UPS中蓄電池的幾個(gè)問題的探討

目前UPS已經(jīng)廣泛使用在各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，在通信、電子商務(wù)、金融、醫(yī)療、石化、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域起到重要的作用，不僅是保護(hù)UPS所帶的負(fù)載本身，更重要是保護(hù)負(fù)載所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，如電腦中的數(shù)據(jù)。蓄電池作為UPS中的重要組成部分，對于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間機(jī)器，一般約占UPS電源總成本的1/4，對于長時(shí)間UPS電源而言，蓄電池的成本可能超過UPS電源主機(jī)的成本。由于蓄電池本身或者電池管理上的原因，目前有許多UPS電源故障是由蓄電池引起（1/3）。因此有必要加強(qiáng)對蓄電池特性的了解，正確選配和使用蓄電池，盡可能地延長蓄電池的使用壽命。同時(shí)如何管理蓄電池成為各個(gè)UPS廠家重點(diǎn)研究的問題。

2 蓄電池的特性

2.1 鉛酸蓄電池的工作原理

UPS中蓄電池大多采用鉛酸蓄電池（下同），蓄電池是一種將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，蓄電池需先用直流電源對其充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，蓄電池陽極的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2）陰極的活性物質(zhì)是是鉛(Pb)，電解液是稀硫酸(H2SO4)。

電池是由單個(gè)的“原電池”組成，每個(gè)原電池的電壓大約是2V，一個(gè)12V的 電池由6個(gè)原電池組成。

2.2 免維護(hù)

封密式免維護(hù)鉛酸蓄電池，具有敞口式鉛酸蓄電池所有的優(yōu)點(diǎn)，所謂免維護(hù)，是相對敞口式電池需要經(jīng)常加水而言的。整個(gè)蓄電池是全封閉的（電池的氧化還原反應(yīng)均在密閉的外殼內(nèi)部循環(huán)進(jìn)行），因此免維電池沒有“有害氣體”溢出。不需進(jìn)行加水等日常的運(yùn)行維護(hù)?？梢园惭b在主機(jī)房，適合無人之手值守機(jī)房。

2.3 電池容量與放電率的關(guān)系

蓄電池的容量是指它的蓄電能力。它是以充足了電的蓄電池，放電至規(guī)定的終止電壓的電量。標(biāo)準(zhǔn)YD/T799-2002規(guī)定2V、6V、12V密封蓄電池的額定容量均為標(biāo)準(zhǔn)溫度下（25℃）10小時(shí)放電率（I=0.1C10A）的容量。該標(biāo)準(zhǔn)明確指出6V、12V蓄電池的容量以10h放電率為基準(zhǔn)。但是老的行業(yè)慣例并且目前絕大部分廠家為：對于2V電池，是以10小時(shí)放電率（I=0.1C10A）來定義容量，而對于6V和12V電池，則以20小時(shí)放電率（I=0.05C20A）的容量。

放電率與容量的關(guān)系：蓄電池放出的容量隨放電電流的增大而減少。高放電過程是極板表面的有效物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)制性的變化，生成的硫酸鉛很容易堵塞極板上的小孔，極板深層的有效物質(zhì)就沒有參加化學(xué)反應(yīng)。這樣蓄電池的內(nèi)阻增大，電壓下降就快，使電池不能放出全部的容量。

10h放電率放出容量為100％，20h放電率放出容量為105％，而3h放電率放出容量為75％，1h放電率放出容量為52％。放電電流與容量的關(guān)系可由下式?jīng)Q定：

Q=Q0(I/I0)n-1

式中Q——I放電電流時(shí)的容量（Ah）

Q0——10h放電率時(shí)的額定容量（Ah）

I0——10h放電率的額定放電電流（A）

I——非10h放電率的放電電流（A）

n——蓄電池放電容量指數(shù)，其值為I/I0＜3　n=1.313; I/I0≥3, n="1".414

以上意味著以10h放電率定義容量的蓄電池比20h放電率定義容量的電池的容量更足一些。在其它條件相同的條件下，則前者的成本更高些。

2.4 溫度與容量的關(guān)系

一般情況下，容量與溫度有如下關(guān)系：

C25---25℃時(shí)蓄電池的放電容量（Ah）

Ct---t℃時(shí)蓄電池的放電容量（Ah）

t---電解液的平均溫度（℃）

上式適應(yīng)電解液溫度為－15℃～35℃。若溫度低于，則容量減少更為顯著，當(dāng)溫度超過35℃時(shí)，則容量反而減少。

特別對于室外型UPS用的蓄電池，如果需要盡可能充分利用蓄電池的容量，必須改善電池的外殼溫度。

2.5 電解液數(shù)量和濃度與容量的關(guān)系

適當(dāng)增加電解液數(shù)量和提高電解液的濃度，可以增加電池的容量，但必須在允許范圍，否則會(huì)加速極板的腐蝕，縮短電池的壽命。

2.6 極板面積與容量的關(guān)系

對于一定厚度的極板，面積越大，參加反應(yīng)的有效物質(zhì)越多，電池的容量越大。

2.7 欠充電與容量的關(guān)系

幾次欠充電后，極板深層的硫酸鉛不能還原，負(fù)極板將硫化，極板的有效物質(zhì)減少則電池容量減少，所以電池不能長期處于欠充電狀態(tài)。對于配置電池容量較大的長延時(shí)UPS特別在停電比較頻繁的地方使用，充電器的容量必須足夠。

2.8 放電率與終止電壓的關(guān)系

蓄電池放電時(shí)電壓不能低于終止電壓，否則會(huì)損害電池壽命。放電電流與終止電壓關(guān)系如下表：

2.9 浮充與均充

由于電解液和極板中存在有雜質(zhì)，這種雜質(zhì)會(huì)在極板上形成局部放電，這種局部放電現(xiàn)象就是“自放電”，自放電隨電池的老化程度而加劇。浮充電就是將充足電的蓄電池組與充電器同時(shí)并接在直流母線上，以補(bǔ)充電池的自放電，大體上使蓄電池經(jīng)常保持在充滿電的狀態(tài)。浮充電的電壓各個(gè)廠家稍有不同，在2.15