UPS用蓄电池的选择和充电模式的研究

　　蓄电池的故障占UPS系统总体故障的40%以上，它是整个UPS 系统中平均无故障时间(MrIBF)最短的器件之一。因此，UPS 电池的选择和充电模式的研究，不仅关系到经济成本问题，还直接影响UPS 电源的不间断供电。

　　1 UPS电池的种类和工作原理

　　UPS要求所选用的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性。目前，在线运行的蓄电池基本上有两种，它们都属于铅酸蓄电池。

　　1). 防酸隔爆铅酸蓄电池

　　这种电池在早期的UPS系统中使用较多，只要维护得当，会有较长的使用寿命，但由于在运行中存在大量的电解液水分散失，需经常性地测量电解液的温度、密度，往电池内部添加蒸馏水，维护工作量极大，现在的UPS系统中已很少配用。

　　电池化学反应式如下：

　　PbO2+2H2SO4+Pb = PbSO4+2 H2O+PbSO4

　　由此化学反应式得知，铅酸蓄电池在放电之后，电解液因与正负极板生成PbSO而耗用硫酸，其结果电解液比重下降。反之充电时，正负极板之硫酸铅中之硫酸渐渐被释出，电解液硫酸浓度逐渐加大而比重上升。通常一般铅酸电池于充电末期，正负极板都已还原成二氧化铅及海绵状铅，此后之充电几乎是在电解电解液之水而生成氧气(阳极)及氢气(阴极)逸出，其结果电解液减少，此所以为一般液式铅酸电池需要经常补水之原因。

　　2). 阀控式密封铅酸蓄电池(VIqLA)

　　因其体积较小，密封性能好、绝少维护而被广泛应用于各类UPS电源中。VRLA防止电池内部电解液流动有两种技术方法：一种技术是将硫酸电解液与SiO：胶体混合后充满电池内部，制成胶体电池(简称GEL)。这类产品产量较低，约占VRLA电池总量的15% ;另一种技术是利用超细玻璃棉将电解液不饱和地吸附住，制成吸液式电池或贫液式电池(简称AGM)。由于后者具有较好的大电流放电性能，在UPS系统中较多采用，国内厂家也大多生产AGM 蓄电池。

　　一般阀控式密封铅酸蓄电池工作过程中阳极产生氧气，而阴极尚未变成海绵状铅，亦即尚未充电完成，所以并未产生氢气，此时阳极产生之氧气迅速与阴极作用还原成水，是故水份不损耗，此即阀调式铅酸电池免保养理由。

　　2 UPS电池的性能指标

　　① 容量：表示电池在充满电的情况下的储能多少，用放电电流与放电时间的乘积来表示。C窖量(C)=I放电电蠢(A)×T城电时问(h)

　　② 放电功率：表示放电至终止的电流的大小或时间的快慢，可用电流来表示。如一个6.5AH的电池，充满之后以325mA恒流放电，经过20小时后达到其放电终止电压，放电率若以电流来表示则为0.325安率;若以放电时间来表示则为20小时放电率。

　　③放电电流：放电电流就是电池的输出电流，它除了用安培来表示外，通常也用电池的容量乘以某个系数来表示。如对于6.5AH 的电池，0.1C的放电电流的实际值为0.1×6.5=

　　0.65A。

　　④放电终止电压：表示电池不允许再放出电能时的电压，通常为1.75V/单格。

　　⑤标称容量：表示在20小时放电率下所测定的容量。

　　⑥自放电率：电池在不用时其内部也会消耗能量，一般以×××C/天来表示，如0.08C/天。

　　3 UPS电池的容量选择

　　蓄电池容量的确定是UPS 系统设计的重要内容。过高和过低的电池容量对于UPS 系统的运行都是不利的。容量过高，则增加投资成本，且易导致电池小电流深放电，造成电池永久性的损坏;容量过低，则不能满足负载不间断供电的要求，且大电流的充放电将缩短电池使用寿命。所以，正确选择与UPS 容量和负载容量相适应的蓄电池容量是控制UPS 系统投资成本，保证不间断供电可靠性的关键。

　　3.1 蓄电池放电时间的确定

　　UPS 根据后备时间可分为标准型和长效型两种。一般来说，标准型机内带有电池组，在停电后可以持续较短时间的供电，一般不超过25 rain;长效型机内不带电池，用户可外接多组电池，以满足长时间停电时持续供电的需要，一般满载配置可达数小时以上。

　　UPS电池后备时间确定的主要依据是市电供电类别。不同的供电类别，蓄电池的后备时间是不同的。一类市电供电的UPS，可按后备时间0.5 h- 1 h配置;二类市电供电的UPS，可按后备时间1 h- 2 h配置;三类市电供电的UPS，可按后备时间2 h-8 h配置;四类市电供电的UPS，可按后备时间8 h-10 h配置。然而，电池后备时间受电池成本、安装空间、回充时间等因素的限制，大多数UPS电池后备时间以不超过2 h为宜。在电力环境较差、停电较频繁的地区，可以采用UPS与发电机配合供电的方式，提高UPS供电可靠性。

　　3.2 UPS电池容量计算

　　掌握UPS电池的容量计算方法，对选购电池很有帮助。UPS电池容量在负载一定时，可依下列公式计算：

　　C=WT/( Ef ηVf)

　　C：电池容量(Ah)

　　W：负载容量(W)

　　T：放电时间(h)

　　Ef：机器转换效率(约0.6～0.75)

　　η： 电池放电效率(约0.7～0.8)

　　Vf ：机器截止电压

　　4 UPS电池的充电模式

　　4.1 恒流充电

　　恒流充电是用分段恒流的方法进行充电。一般是通过充电装置自身调整来实现的。可以任意选择和调整充电电流，适应性较强，特别适用于小电流长时间充电，也有利于容量恢复较慢的蓄电池充电。缺点是初始充电电流过小，充电后期充电电流又过大充电时间长、析出气体多、对极板的冲击较大、能耗较高、效率较低(不超过65%)，在充电过程中需有人看守，一般在初充电和在小电流进行去硫充电才使用。因恒流充电的变型是分段恒流充电，所以充电时为避免充电后期电流过大，应及时调整充电电流，还应注意充电电流的大小、充电时间、转换电流的时机及充电终止电压的选取等，应严格按照充电的规范(表1)来操作。