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UPS供电系统中蓄电池的使用与维护

来源:《UPS应用》杂志 作者:包东智 更新时间:2010-3-24 17:05:59

摘要:UPS供电系统中蓄电池的合理使用和工作寿命与供电系统的可靠性密切相关。文中阐述了蓄电池的正确使用和维护方法。

  通信系统中各类网络设备对供电质量的要求越来越高,而通信设备的正常工作必须要有安全可靠的供电系统作为保障。蓄电池是UPS供电系统中的一个重要组成部分,蓄电池组配备得是否合理和如何正确使用维护,最终决定着UPS供电系统及其电源保护作用的发挥。但在使用UPS供电系统的过程中,人们往往片面地认为阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池是免维护的,对维护工作不予以重视。正是由于对蓄电池的不合理使用,造成了蓄电池的电解液干涸、热失控、早期容量损失、内部短路等问题的出现,进而严重影响到供电系统的可靠性。有资料表明,由于蓄电池故障引起UPS系统故障或工作不正常的比例大约为30%~50%。由此可见,加强对UPS电池的正确使用与维护,对延长蓄电池的使用寿命,降低UPS供电系统故障率,起到重要作用。
  
  1  阀控式密封铅酸蓄电池的特点
  
  UPS供电系统中大多采用阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池,该电池是一种将化学能和电能相互转化的装置。蓄电池需先用直流电源对其充电,将电能转化为化学能储存起来,当市电超限或中断时,再将化学能转变为电能供电给UPS逆变器。
  
  阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理,基本上沿袭了传统的铅酸蓄电池,其正极活性物质是二氧化铅(PbO2),负极活性物质是海绵状铅(Pb),电解液是稀硫酸(H2S04)。
  
  普通的铅酸蓄电池在充电过程中存在水分解反应,正极析出氧气,负极析出氢气。当正极充电到70%时,开始析出氧气,负极充电到90%时开始析出氢气,由于氢、氧气的析出,如果反应产生的气体不能重新复合成水,电池就会失水干涸。
  
  阀控式密封铅酸蓄电池在结构、材料上作了重要的改进:正极板栅采用铅钙锡铝四元合金或低锑多元合金,负极板栅采用铅钙锡铝四元合金,隔板采用超细玻璃纤维棉(AGM),并使用紧密装配和贫液设计,在电池的上盖中设置了一个单向的安全阀。这种电池结构,由于采用铅钙锡铝四元合金,提高了负极析氢过电位值,从而抑制氢气的析出。同时,采用特制安全阀使电池保持一定的内压,采用AGM隔板,利用阴极吸收技术,通过贫液式设计,在正负极之间和隔板之间预留气体通道。因此在规定充电电压下进行充电时,正极析出的氧(O2)可通过隔板通道传送到负极板表面,还原为水(H2O)。
  
  这是阀控式密封铅蓄电池特有的内部氧循环反应机理,在这种充电过程中,电解液中的水几乎不损失,使电池在使用过程中不需加水。
  
  目前,阀控式密封铅酸蓄电池有两类,即分别采用超细玻璃纤维棉(AGM)隔板和硅凝胶二种不同方式来"固定"电解液。它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封,但给正极析出的氧气到达负极提供的通道是不同的。对AGM密封铅酸蓄电池而言,AGM隔膜中虽然保持了电池的大部分电解液,但必须使10%的隔膜孔隙中不进入电解液。正极生成的氧气就是通过这部分孔隙到达负极而被负极吸收的。对胶体密封铅酸蓄电池而言,电池内的硅凝胶是以SiO2质点作为骨架构成的三维多孔网状结构,它将电解液包含在里边。电池灌注的硅溶胶变成凝胶后,骨架要进一步收缩,使凝胶出现裂缝贯穿于正负极板之间,给正极析出的氧气提供了到达负极的通道。
  
  由此看出,两种电池的区别就在于电解液的"固定"方式和提供氧气到达负极的通道有所不同,因而两种电池的性能也各有千秋。
  
  2  蓄电池的配置与选择
   
  UPS之所以能实现不间断供电,就是因为有了蓄电池。在设计UPS供电系统时,首先应考虑蓄电池的性能,即蓄电池的额定电压、额定容量及应由多少节蓄电池组合等重要部分。
  
  2.1  额定容量选择
  

  蓄电池的容量一般是指在20℃,以20h放电率放电到1.75V/单体时,蓄电池输出的功率数。
  
  (1)单体电池容量计算公式
  
  P=UPS容量×l000×负载功率因数)/(逆变效率×电池节数)
  
  其中,P为每节电池的放电功率;UPS容量为每台UPS的标称容量,以kVA计,负载功率因数一般取0.8;逆变效率为UPS逆变器的效率,通常为90%~95%之间;电池节数通常为6或12的倍数。
  
  (2)查找放电功率数
  
  根据P值查找对应的各型号电池放电到单体电压为1.65~1.75V时放电功率数。
  
  (3)确定选用电池组数
  
  根据上述功率数,对参照原厂提供的放电功率表,确定选用几组电池。
  
  2.2指标选择
  
  (1)内阻 
  要选择内阻小的蓄电池,这样才能持续大电流放电,如果内阻较大,在充放电过程中功耗加大,使蓄电池发烫。
  
  (2)浮充电压 
  在相同温度下,浮充电压值高就意味着储存能量大,质量差的蓄电池浮充电压值一般较低。蓄电池浮充电压值在不同的温度时应进行修正。
  
  (3)大中型UPS中电池避免混接 
  在大中型UPS中采用2V单体系列蓄电池,避免采用小容量组合蓄电池进行混接。

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