UPS系統(tǒng)中蓄電池充電的研究

摘 要： 蓄電池這種儲(chǔ)能設(shè)備的問(wèn)世，推動(dòng)了UPS的誕生。在UPS技術(shù)中，蓄電池是不可或缺的構(gòu)成要件。UPS的蓄電池配套選擇和充電模式的研究，不僅關(guān)系到經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題，還直接影響UPS電源的不間斷供電性能。本文首先分析了配套UPS蓄電池的種類、工作原理及性能，隨后研究了UPS蓄電池的選型及充電模式。

關(guān)鍵詞：UPS；蓄電池；電池選型；充電模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.136

0 引言

配套的蓄電池是UPS系統(tǒng)不可或缺的構(gòu)成要件，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的可靠性而言，其良好的性能具有決定性的作用。同時(shí)，由于蓄電池在整個(gè)系統(tǒng)成本中所占比例較高、事故率也較高。對(duì)配套蓄電池的性能、種類加以優(yōu)化和完善，是當(dāng)前亟待解決的重要課題之一。

1 UPS配套蓄電池簡(jiǎn)介

1.1 UPS配套蓄電池的分類及原理

能夠在短時(shí)間內(nèi)輸出較大電流，是UPS系統(tǒng)對(duì)配套蓄電池提出的要求，現(xiàn)階段，防酸隔爆蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池，是國(guó)內(nèi)常用的兩種UPS蓄電池，而后者的普及度較高。

（1）防酸隔爆式鉛酸蓄電池。早期的UPS系統(tǒng)主要應(yīng)用這種蓄電池，如果得到較為科學(xué)的維護(hù)，其使用年限將得以延長(zhǎng)。在充電過(guò)程中，硫酸逐漸自正負(fù)極板的硫酸鉛中被釋放出來(lái)，電解液硫酸濃度及比重也隨之提高。

（2）閥控式密封鉛酸蓄電池。在UPS系統(tǒng)電源中，得益于維修難度小、良好的密封性、較小的體積等特點(diǎn)，閥控式密封鉛酸蓄電池得到了普遍應(yīng)用。借助下述兩種手段，VRLA能夠?qū)﹄姵刂须娊庖旱牧鲃?dòng)加以遏止：其一，借助超細(xì)玻璃纖維棉，不飽和地吸附電解液；其二，在電池中注入二氧化硅膠體和硫酸電解液，在工作時(shí)，閥控式密封鉛酸蓄電池的陽(yáng)極、陰極分別表現(xiàn)為：形成了氧氣、還沒(méi)有產(chǎn)生海綿狀鉛，這意味著還處于充電狀態(tài)，因此沒(méi)有形成氫氣。

1.2 UPS配套蓄電池的性能指標(biāo)

（1）在20小時(shí)率條件下測(cè)量所得的標(biāo)稱容量；

（2）禁止蓄電池繼續(xù)放電時(shí)的放電終止電壓，一般被定義為1.75/單格；

（3）蓄電池的輸出電流，即放電電流，其表示除安培外，也可為蓄電池的容量和某系數(shù)之積；

（4）放電至終止的時(shí)間、電流等的表示——放電功率，一般表示為電流；

（5）在儲(chǔ)存滿時(shí)，電池可提供能量的最大值，即為容量，可為放電時(shí)間乘以放電電流。

2 UPS配套蓄電池的選型

就UPS系統(tǒng)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，無(wú)論蓄電池的容量低于還是高于標(biāo)準(zhǔn)，都無(wú)好處，其中，前一種情況難以使負(fù)載不間斷供電需要得到保證，此外，蓄電池使用年限也會(huì)因大電流的充放電而減少；而后一種情況容易造成成本的提高，以及蓄電池小電流深放電的情況，甚至?xí)氐椎負(fù)p壞蓄電池。所以，要想有效降低UPS系統(tǒng)成本，并實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電，就要采用合適型號(hào)的蓄電池。

（1）蓄電池放電時(shí)間。以后備時(shí)間為依據(jù)，可將UPS系統(tǒng)劃分為下述兩種：其一，不含電池，能夠適用外接蓄電池，不具備具體數(shù)量要求，能夠在停電時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)保證供電需要，通常滿載配置能夠超過(guò)數(shù)小時(shí)；其二，含有蓄電池，在斷電后能夠提供短時(shí)間供電。

在UPS系統(tǒng)中，市電供電類別，是配套蓄電池后備時(shí)間的決定性因素。每種蓄電池都有自己的后備時(shí)間：一、二、三、四類市電供電的UPS系統(tǒng)的配置，分別為0.5h-1h、1h-2h、2h-8h、8h-10h。然而，處于對(duì)各方面因素如系統(tǒng)安裝空間、蓄電池成本的考慮，應(yīng)將后備時(shí)間控制在2h以下。為對(duì)UPS系統(tǒng)供電保障性加以保障，如果某一地區(qū)的供電能力不足，供電方式宜采用發(fā)電機(jī)組結(jié)合UPS系統(tǒng)。

（2）電池容量計(jì)算。了解UPS配套蓄電池的容量算法，有助于對(duì)蓄電池型號(hào)加以確定。在某種負(fù)載下，結(jié)合電池容量=負(fù)載容量*放電時(shí)間（h）/（機(jī)器裝換功率*電池放電功率*機(jī)器終止電壓）這一公式，能夠?qū)PS蓄電池容量進(jìn)行計(jì)算。

3 UPS配套蓄電池的充電模式

恒壓限流充電：從本質(zhì)上看，這種充電手段融合了恒流充電及恒壓充電，開(kāi)始充電時(shí)蓄電池電壓不足，為對(duì)電池加以保護(hù)，選擇恒流充電法對(duì)充電電流加以控制；在實(shí)現(xiàn)特定電壓時(shí)，啟動(dòng)恒壓充電。作為充電方式的一種，恒壓限流效果十分顯著，如引入溫度補(bǔ)償、過(guò)充判斷等，即可構(gòu)建能夠更好地保證蓄電池工作性能的充電管理系統(tǒng)。

恒流充電：這種充電手段較為簡(jiǎn)便，然而存在明顯不足，即充電電流過(guò)大容易導(dǎo)致蓄電池使用年限的減少及溫度的提高，反之則會(huì)導(dǎo)致充電時(shí)間的延長(zhǎng)。

Reflex 充電：作為升級(jí)版的脈沖充電法，這種充電手段每個(gè)周期都為正脈沖和負(fù)脈沖的組合，空閑時(shí)段緊隨其后。

脈沖充電：充電時(shí)，若充電電流保持在蓄電池能承受的電流范圍內(nèi)，蓄電池內(nèi)部出現(xiàn)的氣泡量就會(huì)較低。極化現(xiàn)象的發(fā)生，會(huì)對(duì)蓄電池的充電造成阻礙，同時(shí)提升出氣率和溫度。所以，對(duì)于充電速度來(lái)說(shuō)，最關(guān)鍵的制約因素是極化電壓。在給電池充電時(shí)，選擇周期性的脈動(dòng)電流，能夠幫助電池更好地恢復(fù)原狀，對(duì)極化現(xiàn)象的制約作用加以弱化，促進(jìn)快速充電的實(shí)現(xiàn)。然而，當(dāng)下該充電方式的發(fā)展依舊處于起步期，人們尚未在各種具體問(wèn)題如占空比的大小、脈沖周期的大小等上達(dá)成統(tǒng)一意見(jiàn)。

4 結(jié)論

對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性而言，UPS系統(tǒng)配套蓄電池的質(zhì)量具有決定性作用，所以，無(wú)論對(duì)于成本的控制，還是對(duì)于UPS電源的使用年限和持續(xù)供電性能而言，全面探討UPS配套蓄電池選型和充電模式，都具有至關(guān)重要的意義。當(dāng)前時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)化、電氣化已成為大勢(shì)所趨，在世界范圍內(nèi)，備用電源都得到了推廣，在選型配置上的匹配，及分析其放電機(jī)制，是在蓄電池配套方面，常辦公和家用UPS系統(tǒng)未來(lái)的熱點(diǎn)之一。

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作者簡(jiǎn)介：白鵬菲（1987-），女，山東濟(jì)南人，本科，電氣助理工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化。