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UPS用蓄电池的选择与维护

摘要 UPS用蓄电池的选择及维护是保障UPS系统正常工作的重要环节，如果根据UPS的特性及具体使用条件选择合适的蓄电池，并使用维护得当，可增加UPS系统的安全性并延长蓄电池使用寿命。
关键词 UPS用蓄电池 蓄电池维护 蓄电池选择

1．前言
随着通信、能源、信息高速公路、计算机数据中心等事业的飞速发展，作为不间断后备电源的UPS的用量也迅猛增加，同时UPS系统的安全可靠性也日益被大家所重视。据有关资料统计，45%的UPS故障是因蓄电池的损坏或使用不当所引起，本文对UPS系统用蓄电池的选择与维护进行介绍，供大家参考。
2．UPS后备用蓄电池的选择
2.1 UPS用蓄电池的使用条件
2.1.1 UPS蓄电池工作电压高，需要多只单体电池串联组成蓄电池组。
2.1.2 恒功率放电使用，即随着放电电压的降低，放电电流逐渐增加。
2.1.3 短时间大电流放电使用，UPS蓄电池后备时间通常为10min-1h，需要在启动放电瞬间就能输出较大的电量。
2.1.4 具有相对高的安全性要求（尤其对大型UPS而言）。
2.2 对UPS用蓄电池的要求
后备UPS后蓄电池组应具有以下特点：
2.2.1 稳定性
蓄电池在寿命终止前，每次放电时均应提供出平滑、稳定的放电曲线，且随着运行时间的增加，其有效容量应缓慢下降（见图一），即使在达到80%剩余容量后其容量衰减也应该是缓慢下降的。

图一 蓄电池容量与运行时间的关系
如出现有效容量在某一临界点突然下降（即突然死亡），则可能在没有准备的前提下，突然出现能量不足等问题，造成事故。以下几种情况，即是蓄电池容量在临界点突然下降，不具备很好的稳定性（见图二）。

图二 蓄电池容量与运行时间的关系
行业通常将剩余容量达到80%，作为蓄电池寿命终止的标志，不完全是因为80%容量不能满足负载要求，主要是因为电池剩余容量达到80%后，性能即开始出现不稳定，表现为容量下降开始急剧加大。
2.2.2 一致性
由于UPS用蓄电池组内单体蓄电池串联只数较多，如UPS输入电压为384V，用12V系列电池，需32只/组，使用2V系列电池，需192只/组，因此要求各单体电池具有很好的一致性，主要包括四个方面：
a.容量——要求误差范围≤5%
b.浮充电压——2V电池≤90mv，12V电池≤480mv
c.寿命——在寿命期间内，各电气性能参数变化规律基本一致。
d.内阻——按经验通常不超过30%
2.2.3 大电流放电性能
UPS 用蓄电池具有短时间、大电流放电的特点，且该放电过程为恒功率放电，放电时间通常小于1h。
2.2.4 较小的无效电压损耗
因UPS蓄电池大电流放电使用的特点，电池间连接线，UPS系统至负载的连线，各结点中的较小电阻增加，都会造成较大的电压降，该电压降的增加会造成UPS系统对负载提供的有效电压降低，缩短后备时间。
2.3 UPS用蓄电池的选择
选择UPS用蓄电池时，应综合考虑产品的技术特点、UPS容量及现场条件等因素：
2.3.1 技术因素
a.在设计寿命同等的条件下，优先考虑恒功率值大的产品；
b.UPS用蓄电池端子一定要采用铜蕊材质；
c.蓄电池组并联组数原则上不超过四组（含四组）；
d.对150KVA以下的UPS，建议使用6V、12V系列蓄电池，对150KVA以上UPS，在现场条件及资金允许的条件下，建议使用2V系列蓄电池；
e.蓄电池组中各单体蓄电池应具有较好的一致性（见2.2.2）；
f.蓄电池间连接线（排）截面积应加大，在1小时率放电条件下，连接压降小于8mv。
2.3.2 安装、机房环境因素
通常UPS蓄电池组内电池只数较多，在安装、机房环境因素应注意以下几点：
a.机房内应有空调设备，保证环境温度在20-25℃；
b.单体蓄电池及各组蓄电池之间留有散热通道；
c.如不能做到每只蓄电池监控，应尽量将监控点分散；
d.因蓄电池组工作电压高，避免短路隐患；
e.蓄电池组外加接地线。
f.正负出线端子间应有不小于10㎝的距离。
2.3.3 2V与6V、12V系列蓄电池的选择
2V与6V、12V蓄电池性能比较如下（见表一）：
表一

6V、12V系列
2V系列
1
并联组数多，建议不超过4组并联
并联组数少，电流分布均匀
2
寿命短，设计寿命3-5年
寿命长，设计寿命10-15年
3
稳定性差，内部3格或6格串联
稳定性好，单体2V结构
4
大电流放电性能好
大电流放电性能稍差
5
总投资少
总投资大，约高30-40%
6
抗恶劣使用环境差
抗恶劣使用环境好
在下列条件下，建议使用2V系列蓄电池：
a.要求供电等级高的项目，如大型计费、网管系统，国家级项目、银行系统等；
b.UPS容量超过150KVA；
c.使用环境恶劣，频繁停电或经常深度放电；
d.施工现场不便，更换设备工作量过大；
e.无专业维护人员及维护经验。
2.3.4 UPS配置蓄电池的容量计算方法
2.3.4.1 最大放电电流值法

PCOSφ
I最大=
η*E
式中：P是UPS电源的输出功率；COSφ是用户负载的功率因数，η是逆变器效率，E临界是蓄电池组的临界放电电压（对于12V电压，临界电压为10V）
例：一台120KVA的UPS，后备30分钟，需电池组UPS电源的蓄电池组由32块12V电池构成。

120×1000×伏安×0.8
I最大= = 333.3安培
0. 9×320伏

假设后备时间为30分钟，根据电池放电曲线，30分钟时放电速率0.92，则电池组容量（Ah）= 电池实际所属的放电电流÷电池组的放电速度=362Ah
跟据经验，需要在此基础上乘0.75校正因数
362×0.75=272Ah，由计算可选2组6GFM-VE155电池并联
2.3.4.2 恒功率计算法
公式如下：
PCOSφ
W=
η*N
式中：P是UPS电源的标称输出功率；COSφ是用户负载的功率因数，η是逆变器效率，N为在UPS中以2V单体电池来进行计算时所需要的串联电池个数。以一台300KVA的UPS，后备30分钟进行计算：

300×1000×伏安×0.8
W= = 1389瓦
0.9×192

以华达电池为例，30分钟，终止电压1.80V，6GFM-580电池30分钟每格提供功率=793瓦
1389瓦÷793瓦=1.75组，可选用2组电池并联。
3．UPS用蓄电池的使用维护
与通信用-48V系统蓄电池相比，UPS用蓄电池应给予更多的关注，在日常使用维护中，应把握UPS用蓄电池的具体特点，有针对性的开展工作。
3.1 蓄电池寿命终止条件
当达到以下条件之一时，即可认为蓄电池寿命终止或接近终止：
a.剩余容量小于80%；
b.在较短时间内，放电容量大幅度下降；
c.在正常浮充电时，有发热现象且浮充电电流明显增加；
d.落后电池数超过整组数量的25%。
3.2 影响UPS用蓄电池使用寿命的主要原因
3.2.1 环境温度过高
通常情况下，环境温度每增加10℃，蓄电池的使用寿命降低50%，尤其在UPS系统中，蓄电池数量多、摆放集中，环境温度的保持更加重要。
一般要求，UPS系统具有自动温度补偿功能，即温度每上升1℃（标准温度25℃），浮充电压应下调5mv/单格，反之则上调。
3.2.2 充电电压过高或过低
不同品牌的蓄电池浮充电压不完全一样，当浮充电压过高时，板栅腐蚀加快，失水量加大；当浮充电压过低时，蓄电池长期充电不饱和，形成“硫酸盐化”。
表二 蓄电池寿命与环境温度、浮充电压关系
温度（℃）

浮充电压（V）
不同温度的电池设计浮充寿命（年）
15℃
20℃
25℃
30℃
35℃
40℃
45℃
50℃
2.23
22.28
16.5
11.7
8.3
5.8
4.2
3.0
2.1
2.25
20.25
15.0
10.6
7.5
5.3
3.8
2.7
1.9
2.28
18.41
13.6
9.6
6.8
4.8
3.5
2.5
1.7
2.30
16.74
12.4
8.8
6.2
4.4
3.1
2.2
1.6
3.2.3 UPS充电器与蓄电池容量不匹配。
有的UPS厂家为了共用充电器，将充电器功率做大，针对不同的蓄电池配置，将充电器限流值调小，这样做的优点是可以满足不同蓄电池配置的要求，缺点是浪费成本，同时当充电器限流装置失效时，会损坏电池。还有的厂家为降低成本以正常配置或较小配置设计充电器，在后备时间过长或频繁停电时则会引起蓄电池长期充电不足。
3.2.4 纹波电流对蓄电池的影响
按照IEC标准，纹波电流系数在电池浮充时要小于5%，在电池均充时要小于20%。r =交流分量有效值/直流输出平均值×100%。纹波电流大于以上指标时会增加电池温升，加剧了电池正极板栅的腐蚀，增加失水量,减少了电池的使用寿命。
UPS整流器输出的纹波电流与整流器内部的可控硅参数的一致性（参数匹配、导通相位差）及可控硅的性能（反向漏电流、参数的温度漂移）等有关，还与滤波电解电容的参数和性能（漏电流、长期使用的可靠性及温度的影响）等有关。
因此，在UPS蓄电池的使用中，控制纹波电流系数尽量小，也是这延长蓄电池使用寿命的重要手段。
3.4 UPS蓄电池的使用维护要点
UPS蓄电池在使用维护中，要注意以下几点：
3.4.1 定期清洁蓄电池表面，保持环境温度20-25℃及良好通风条件。
3.4.2 定期做例行检查，检查项目包括：
● 单体及蓄电池组的浮充电压
● 连接处是否松动
● 电池外壳及极柱温度
● 极柱、安全阀周围是否有酸液及酸雾溢出。
● 蓄电池内阻
3.4.3 定期检查UPS纹波系数是否在规定范围内
3.4.4 当蓄电池放电后长期搁置、长时间过放电或出现落后电池时，应进行均衡充电，均衡充电电压及充电时间各厂家要求有所不同。
3.4.5 对接近寿命年限或出现寿命终止迹象的蓄电池组应给予更多的关注，可通过浮充电压及蓄电池内阻等参数进行判断，但最直接、最准确的办法还是通过放电进行测试，放电深度原则上不超过80%
目前，国内各蓄电池厂家也根据蓄电池不同的使用用途不断将产品细化，因此，本文不但是为了电信同行的交流，也希望能给蓄电池生产厂带来一点启示，生产出满足用户需要的产品。

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