延長(zhǎng)UPS蓄電池使用壽命的探析

王家美

【摘 要】蓄電池是UPS系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)UPS系統(tǒng)的可靠程度。本文重點(diǎn)分析影響UPS蓄電池使用壽命的幾方面原因，對(duì)于蓄電池的正確使用和維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】UPS蓄電池 放電深度 充放電

【中圖分類號(hào)】 TM912【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0007-01

一、引言

目前在UPS不間斷電源中，廣泛使用密封式免維護(hù)蓄電池作為儲(chǔ)存電能的裝置。當(dāng)市電中斷時(shí)，UPS電源將靠?jī)?chǔ)存在蓄電池中的能量維持其逆變器的正常工作。此時(shí)，蓄電池通過放電將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給UPS電源使用。市場(chǎng)上被廣泛使用的是密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，其價(jià)格比較昂貴，對(duì)于長(zhǎng)延時(shí)UPS電源而言，蓄電池的成本比較可觀。由此可見，正確地使用和維護(hù)好蓄電池組，盡可能地延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命非常重要，不可掉以輕心。如果維護(hù)使用正確的話，普及型蓄電池的壽命一般可達(dá)到3～5年，有些進(jìn)口蓄電池的壽命可達(dá)到10年左右。

二、蓄電池設(shè)計(jì)使用壽命

蓄電池的設(shè)計(jì)使用壽命指的是一種特定條件下的理論值（比如要求環(huán)境溫度為20～25℃，每個(gè)月的總放電量不超過額定的容量），而蓄電池實(shí)際壽命是與使用條件密切相關(guān)的，環(huán)境溫度、放電深度和斷電頻度等因素都對(duì)蓄電池實(shí)際使用壽命有著不同程度甚至很嚴(yán)重的影響。

目前蓄電池使用較多的是2V系列和12V系列。這兩種蓄電池的壽命差別較大，一般2V系列的壽命是8～15年，12V系列的設(shè)計(jì)壽命是3～6年。由于12V系列的蓄電池價(jià)格較便宜，目前在UPS系統(tǒng)中使用12V系列的蓄電池比例較高。

三、環(huán)境溫度對(duì)蓄電池使用壽命的影響

假如，在25℃時(shí)蓄電池的容量為100﹪；在25℃以下時(shí)，每下降10℃蓄電池的容量會(huì)減少一半；在25℃以下時(shí)，溫度與蓄電池容量的關(guān)系見表1所示。

從表1可以看出，蓄電池的容量是隨著溫度的變化而變化的，維護(hù)人員必須認(rèn)真做到根據(jù)實(shí)際溫度的變化合理地調(diào)整蓄電池的放電電流，同時(shí)要控制好蓄電池的溫度使用其保持在22～25℃范圍內(nèi)。

高溫使用環(huán)境是蓄電池的實(shí)際壽命不能達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的最主要原因。蓄電池溫度每升高10℃，恒定電壓下的充電電流的接受量將增加一倍，蓄電池壽命就會(huì)受過度充電總累積電量增加的影響而縮短。高溫時(shí)，浮充電流的增加加快了過充電量的積累，同時(shí)也加快了板柵腐蝕速度和氣體的生成析出，從而縮短了蓄電池的壽命。經(jīng)研究分析，蓄電池使用溫度每升高10℃，在恒定的浮充電壓下，蓄電池壽命會(huì)縮短50﹪。[1]

低溫環(huán)境同樣會(huì)對(duì)蓄電池產(chǎn)生有害影響。蓄電池負(fù)極活性物質(zhì)為絨狀鉛粒，充放電過程中，鉛的溶解和結(jié)晶在電板極反應(yīng)過程中占主要地位。具有化學(xué)活性的硫酸鉛是一種直徑為10-5～10-3cm的斜方形晶粒，如在低溫狀態(tài)下放電，極易產(chǎn)生細(xì)微的晶粒，這種粒子排列過于緊密，孔隙少，構(gòu)成細(xì)微致密的硫酸鉛層，減小了充電過程電極反應(yīng)面積，因此，在停電較為頻繁的地區(qū)，蓄電池會(huì)產(chǎn)生充電不足現(xiàn)象，長(zhǎng)期累積就可能導(dǎo)致負(fù)極板產(chǎn)生不可逆硫酸鹽化。

為將溫度對(duì)蓄電池壽命的影響減小到最低限度，一方面要求用戶安裝空調(diào)來改善蓄電池使用環(huán)境；另一方面建議選用溫度適應(yīng)性較廣的蓄電池。

四、放電深度對(duì)蓄電池使用壽命的影響

放電深度是按實(shí)際放電容量與相同放電倍率情況下的額定放電量的比率來衡量的。放電深度越大，蓄電池壽命越短。過度放電對(duì)蓄電池的危害主要表現(xiàn)為：正極板活性物質(zhì)軟化松動(dòng)，利用率下降；放電生成的硫酸鉛在充電式不能復(fù)原，導(dǎo)致蓄電池容量下降。實(shí)際使用過程中，由于蓄電池提供負(fù)載的放電電流本來就小，反應(yīng)生成物晶核生長(zhǎng)速度慢、數(shù)量少，放電時(shí)生成粗大硫酸鉛晶粒，充電式很難再硫酸溶液中溶解。

蓄電池的過放電會(huì)對(duì)蓄電池的使用壽命造成很大的影響，所以UPS系統(tǒng)的過放電保護(hù)功能也是其一項(xiàng)重要的指標(biāo)，過放電控制功能可以對(duì)蓄電池進(jìn)行過放電保護(hù)。即當(dāng)UPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)為蓄電池放電供電時(shí)，在蓄電池電壓低于設(shè)定的某一電壓值后，切斷耗電量較大的次要負(fù)載，以維持重要負(fù)載較長(zhǎng)的工作時(shí)間；在低于過放電控制電壓值后切斷所以負(fù)載，保護(hù)蓄電池防止過放電。為了提高系統(tǒng)的可靠性，一般要求過放電控制電路具備軟硬件雙重保護(hù)。

五、充電電壓對(duì)蓄電池使用壽命的影響

蓄電池的使用壽命與蓄電池的浮充電壓有很大的關(guān)系，浮充電壓過高，板柵腐蝕速度增加，電解液損失速度加快，蓄電池壽命縮短；浮充電壓過低，容易造成蓄電池充電不足，影響蓄電池容量。蓄電池的浮充電壓應(yīng)隨著溫度變化而調(diào)整。溫度升高，浮充電壓應(yīng)降低，如蓄電池浮充電壓不變，則浮充電流將增加，正極極化增大，板柵腐蝕速度隨之加快，蓄電池壽命就會(huì)縮短。溫度降低，需要提高充電電壓，否則會(huì)因低溫而使得蓄電池充電接受能力下降，而導(dǎo)致蓄電池充電不足，蓄電池壽命同樣會(huì)縮短。

為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，應(yīng)高度重視蓄電池的充放電控制。蓄電池的充電方式主要是浮充電和均衡充電兩種。為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，必須了解不同充電方式的充電特點(diǎn)和充電要求，嚴(yán)格按照要求對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

一般蓄電池投入使用的日期距出廠日期時(shí)間較長(zhǎng)，蓄電池經(jīng)過長(zhǎng)期的自放電，容量必然大量損失，并且由于單體蓄電池自放電大小的差異，致使蓄電池的比重、端電壓等出現(xiàn)不均衡，投入使用前應(yīng)用均充電壓進(jìn)行初充電，否則，個(gè)別蓄電池會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展成落后蓄電池并會(huì)導(dǎo)致整組蓄電池不可用。另外，如果蓄電池長(zhǎng)期不投入使用，閑置時(shí)間超過3個(gè)月后，應(yīng)該對(duì)蓄電池進(jìn)行一次補(bǔ)充電。

根據(jù)《電信電源維護(hù)規(guī)程》規(guī)定，蓄電池遇到下列情況之一時(shí)，應(yīng)進(jìn)行均衡充電：

⑴2只以上單體蓄電池的浮充電壓低于2.18V。

⑵放電深度超過20﹪。

⑶閑置不用的時(shí)間超過3個(gè)月。

⑷全浮充時(shí)間不超過3個(gè)月。

因此，為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，要檢測(cè)蓄電池放電情況，根據(jù)放電時(shí)間和放電電流積分計(jì)算放電容量，放電容量達(dá)到20﹪要能在監(jiān)控設(shè)備上記錄下來，并及時(shí)進(jìn)行均充。同時(shí)在蓄電池監(jiān)控設(shè)備上可以設(shè)置定期均充周期，一般推薦3個(gè)月。

六、充放電過程個(gè)別蓄電池端電壓不一致

有關(guān)的研究結(jié)果表明：板柵不同部位合金成分與結(jié)構(gòu)的分布均有所不同，因而會(huì)導(dǎo)致板柵電化學(xué)性能的不均衡性，這種不均衡性又會(huì)使在浮充和充、放電狀態(tài)下得電壓產(chǎn)生差異，且會(huì)隨著充、放電的循環(huán)往復(fù)，使用這種差異不斷增大，形成所謂的“落后蓄電池（蓄電池失效）”。目前國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)要求，在一組蓄電池中最大浮充電壓的差異應(yīng)≤50mV，所以應(yīng)重視并減小浮充狀態(tài)下蓄電池的電壓運(yùn)行的差異。[2]

蓄電池組每只蓄電池端電壓的一致性對(duì)整組蓄電池的性能有著直接的影響，由12V蓄電池組成的蓄電池組，各個(gè)蓄電池的開路電壓最高值與最低值之差為≤60mV，浮充電壓最高值與最低值之差為≤300mV。當(dāng)蓄電池處于浮充狀態(tài)下時(shí)，若個(gè)別蓄電池電壓<12.6V，則蓄電池內(nèi)部存在短路的可能；若個(gè)別蓄電池電壓>15.0V，蓄電池內(nèi)部則存在開路的可能。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)蓄電池的日常維護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)蓄電池電壓異常，應(yīng)及時(shí)財(cái)采取措施處理，如均衡充電或更換蓄電池。

七、結(jié)束語(yǔ)

廣播發(fā)射臺(tái)站使用了大量了蓄電池，由于蓄電池屬于免維護(hù)設(shè)備，實(shí)際工作中，廣大技術(shù)維護(hù)人員往往忽略了蓄電池的檢查維護(hù)，更是很少關(guān)注如何提高蓄電池使用壽命，希望本文能對(duì)同行們有所借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華. UPS應(yīng)用與故障診斷.北京：中國(guó)電力出版社

[2] 王其英，劉秀榮.新型不停電電源的管理使用與維護(hù). 北京：人民郵電出版社