1  概述

    隨著信息處理技術(shù)和微電子等精密技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)供電系統(tǒng)質(zhì)量和可靠性的要求也越來越高。因此，急需一種電壓穩(wěn)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(yīng)運(yùn)而生。UPS電源主要是交流—直流—交流變換系統(tǒng)。當(dāng)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(zhuǎn)換為交流給負(fù)載供電。當(dāng)交流電中斷時(shí),蓄電池的直流電立即經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換為交流給負(fù)載供電，以保證供電的連續(xù)性。而UPS系統(tǒng)中的蓄電池是重中之重，它的選擇與維護(hù)就變得非常重要。

    2  UPS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(jié)。該蓄電池放電終止電壓Ei為85V。

    計(jì)算蓄電池組的最大放電電流Imax。

（1）

    式中：P為UPS電源的額定視在功率；Cosφ為負(fù)載的功率因數(shù)；η為逆變器的效率。由放電特性曲線的橫軸延時(shí)時(shí)間要求和縱軸放電終止電壓查出放電速率XC。

    計(jì)算蓄電池組的安時(shí)數(shù)C1。

    C1＝Imax /XC                        （2）

    由溫度特性曲線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?jǐn)?shù)Y。

    計(jì)算最終蓄電池組的安時(shí)數(shù)C2，

    CC＝C1 ／Y                       （3）

    2.2 計(jì)算示例

    （1）已知條件

    UPS電源的額定視在功率P為1kVA；

    負(fù)載的功率因數(shù)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(jié)，該蓄電池組的放電終止電壓Ei為85V。

    （2）要求

    在UPS電源的使用溫度范圍（-10℃－40℃）內(nèi)，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(shù)。

    （3）蓄電池額定安時(shí)計(jì)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(jì)算蓄電池組的安時(shí)數(shù)C1＝23.52Ah；

    ④ 由溫度特性曲線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?jǐn)?shù)Y＝50％；

    ⑤ 將蓄電池組的安時(shí)數(shù)C1和可利用的電池容量百分?jǐn)?shù)Y值帶入式（3），計(jì)算最終蓄電池組的安時(shí)數(shù)C2＝47.04Ah；

    ⑥ 在上述已知條件和使用要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇蓄電池組的額定安時(shí)數(shù)為50Ah。

    由于蓄電池的特性因廠家不同而有差異，具體選用時(shí)必須依照廠家提供的說明書進(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，不同廠家的蓄電池不應(yīng)聯(lián)接在一起使用。

    聯(lián)接時(shí)，應(yīng)該使用絕緣性工具，以防意外造成正負(fù)極短路。

    蓄電池與充電器或負(fù)載聯(lián)接時(shí)，電路開關(guān)要位于斷開位置，蓄電池的正極應(yīng)與充電器或負(fù)載的正極聯(lián)接，蓄電池的負(fù)極應(yīng)與充電器或負(fù)載的負(fù)極聯(lián)接。

    聯(lián)接用的螺母、螺栓、墊圈與聯(lián)接線應(yīng)松緊適度、均勻，應(yīng)避免螺絲松動(dòng)和過緊。

    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為初充電，目的在于使電池在裝配過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(duì)已經(jīng)放過電的電池進(jìn)行充電稱為正常充電。

    浮充電。電池組與電源并聯(lián)連接到負(fù)載上，當(dāng)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(zhuǎn)換為交流電為負(fù)載供電。當(dāng)交流電源中斷時(shí)，蓄電池的直流電立即經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換為交流電給負(fù)載供電，以保證供電的連續(xù)性。這種蓄電池充電稱為浮充電。

均衡充電。電池在使用的過程中，往往會(huì)產(chǎn)生比重、容量、電壓等不均衡現(xiàn)象。導(dǎo)致電池組輸出電壓過低，輸出電量過小。為此，對(duì)電池組進(jìn)行過充電，使電池組中的每個(gè)單電池都處于充足電狀態(tài)，這一充電過程稱為均衡充電。

    當(dāng)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(duì)電池組進(jìn)行均衡充電（簡(jiǎn)稱均充），合適的均充電壓和均充頻率是保證電池長(zhǎng)壽命的基礎(chǔ)。對(duì)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(dāng)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(yīng)注意限流，防止充電電流過大損壞電池造成事故。

    由于浮充使用和無人值守，要求使用VRLA電池的充電機(jī)具有如下功能：自動(dòng)穩(wěn)流，恒壓限流，高溫報(bào)警，紋波系數(shù)不大于5％，故障報(bào)警，浮充／均充自動(dòng)轉(zhuǎn)換。其中值得注意的是不同紋波系數(shù)下浮充電壓峰值，25℃電池充電電壓超過2.40V／只時(shí)，將導(dǎo)致電池的水被分解，浮充電壓與充電機(jī)紋波系數(shù)不相匹配時(shí)，有可能導(dǎo)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(yùn)行

    在電源系統(tǒng)中，電池總是在線備用工作的，這樣電池基本處于長(zhǎng)期的浮充狀態(tài)中，浮充電壓的選取對(duì)電池的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行起著至關(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(zhǎng)期處于充不飽電的狀態(tài)，使電池發(fā)生硫酸化而導(dǎo)致電池失效。正確的浮充電壓一般應(yīng)選在2.23V－2.25V/單體，并應(yīng)隨同電池工作溫度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。由于電池生產(chǎn)廠家的不同，這一參數(shù)會(huì)有一些差異，應(yīng)嚴(yán)格按照廠家提供的參數(shù)選取。圖1是某廠家電池浮充電壓同溫度的關(guān)系曲線。

圖1　浮充電壓和溫度的關(guān)系曲線

    VRLA電池浮充電壓的選擇是一個(gè)值得探討的問題。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(shè)定，使用過程中許多用戶并不按溫度變化調(diào)整，因此選擇合適的浮充電壓尤為重要。不同VRLA電池生產(chǎn)廠家設(shè)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(yàn)兩方面進(jìn)行討論。

    浮充電壓是為了補(bǔ)充電池自放電而設(shè)定的充電電壓，其選擇原則是使正板柵合金陽極氧化電位處于腐蝕電流最小的電位區(qū)。鉛的陽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極氧化腐蝕電流最小的電位區(qū)不同，浮充電壓值也不同。對(duì)富液式電池，正極板柵一般采用Pb-Sb合金，電池浮充電壓比開路電壓高l00Mv。例如，防酸式電池開路電壓為2.05V－2.07V，浮充電壓為2.15V－2.17V；對(duì)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，用戶和制造廠家均認(rèn)為較高的浮充電壓導(dǎo)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)過多年的使用，VRLA電池采用低浮充電壓被認(rèn)為是防止VRLA電池早期失效的途徑之一。有關(guān)專家和生產(chǎn)廠技術(shù)人員認(rèn)為VRLA電池浮充值偏低較好，寧愿電池欠充，也要防止過充。

    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(yán)格一致。為保證電池組中每個(gè)電池的長(zhǎng)期安全運(yùn)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，通過適當(dāng)?shù)倪^充電來保證電池組中落后電池充足電。這一方法由于要對(duì)電池組過充電，應(yīng)限制使用，應(yīng)使用單個(gè)電池補(bǔ)充充電代替均衡充電，如果必須對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電，必須嚴(yán)格控制均衡充電電壓。均衡充電的電壓應(yīng)嚴(yán)格按照電池生產(chǎn)廠的規(guī)定選取。

    3.4 放電

    放電電流不宜過大，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，以防蓄電池過度放電導(dǎo)致蓄電池性能下降和壽命縮短。
放電后，應(yīng)該及時(shí)充電。不允許蓄電池在放電狀態(tài)下長(zhǎng)期擱置。

    3.5 儲(chǔ)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家提供的電池溫度特性指標(biāo)。

    蓄電池的儲(chǔ)藏時(shí)間越長(zhǎng)，可供實(shí)際利用的容量越小。儲(chǔ)藏的溫度越高，容量降低得越快。為此，應(yīng)該對(duì)長(zhǎng)期不用的蓄電池定期充電，以利于電池的使用和延長(zhǎng)壽命。儲(chǔ)藏特性可參看電池廠家提供的電池儲(chǔ)存特性指標(biāo)。

    蓄電池應(yīng)儲(chǔ)存在清潔，通風(fēng)良好，環(huán)境溫度適宜的庫(kù)房?jī)?nèi)；要遠(yuǎn)離熱源，避免陽光照射。蓄電池應(yīng)該定期正常充電。UPS電源長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)應(yīng)該定期開機(jī)充電。

    4  日常維護(hù)

    （1）每季度檢測(cè)一次每只電池單體浮充電壓、電池外殼或極柱溫度，發(fā)現(xiàn)浮充電壓升高或溫度過高時(shí)，應(yīng)按說明書處理或向廠家提出并處理。

    （2）每年或每?jī)赡赀M(jìn)行一次容量放電，如果容量不足，應(yīng)及時(shí)向廠家提出并處理。

    （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(yīng)及時(shí)到電池室，對(duì)電池進(jìn)行均衡充電，并檢查充電機(jī)充電電流，防止充電電流過大。

    （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)觀察電池外觀有無異常，如有異常應(yīng)及時(shí)處理。

    5 總結(jié)

    UPS的使用將會(huì)越來越廣泛，UPS蓄電池的正確選擇與維護(hù)直接關(guān)系到UPS系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，一定要非常重視�！�