UPS蓄電池的選擇依據及使用維護
| 摘要：本文詳細介紹了UPS蓄電池的選擇依據、使用與維護方法。 |
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1概述
隨著(zhù)信息處理技術(shù)和微電子等精密技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對供電系統質(zhì)量和可靠性的要求也越來(lái)越高。因此，急需一種電壓穩定、能同步跟蹤電網(wǎng)頻率、高可靠性的交流不間斷電源，UPS電源便應運而生。UPS電源主要是交流—直流—交流變換系統。當交流電正常時(shí),將交流整流為直流后,一方面給蓄電池充電,一方面經(jīng)逆變將直流重新轉換為交流給負載供電。當交流電中斷時(shí),蓄電池的直流電立即經(jīng)逆變轉換為交流給負載供電，以保證供電的連續性。而UPS系統中的蓄電池是重中之重，它的選擇與維護就變得非常重要。
2UPS蓄電池的選擇
2.1蓄電池的選用步驟
依照UPS電源中蓄電池充電回路電壓選用蓄電池的額定電壓。
如果UPS電源中蓄電池充電回路電壓為110V，該值為96V蓄電池組的浮充電壓，可選用額定電壓12V的蓄電池8節。該蓄電池放電終止電壓Ei為85V。
計算蓄電池組的最大放電電流Imax。
式中：P為UPS電源的額定視在功率；Cosφ為負載的功率因數；η為逆變器的效率。由放電特性曲線(xiàn)的橫軸延時(shí)時(shí)間要求和縱軸放電終止電壓查出放電速率XC。
計算蓄電池組的安時(shí)數C1。
C1＝Imax/XC（2）
由溫度特性曲線(xiàn)的橫軸最低溫度要求和放電速率，在縱軸上查得可用的電池容量百分數Y。
計算最終蓄電池組的安時(shí)數C2，
CC＝C1／Y（3）
2.2計算示例
?。?/span>1）已知條件
UPS電源的額定視在功率P為1kVA；
負載的功率因數COSφ為0.8；
逆變器的效率η為0.8；
選用額定電壓12V的蓄電池8節，該蓄電池組的放電終止電壓Ei為85V。
?。?/span>2）要求
在UPS電源的使用溫度范圍（-10℃－40℃）內，UPS電源由蓄電池供電的時(shí)間不小于1h的條件下，選擇蓄電池額定安時(shí)數。
?。?/span>3）蓄電池額定安時(shí)計算
①將以上已知條件帶入式（1）求得Imax≤11.76A；
②由放電特性曲線(xiàn)的橫軸延時(shí)時(shí)間要求1h和縱軸放電終了電壓85V，查出放電速率XC＝0.5C；
③將Imax和XC值帶入公式（2），計算蓄電池組的安時(shí)數C1＝23.52Ah；
④由溫度特性曲線(xiàn)的橫軸最低溫度要求-10℃和放電速率0.5C在縱軸查出可用的電池容量百分數Y＝50％；
⑤將蓄電池組的安時(shí)數C1和可利用的電池容量百分數Y值帶入式（3），計算最終蓄電池組的安時(shí)數C2＝47.04Ah；
⑥在上述已知條件和使用要求時(shí)，應當選擇蓄電池組的額定安時(shí)數為50Ah。
由于蓄電池的特性因廠(chǎng)家不同而有差異，具體選用時(shí)必須依照廠(chǎng)家提供的說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。
3蓄電池的正確使用
3.1聯(lián)接
不同容量，不同性能，不同新舊，不同廠(chǎng)家的蓄電池不應聯(lián)接在一起使用。
聯(lián)接時(shí)，應該使用絕緣性工具，以防意外造成正負極短路。
蓄電池與充電器或負載聯(lián)接時(shí)，電路開(kāi)關(guān)要位于斷開(kāi)位置，蓄電池的正極應與充電器或負載的正極聯(lián)接，蓄電池的負極應與充電器或負載的負極聯(lián)接。
聯(lián)接用的螺母、螺栓、墊圈與聯(lián)接線(xiàn)應松緊適度、均勻，應避免螺絲松動(dòng)和過(guò)緊。
3.2充電
充電分為初充電，正常充電，均衡充電等幾種。
初充電。新電池的首次充電稱(chēng)為初充電，目的在于使電池在裝配過(guò)程中被氧化的極板活性物質(zhì)還原，增加活性物質(zhì)含量，提高電池的放電性能。
正常充電。對已經(jīng)放過(guò)電的電池進(jìn)行充電稱(chēng)為正常充電。
浮充電。電池組與電源并聯(lián)連接到負載上，當交流電源正常時(shí)，它將交流電整流為直流電后，一面給蓄電池充電，一面經(jīng)逆變將直流電重新轉換為交流電為負載供電。當交流電源中斷時(shí)，蓄電池的直流電立即經(jīng)逆變轉換為交流電給負載供電，以保證供電的連續性。這種蓄電池充電稱(chēng)為浮充電。
均衡充電。電池在使用的過(guò)程中，往往會(huì )產(chǎn)生比重、容量、電壓等不均衡現象。導致電池組輸出電壓過(guò)低，輸出電量過(guò)小。為此，對電池組進(jìn)行過(guò)充電，使電池組中的每個(gè)單電池都處于充足電狀態(tài)，這一充電過(guò)程稱(chēng)為均衡充電。
當電池組浮充電壓偏低或電池放電后需要再充電，或電池組容量不足時(shí)，需要對電池組進(jìn)行均衡充電（簡(jiǎn)稱(chēng)均充），合適的均充電壓和均充頻率是保證電池長(cháng)壽命的基礎。對VRLA電池平時(shí)不建議均充，均充電壓與環(huán)境溫度有關(guān)。當電池放電后，特別是深放電后，不管是采用浮充電壓還是采用均充電壓，均應注意限流，防止充電電流過(guò)大損壞電池造成事故。
由于浮充使用和無(wú)人值守，要求使用VRLA電池的充電機具有如下功能：自動(dòng)穩流，恒壓限流，高溫報警，紋波系數不大于5％，故障報警，浮充／均充自動(dòng)轉換。其中值得注意的是不同紋波系數下浮充電壓峰值，25℃電池充電電壓超過(guò)2.40V／只時(shí)，將導致電池的水被分解，浮充電壓與充電機紋波系數不相匹配時(shí)，有可能導致電池腐蝕加快和失水量增加而使電池提早失效。
3.3浮充運行
在電源系統中，電池總是在線(xiàn)備用工作的，這樣電池基本處于長(cháng)期的浮充狀態(tài)中，浮充電壓的選取對電池的長(cháng)期可靠運行起著(zhù)至關(guān)重要的作用。正如前面看到的，偏高的浮充電壓會(huì )造成電池緩慢失水并產(chǎn)生熱失控而使電池失效；偏低的浮充電壓會(huì )造成電池長(cháng)期處于充不飽電的狀態(tài)，使電池發(fā)生硫酸化而導致電池失效。正確的浮充電壓一般應選在2.23V－2.25V/單體，并應隨同電池工作溫度進(jìn)行相應調整。由于電池生產(chǎn)廠(chǎng)家的不同，這一參數會(huì )有一些差異，應嚴格按照廠(chǎng)家提供的參數選取。圖1是某廠(chǎng)家電池浮充電壓同溫度的關(guān)系曲線(xiàn)。
圖1浮充電壓和溫度的關(guān)系曲線(xiàn)
VRLA電池浮充電壓的選擇是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。浮充電壓直接影響電池的使用壽命和可靠性，浮充電壓在電池安裝時(shí)設定，使用過(guò)程中許多用戶(hù)并不按溫度變化調整，因此選擇合適的浮充電壓尤為重要。不同VRLA電池生產(chǎn)廠(chǎng)家設定的浮充電壓從2.23V－2.35V／只不等，究竟選擇何值合適？下面從理論和實(shí)踐經(jīng)驗兩方面進(jìn)行討論。
浮充電壓是為了補充電池自放電而設定的充電電壓，其選擇原則是使正板柵合金陽(yáng)極氧化電位處于腐蝕電流最小的電位區。鉛的陽(yáng)極氧化電位和氧化電流密度關(guān)系中，不同的正板柵合金其陽(yáng)極氧化腐蝕電流最小的電位區不同，浮充電壓值也不同。對富液式電池，正極板柵一般采用Pb-Sb合金，電池浮充電壓比開(kāi)路電壓高l00Mv。例如，防酸式電池開(kāi)路電壓為2.05V－2.07V，浮充電壓為2.15V－2.17V；對VRLA電池，由于合金不同，浮充電壓選定值也不同，Pb-Sb合金系列電池浮充電壓為2.23V－2.27V／只，Pb-Ca合金系列電池浮充電壓為2.23V－2.35V／只。初期的VRLA電池浮充電壓值比較高，用戶(hù)和制造廠(chǎng)家均認為較高的浮充電壓導致了電池腐蝕加快和失水，引起電池早期容量失效。因此，經(jīng)過(guò)多年的使用，VRLA電池采用低浮充電壓被認為是防止VRLA電池早期失效的途徑之一。有關(guān)專(zhuān)家和生產(chǎn)廠(chǎng)技術(shù)人員認為VRLA電池浮充值偏低較好，寧愿電池欠充，也要防止過(guò)充。
在一個(gè)電池組中，電池總是串聯(lián)充電的，由于電池總是存在個(gè)體差異的，每個(gè)電池的端電壓不會(huì )嚴格一致。為保證電池組中每個(gè)電池的長(cháng)期安全運行，必須保證電池組中每個(gè)電池的浮充端電壓都處于正確的范圍，均衡充電是經(jīng)常采用的方法，通過(guò)適當的過(guò)充電來(lái)保證電池組中落后電池充足電。這一方法由于要對電池組過(guò)充電，應限制使用，應使用單個(gè)電池補充充電代替均衡充電，如果必須對電池組進(jìn)行均衡充電，必須嚴格控制均衡充電電壓。均衡充電的電壓應嚴格按照電池生產(chǎn)廠(chǎng)的規定選取。
3.4放電
放電電流不宜過(guò)大，更要避免短路放電。
放電時(shí)，蓄電池端電壓不要低于終止電壓，以防蓄電池過(guò)度放電導致蓄電池性能下降和壽命縮短。
放電后，應該及時(shí)充電。不允許蓄電池在放電狀態(tài)下長(cháng)期擱置。
3.5儲存
蓄電池所能釋放的實(shí)際容量與溫度直接相關(guān)，溫度越低，蓄電池所能釋放的實(shí)際容量越小，即蓄電池的使用效率越低。溫度特性可參看電池廠(chǎng)家提供的電池溫度特性指標。
蓄電池的儲藏時(shí)間越長(cháng)，可供實(shí)際利用的容量越小。儲藏的溫度越高，容量降低得越快。為此，應該對長(cháng)期不用的蓄電池定期充電，以利于電池的使用和延長(cháng)壽命。儲藏特性可參看電池廠(chǎng)家提供的電池儲存特性指標。
蓄電池應儲存在清潔，通風(fēng)良好，環(huán)境溫度適宜的庫房?jì)?；要遠離熱源，避免陽(yáng)光照射。蓄電池應該定期正常充電。UPS電源長(cháng)時(shí)間不用時(shí)應該定期開(kāi)機充電。
4日常維護
?。?/span>1）每季度檢測一次每只電池單體浮充電壓、電池外殼或極柱溫度，發(fā)現浮充電壓升高或溫度過(guò)高時(shí)，應按說(shuō)明書(shū)處理或向廠(chǎng)家提出并處理。
?。?/span>2）每年或每?jì)赡赀M(jìn)行一次容量放電，如果容量不足，應及時(shí)向廠(chǎng)家提出并處理。
?。?/span>3）平時(shí)不建議均充，電池放電后或事故停電后，管理人員應及時(shí)到電池室，對電池進(jìn)行均衡充電，并檢查充電機充電電流，防止充電電流過(guò)大。
?。?/span>4）每半年或經(jīng)常檢查極柱連接螺栓是否松動(dòng)，清理電池上的灰塵，特別是極柱和連接條上的塵土，防止電池漏電或接地，同時(shí)觀(guān)察電池外觀(guān)有無(wú)異常，如有異常應及時(shí)處理。
5總結
UPS的使用將會(huì )越來(lái)越廣泛，UPS蓄電池的正確選擇與維護直接關(guān)系到UPS系統工作穩定性，一定要非常重視。
責任編輯：Kelly
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