文中以UPS电源使用为背景,以双登UPS铅酸蓄电池选型为例,介绍了其蓄电池型号选择原则,指出影响UPS电池使用寿命的几种因素,同时提出了UPS电池的正确使用方法及维护措施,以科学的手段使UPS可靠、稳定的运行。

　　UPS主要为PC、计算机网络系统或其它电力、电子设备等提供不间断电能。当市电中断(事故停电)时,UPS电池通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电,使负载维持正常工作并保护负载软件、硬件、存储信息不受损坏。

　　随着信息时代的来临,计算机和大量通信设备飞速发展,电源系统的可靠性直接关系着这些设备能否稳定!UPS广泛应用于金融、电力、通信中心机房、航天、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备等领域,如果市电中断(事故停电)时,没有UPS或UPS电池无法正常工作,会造成电脑信息丢失的巨大损失。所以人们将UPS称为电脑的“保护神”,将UPS电池比喻为UPS的“心脏”以形容其重要性。UPS电池的重要性决定了其必须具有较高的可靠性与恒功率放电特性(10min、15min恒功率放电最具代表性)以及寿命才能有效履行其使命。

　　目前,提高UPS的使用性能,延长其使用寿命亟待解决。蓄电池作为UPS的重要组成部件,提高其使用性能变得至关重要,本文以UPS电池选型为例,介绍了其蓄电池型号选择原则,指出影响UPS电池使用寿命的几种因素,同时提出了UPS电池的正确使用方法及维护措施,以科学的手段使UPS可靠、稳定地运行。

　　1 UPS电池选型及电池容量计算

　　正确的选择UPS后备电池容量,对UPS的正常运行至关重要。电池容量选择偏小不仅不能满足UPS后备时间,还会因电池放电倍率太大,严重影响电池的性能及使用寿命,同时给系统的稳定运行带来极大的隐患。

　　蓄电池容量C(Ah)是指在标准环境温度下,电池在给定时间达到放电终止电压时,可提供的电流I(A)与持续放电时间t(h)的乘积。

　　蓄电池容量C(Ah)=电流I(A)×持续放电时间t(h)即:

　　蓄电池是通过UPS的逆变器向负载放电,由于UPS向负载供电功率是恒定的,所以电池也是恒功率放电。在为UPS选择电池时,其主机容量、蓄电池功率、备电时间、电池容量等都是重要的参数。因此,在UPS系统中后备电源选型方法中最普遍的方法是恒功率法。这种方法比较简便,根据UPS功率计算得出每单体蓄电池所要承受的恒功率放电值,查找蓄电池厂家提供的恒功率放电参数中对应的备用时间与放电终止电压要求,查找出厂家提供的恒功率放电参数中对应时间、终止电压值、恒功率参数均达到要求的蓄电池型号。首先计算在后备时间内,每个2V单体电池至少应向UPS提供的恒功率。

　　恒功率P(nc)计算公式为:

　　式中,P(VA)—UPS标称容量(VA);

　　PF—UPS功率因数;

　　η—逆变器转换效率;

　　n—机器配置的电池数量;

　　N—单体电池数量。

　　我们可以在恒功率放电参数表中,找出等于或者稍大于P(nc)的功率值,这一功率值所对应的型号即能够满足UPS系统的要求。如果表中所列的功率值均小于P(nc).可以通过两组电池并联的方式达到要求。我们以双登12VUPS电池选型计算为例详细说明上述问题。

　　假设UPS功率为P(VA)=80kVA,电池后备时间为15min,负载功率因数PF=0.9,逆变器转换效率η=0.94,UPS直流电压为384V,放电终止电压为1.67V/单格,蓄电池应如何配置?

　　UPS直流电压为384V,可以确定12V电池的只数N=384/12=32只,1只双登12VUPS电池单体数n=6.由此我们可以确定每个单体电池的放电功率为:

　　因此,备电时间为15min,放电终止电压为1.67V,其电池功率至少需398.2W,综合成本因素,从表1查到,选用6-GFM-100H电池即符合需求。

　　2 影响UPS电池使用寿命的因素

　　目前UPS使用的电池基本上为免维护铅酸蓄电池,其浮充使用设计寿命一般可达7～15年,铅酸蓄电池的使用寿命与放电次数、放电深度、工作温度、浮充电压及放电电流有着直接的关系。

　　(1)放电深度与放电次数

　　铅蓄电池反复地大量放出蓄电池电量(深放电)将缩短电池寿命,寿命与放电深度和放电次数的关系可以用图1表示。

　　(2)工作温度

　　蓄电池浮充使用时的充电电压与环境温度有关,当温度升高时,充电电压应降低,以防止造成过充电;当环境温度降低时,充电电压应提高,以防止充电不足,温度与充电电压的关系曲线可以用图2表示。工作温度对电池的容量影响较大,随着环境温度的降低容量减小。环境温度变化1℃时的电池容量变化称为容量的温度系数,温度与容量的关系曲线可以用图3表示。

　　(3)放电电流

　　为了延长蓄电池的使用寿命,蓄电池的放电终止电压与放电电流应严格控制,以免产生过放电,放电后应立即进行补充电,以利于延长蓄电池的使用寿命。表2为在不同放电电流时推荐的放电终止电压值。

　　3 电池正确使用及维护

　　(1)电池存储:蓄电池贮存前应保持充足电状态

　　在储存期间蓄电池会因为自放电而失去一部分容量,表3为不同温度下的贮存时间规定。充放电的周期必须根据储存温度以及电池的实际情况确定,须2个月检查1次电池的开路电压。

　　如果开路电压低于12V,会对蓄电池产生损害,必须立即进行补充电。当储存温度超过25℃时,必须增加开路电压的测量次数。不论在任何情况下,蓄电池的浮充电压不应超过厂家给定的浮充值,并且要根据环境温度变化,随时利用电压调节系数±3mV/℃来调整浮充电压的数值。

　　(2)运行环境要求

　　电池使用环境的最佳温度为20～25℃,当温度增再加10℃,会导致电池的实际使用寿命缩短一半。温度过低,电池的内阻增大,其放电容量会降低。

　　(3)定期维护

　　为了确保蓄电池正常的使用寿命,应定期对蓄电池进行检查和维护。“定期”可分为按月、按季度和按年度三个时间阶段。表4为推荐定期检查项目。

　　(4)故障处理

　　表5为常见故障诊断及解决方法一览表。

　　4 结束语

　　随着大数据时代的到来,国家制定“互联网+”行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展,引导互联网企业拓展国际市场。UPS的使用将会越来越广泛,其正确配置、使用及维护直接关系到UPS系统工作的稳定性、数据的安全性。本文以UPS电池选型为例,介绍了其蓄电池型号选择原则,指出影响UPS电池使用寿命的几种因素,同时提出了UPS电池的正确使用方法及维护措施,以科学的手段使UPS可靠、稳定的运行。

　　作者简介

　　树荣亮(1988-),男,江苏泰州人,现任双登集团股份有限公司研发工程师,主要研究方向为数据中心高功率UPS电池、储能铅碳电池等。

　　责任编辑：DJ编辑