UPS用蓄電池的選擇和充電模式的研究
蓄電池的故障占UPS系統(tǒng)總體故障的40%以上,它是整個UPS 系統(tǒng)中平均無故障時間(MrIBF)最短的器件之一。因此,UPS 電池的選擇和充電模式的研究,不僅關(guān)系到經(jīng)濟成本問題,還直接影響UPS 電源的不間斷供電。
1 UPS電池的種類和工作原理
UPS要求所選用的蓄電池必須具有在短時間內(nèi)輸出大電流的特性。目前,在線運行的蓄電池基本上有兩種,它們都屬于鉛酸蓄電池。
1). 防酸隔爆鉛酸蓄電池
這種電池在早期的UPS系統(tǒng)中使用較多,只要維護得當(dāng),會有較長的使用壽命,但由于在運行中存在大量的電解液水分散失,需經(jīng)常性地測量電解液的溫度、密度,往電池內(nèi)部添加蒸餾水,維護工作量極大,現(xiàn)在的UPS系統(tǒng)中已很少配用。
電池化學(xué)反應(yīng)式如下:
PbO2+2H2SO4+Pb = PbSO4+2 H2O+PbSO4
由此化學(xué)反應(yīng)式得知,鉛酸蓄電池在放電之后,電解液因與正負極板生成PbSO而耗用硫酸,其結(jié)果電解液比重下降。反之充電時,正負極板之硫酸鉛中之硫酸漸漸被釋出,電解液硫酸濃度逐漸加大而比重上升。通常一般鉛酸電池于充電末期,正負極板都已還原成二氧化鉛及海綿狀鉛,此后之充電幾乎是在電解電解液之水而生成氧氣(陽極)及氫氣(陰極)逸出,其結(jié)果電解液減少,此所以為一般液式鉛酸電池需要經(jīng)常補水之原因。
2). 閥控式密封鉛酸蓄電池(VIqLA)
因其體積較小,密封性能好、絕少維護而被廣泛應(yīng)用于各類UPS電源中。VRLA防止電池內(nèi)部電解液流動有兩種技術(shù)方法:一種技術(shù)是將硫酸電解液與SiO:膠體混合后充滿電池內(nèi)部,制成膠體電池(簡稱GEL)。這類產(chǎn)品產(chǎn)量較低,約占VRLA電池總量的15% ;另一種技術(shù)是利用超細玻璃棉將電解液不飽和地吸附住,制成吸液式電池或貧液式電池(簡稱AGM)。由于后者具有較好的大電流放電性能,在UPS系統(tǒng)中較多采用,國內(nèi)廠家也大多生產(chǎn)AGM 蓄電池。
一般閥控式密封鉛酸蓄電池工作過程中陽極產(chǎn)生氧氣,而陰極尚未變成海綿狀鉛,亦即尚未充電完成,所以并未產(chǎn)生氫氣,此時陽極產(chǎn)生之氧氣迅速與陰極作用還原成水,是故水份不損耗,此即閥調(diào)式鉛酸電池免保養(yǎng)理由。
2 UPS電池的性能指標(biāo)
?、?容量:表示電池在充滿電的情況下的儲能多少,用放電電流與放電時間的乘積來表示。C窖量(C)=I放電電蠢(A)×T城電時問(h)
?、?放電功率:表示放電至終止的電流的大小或時間的快慢,可用電流來表示。如一個6.5AH的電池,充滿之后以325mA恒流放電,經(jīng)過20小時后達到其放電終止電壓,放電率若以電流來表示則為0.325安率;若以放電時間來表示則為20小時放電率。
?、鄯烹婋娏鳎悍烹婋娏骶褪请姵氐妮敵鲭娏?,它除了用安培來表示外,通常也用電池的容量乘以某個系數(shù)來表示。如對于6.5AH 的電池,0.1C的放電電流的實際值為0.1×6.5=
0.65A。
?、芊烹娊K止電壓:表示電池不允許再放出電能時的電壓,通常為1.75V/單格。
?、輼?biāo)稱容量:表示在20小時放電率下所測定的容量。
?、拮苑烹娐剩弘姵卦诓挥脮r其內(nèi)部也會消耗能量,一般以×××C/天來表示,如0.08C/天。
3 UPS電池的容量選擇
蓄電池容量的確定是UPS 系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容。過高和過低的電池容量對于UPS 系統(tǒng)的運行都是不利的。容量過高,則增加投資成本,且易導(dǎo)致電池小電流深放電,造成電池永久性的損壞;容量過低,則不能滿足負載不間斷供電的要求,且大電流的充放電將縮短電池使用壽命。所以,正確選擇與UPS 容量和負載容量相適應(yīng)的蓄電池容量是控制UPS 系統(tǒng)投資成本,保證不間斷供電可靠性的關(guān)鍵。
3.1 蓄電池放電時間的確定
UPS 根據(jù)后備時間可分為標(biāo)準(zhǔn)型和長效型兩種。一般來說,標(biāo)準(zhǔn)型機內(nèi)帶有電池組,在停電后可以持續(xù)較短時間的供電,一般不超過25 rain;長效型機內(nèi)不帶電池,用戶可外接多組電池,以滿足長時間停電時持續(xù)供電的需要,一般滿載配置可達數(shù)小時以上。
UPS電池后備時間確定的主要依據(jù)是市電供電類別。不同的供電類別,蓄電池的后備時間是不同的。一類市電供電的UPS,可按后備時間0.5 h- 1 h配置;二類市電供電的UPS,可按后備時間1 h- 2 h配置;三類市電供電的UPS,可按后備時間2 h-8 h配置;四類市電供電的UPS,可按后備時間8 h-10 h配置。然而,電池后備時間受電池成本、安裝空間、回充時間等因素的限制,大多數(shù)UPS電池后備時間以不超過2 h為宜。在電力環(huán)境較差、停電較頻繁的地區(qū),可以采用UPS與發(fā)電機配合供電的方式,提高UPS供電可靠性。
3.2 UPS電池容量計算
掌握UPS電池的容量計算方法,對選購電池很有幫助。UPS電池容量在負載一定時,可依下列公式計算:
C=WT/( Ef ηVf)
C:電池容量(Ah)
W:負載容量(W)
評論