UPS用蓄電池的選擇和充電模式的研究

　　蓄電池的故障占UPS系統(tǒng)總體故障的40%以上，它是整個UPS 系統(tǒng)中平均無故障時間(MrIBF)最短的器件之一。因此，UPS 電池的選擇和充電模式的研究，不僅關(guān)系到經(jīng)濟(jì)成本問題，還直接影響UPS 電源的不間斷供電。

　　1 UPS電池的種類和工作原理

　　UPS要求所選用的蓄電池必須具有在短時間內(nèi)輸出大電流的特性。目前，在線運(yùn)行的蓄電池基本上有兩種，它們都屬于鉛酸蓄電池。

　　1). 防酸隔爆鉛酸蓄電池

　　這種電池在早期的UPS系統(tǒng)中使用較多，只要維護(hù)得當(dāng)，會有較長的使用壽命，但由于在運(yùn)行中存在大量的電解液水分散失，需經(jīng)常性地測量電解液的溫度、密度，往電池內(nèi)部添加蒸餾水，維護(hù)工作量極大，現(xiàn)在的UPS系統(tǒng)中已很少配用。

　　電池化學(xué)反應(yīng)式如下：

　　PbO2+2H2SO4+Pb = PbSO4+2 H2O+PbSO4

　　由此化學(xué)反應(yīng)式得知，鉛酸蓄電池在放電之后，電解液因與正負(fù)極板生成PbSO而耗用硫酸，其結(jié)果電解液比重下降。反之充電時，正負(fù)極板之硫酸鉛中之硫酸漸漸被釋出，電解液硫酸濃度逐漸加大而比重上升。通常一般鉛酸電池于充電末期，正負(fù)極板都已還原成二氧化鉛及海綿狀鉛，此后之充電幾乎是在電解電解液之水而生成氧氣(陽極)及氫氣(陰極)逸出，其結(jié)果電解液減少，此所以為一般液式鉛酸電池需要經(jīng)常補(bǔ)水之原因。

　　2). 閥控式密封鉛酸蓄電池(VIqLA)

　　因其體積較小，密封性能好、絕少維護(hù)而被廣泛應(yīng)用于各類UPS電源中。VRLA防止電池內(nèi)部電解液流動有兩種技術(shù)方法：一種技術(shù)是將硫酸電解液與SiO：膠體混合后充滿電池內(nèi)部，制成膠體電池(簡稱GEL)。這類產(chǎn)品產(chǎn)量較低，約占VRLA電池總量的15% ;另一種技術(shù)是利用超細(xì)玻璃棉將電解液不飽和地吸附住，制成吸液式電池或貧液式電池(簡稱AGM)。由于后者具有較好的大電流放電性能，在UPS系統(tǒng)中較多采用，國內(nèi)廠家也大多生產(chǎn)AGM 蓄電池。

　　一般閥控式密封鉛酸蓄電池工作過程中陽極產(chǎn)生氧氣，而陰極尚未變成海綿狀鉛，亦即尚未充電完成，所以并未產(chǎn)生氫氣，此時陽極產(chǎn)生之氧氣迅速與陰極作用還原成水，是故水份不損耗，此即閥調(diào)式鉛酸電池免保養(yǎng)理由。

　　2 UPS電池的性能指標(biāo)

　　① 容量：表示電池在充滿電的情況下的儲能多少，用放電電流與放電時間的乘積來表示。C窖量(C)=I放電電蠢(A)×T城電時問(h)

　?、?放電功率：表示放電至終止的電流的大小或時間的快慢，可用電流來表示。如一個6.5AH的電池，充滿之后以325mA恒流放電，經(jīng)過20小時后達(dá)到其放電終止電壓，放電率若以電流來表示則為0.325安率;若以放電時間來表示則為20小時放電率。

　?、鄯烹婋娏鳎悍烹婋娏骶褪请姵氐妮敵鲭娏?，它除了用安培來表示外，通常也用電池的容量乘以某個系數(shù)來表示。如對于6.5AH 的電池，0.1C的放電電流的實際值為0.1×6.5=

　　0.65A。

　?、芊烹娊K止電壓：表示電池不允許再放出電能時的電壓，通常為1.75V/單格。

　　⑤標(biāo)稱容量：表示在20小時放電率下所測定的容量。

　　⑥自放電率：電池在不用時其內(nèi)部也會消耗能量，一般以×××C/天來表示，如0.08C/天。

　　3 UPS電池的容量選擇

　　蓄電池容量的確定是UPS 系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容。過高和過低的電池容量對于UPS 系統(tǒng)的運(yùn)行都是不利的。容量過高，則增加投資成本，且易導(dǎo)致電池小電流深放電，造成電池永久性的損壞;容量過低，則不能滿足負(fù)載不間斷供電的要求，且大電流的充放電將縮短電池使用壽命。所以，正確選擇與UPS 容量和負(fù)載容量相適應(yīng)的蓄電池容量是控制UPS 系統(tǒng)投資成本，保證不間斷供電可靠性的關(guān)鍵。

　　3.1 蓄電池放電時間的確定

　　UPS 根據(jù)后備時間可分為標(biāo)準(zhǔn)型和長效型兩種。一般來說，標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)內(nèi)帶有電池組，在停電后可以持續(xù)較短時間的供電，一般不超過25 rain;長效型機(jī)內(nèi)不帶電池，用戶可外接多組電池，以滿足長時間停電時持續(xù)供電的需要，一般滿載配置可達(dá)數(shù)小時以上。

　　UPS電池后備時間確定的主要依據(jù)是市電供電類別。不同的供電類別，蓄電池的后備時間是不同的。一類市電供電的UPS，可按后備時間0.5 h- 1 h配置;二類市電供電的UPS，可按后備時間1 h- 2 h配置;三類市電供電的UPS，可按后備時間2 h-8 h配置;四類市電供電的UPS，可按后備時間8 h-10 h配置。然而，電池后備時間受電池成本、安裝空間、回充時間等因素的限制，大多數(shù)UPS電池后備時間以不超過2 h為宜。在電力環(huán)境較差、停電較頻繁的地區(qū)，可以采用UPS與發(fā)電機(jī)配合供電的方式，提高UPS供電可靠性。

　　3.2 UPS電池容量計算

　　掌握UPS電池的容量計算方法，對選購電池很有幫助。UPS電池容量在負(fù)載一定時，可依下列公式計算：

　　C=WT/( Ef ηVf)

　　C：電池容量(Ah)

　　W：負(fù)載容量(W)

　　T：放電時間(h)

　　Ef：機(jī)器轉(zhuǎn)換效率(約0.6～0.75)

　　η： 電池放電效率(約0.7～0.8)

　　Vf ：機(jī)器截止電壓

　　4 UPS電池的充電模式

　　4.1 恒流充電

　　恒流充電是用分段恒流的方法進(jìn)行充電。一般是通過充電裝置自身調(diào)整來實現(xiàn)的?？梢匀我膺x擇和調(diào)整充電電流，適應(yīng)性較強(qiáng)，特別適用于小電流長時間充電，也有利于容量恢復(fù)較慢的蓄電池充電。缺點是初始充電電流過小，充電后期充電電流又過大充電時間長、析出氣體多、對極板的沖擊較大、能耗較高、效率較低(不超過65%)，在充電過程中需有人看守，一般在初充電和在小電流進(jìn)行去硫充電才使用。因恒流充電的變型是分段恒流充電，所以充電時為避免充電后期電流過大，應(yīng)及時調(diào)整充電電流，還應(yīng)注意充電電流的大小、充電時間、轉(zhuǎn)換電流的時機(jī)及充電終止電壓的選取等，應(yīng)嚴(yán)格按照充電的規(guī)范(表1)來操作。