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(多图) UPS中蓄电池的几个问题的探讨

来源:电源世界/作者:谢凤华?? 2007年06月15日 ?? 收藏0

  1 引言

  目前UPS已经广泛使用在各个经济领域,在通信、电子商务、金融、医疗、石化、工业自动化等领域起到重要的作用,不仅是保护UPS所带的负载本身,更重要是保护负载所生产出来的产品,如电脑中的数据。蓄电池作为UPS中的重要组成部分,对于标准时间机器,一般约占UPS电源总成本的1/4,对于长时间UPS电源而言,蓄电池的成本可能超过UPS电源主机的成本。由于蓄电池本身或者电池管理上的原因,目前有许多UPS电源故障是由蓄电池引起(1/3)。因此有必要加强对蓄电池特性的了解,正确选配和使用蓄电池,尽可能地延长蓄电池的使用寿命。同时如何管理蓄电池成为各个UPS厂家重点研究的问题。

  2 蓄电池的特性

  2.1 铅酸蓄电池的工作原理

  UPS中蓄电池大多采用铅酸蓄电池(下同),蓄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,蓄电池阳极的活性物质是二氧化铅(PbO2)阴极的活性物质是是铅(Pb),电解液是稀硫酸(H2SO4)。

  电池是由单个的“原电池”组成,每个原电池的电压大约是2V,一个12V的

电池由6个原电池组成。

  2.2 免维护

  封密式免维护铅酸蓄电池,具有敞口式铅酸蓄电池所有的优点,所谓免维护,是相对敞口式电池需要经常加水而言的。整个蓄电池是全封闭的(电池的氧化还原反应均在密闭的外壳内部循环进行),因此免维电池没有“有害气体”溢出。不需进行加水等日常的运行维护。可以安装在主机房,适合无人之手值守机房。

  2.3 电池容量与放电率的关系

  蓄电池的容量是指它的蓄电能力。它是以充足了电的蓄电池,放电至规定的终止电压的电量。标准YD/T799-2002规定2V、6V、12V密封蓄电池的额定容量均为标准温度下(25℃)10小时放电率(I=0.1C10A)的容量。该标准明确指出6V、12V蓄电池的容量以10h放电率为基准。但是老的行业惯例并且目前绝大部分厂家为:对于2V电池,是以10小时放电率(I=0.1C10A)来定义容量,而对于6V和12V电池,则以20小时放电率(I=0.05C20A)的容量。

  放电率与容量的关系:蓄电池放出的容量随放电电流的增大而减少。高放电过程是极板表面的有效物质发生强制性的变化,生成的硫酸铅很容易堵塞极板上的小孔,极板深层的有效物质就没有参加化学反应。这样蓄电池的内阻增大,电压下降就快,使电池不能放出全部的容量。

  10h放电率放出容量为100%,20h放电率放出容量为105%,而3h放电率放出容量为75%,1h放电率放出容量为52%。放电电流与容量的关系可由下式决定:

  Q=Q0(I/I0)n-1

  式中Q——I放电电流时的容量(Ah)

  Q0——10h放电率时的额定容量(Ah)

  I0——10h放电率的额定放电电流(A)

  I——非10h放电率的放电电流(A)

  n——蓄电池放电容量指数,其值为I/I0<3 n=1.313; I/I0≥3, n="1".414

  以上意味着以10h放电率定义容量的蓄电池比20h放电率定义容量的电池的容量更足一些。在其它条件相同的条件下,则前者的成本更高些。

  2.4 温度与容量的关系

  一般情况下,容量与温度有如下关系:

  C25---25℃时蓄电池的放电容量(Ah)

  Ct---t℃时蓄电池的放电容量(Ah)

  t---电解液的平均温度(℃)

  上式适应电解液温度为-15℃~35℃。若温度低于,则容量减少更为显著,当温度超过35℃时,则容量反而减少。

  特别对于室外型UPS用的蓄电池,如果需要尽可能充分利用蓄电池的容量,必须改善电池的外壳温度。

  2.5 电解液数量和浓度与容量的关系

  适当增加电解液数量和提高电解液的浓度,可以增加电池的容量,但必须在允许范围,否则会加速极板的腐蚀,缩短电池的寿命。

  2.6 极板面积与容量的关系

  对于一定厚度的极板,面积越大,参加反应的有效物质越多,电池的容量越大。

  2.7 欠充电与容量的关系

  几次欠充电后,极板深层的硫酸铅不能还原,负极板将硫化,极板的有效物质减少则电池容量减少,所以电池不能长期处于欠充电状态。对于配置电池容量较大的长延时UPS特别在停电比较频繁的地方使用,充电器的容量必须足够。

  2.8 放电率与终止电压的关系

  蓄电池放电时电压不能低于终止电压,否则会损害电池寿命。放电电流与终止电压关系如下表:

放电电流与终止电压关系


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