性物质严重脱落，堆积在电池槽底部的脱落物引起短路
蓄电池失效
一般表现为电池底部积粉过多，电池电压低等现象。
电池使用寿命终止；充电电流过大，充电时间过长；含氯等有害杂质过多，使极板松散脱粉。
能过外表观察，如果电池内部发红、发黄且底部积粉太多，是由于大电流充电时间过长或缺水状态下使用时间过长引起的。
