UPS不間斷電源蓄電池的測試、使用和維護

                      2019-06-27

                      UPS蓄電池在UPS電源設備中占有十分重要的地位.目前,中小型UPS電源中廣泛使用的免維護密封式鉛酸蓄電池,占據UPS電源總成本的1/4~1/2之多。不僅如此,實際維修也表明,約有50%以上的UPS電源故障與UPS蓄電池有關。無論作為UPS故障的起因還是結果,UPS蓄電池的失效都會直接表現為內阻增大、端電壓不夠、容量不足或瞬間放電電流不滿足帶載啟動要求等。因此,在使用和維修UPS電源時,正確認識UPS蓄電池、科學使用UPS蓄電池、掌握測試和挑選UPS蓄電池的方法就顯得尤其重要(為說明問題方便,UPS蓄電池簡稱為電池。)  

                       
                         一、UPS蓄電池的主要技術指標   
                         在衡量UPS電池的指標中,電池的額定電壓和額定容量是兩個最常用的技術指標。例如,艾亞特AERTO-6BT蓄電池的額定電壓為12V,額定容量是6Ah/20h;艾亞特AERTO-6V165AH型蓄電池的額定電壓為6V,額定容量是165Ah/20h。 
                         電池的容量是指充足電的電池放電到終止電壓時輸出的電量。在恒流放電的情況下,容量 Q=It? 
                         式中 Q——電池放出的電量,Ah; ? 
                         I——放電電流,A; ? 
                         t——放電時間,h。   
                         所謂終止電壓指電池低于這一規定的電壓時,電池就無法正常工作的電壓。換言之,電池在低于終止電壓的情況下繼續放電使用,可能會造成電池永久性損壞。電池的額定容量或標稱容量用字母C表示。例如,額定容量為6Ah的電池,C=6Ah;額定容量為24Ah的電池,C=24Ah。   
                         容量的概念實質是電池能量轉化的表示方式。例如,考慮到電池的端電壓E=12V在實際使用時保持近乎不變的事實及輸出能量表達式W(t)=IVt=IEt,因此,6Ah從能量效果的角度,可理解為NP6—12型蓄電池在保持端電壓不變的情況下釋放能量,若以6A電流放電可釋放1h或以1A的電流放電6h。 


                         二、放電制與放電速率   
                         在研究電池時,常常規定統一的放電時間,稱為放電制。利用給出的放電制就能通過額定的容量求出放電電流。放電電流(A)=電池的額定容量(Ah)/放電制時間(h)   
                         為了對容量不同的電池進行比較,放電電流不用絕對值(安培)表示,而用額定容量C與放電制時間的比來表示,稱作放電速率或放電倍率。20h制的放電速率就是C/20=0.05C,單位為A。   因此,上述NP6—12型電池的容量指標6Ah是在20h制的放電速率,即0.05C放電速率下測定的。對于NP6—12型電池,0.05C等于0.3A的電流。   


                         三、測試UPS蓄電池   
                         測試UPS電池的目的是確定該電池是否滿足UPS電源的使用要求。這在更換UPS電池和判定原有UPS電池是否失效時是必須的。   
                         在實際維修UPS時,一般的UPS電源對電池的要求:滿足原來使用電池的端電壓;電池應具有在啟動放電瞬間就能輸出大電流的特性;滿足一定容量和內阻,以保證逆變供電的時間。   
                         從以上UPS電源對電池的要求可見,單憑測量UPS電池的端電壓是不能確定電池好壞的。   
                         1.測量UPS電池的端電壓   
                         (1)離線測量電池的端電壓   
                         離線測量電池的端電壓是指電池在脫離原連接線路的情況下,使用萬用表的DC電壓檔或電壓表直接測量電池兩端的電壓。被測電池端電壓為12V左右,最低不能低于10.5V。不足10.5V的電池即為欠壓或可能已失效的電池。若這種電池在經過充電或激活充電后端電壓仍達不到12V,即為失效電池。   
                         (2)在線測量電池的端電壓   
                         在線測量電池的端電壓是指在UPS電源工作的情況下,使用萬用表的DC電壓檔或電壓表測量電池兩端的電壓。市電供電狀態的UPS,由于電池處于充電狀態,端電壓大于12V。當電池的端電壓下降到10.5V時,正常的UPS電源會啟動機內的電池欠壓自動保護電路,使UPS進入既無市電供電又無逆變供電的保護狀態。   
                         2.測試UPS電池是否具有啟動瞬間輸出大電流的特性   
                         后備式UPS電源由市電供電向逆變供電的切換時間要求小于7ms,一般設計為4~5ms左右。這就是說,一旦市電供電中斷,UPS電池必須在小于4~5ms時間內輸出負載所需的電流。有些失效的電池能夠滿足端電壓和容量的要求,但不能在少于4~5ms內放電電流達到大電流的要求。由這種電池造成的UPS故障表現為:UPS在空載或輕載時能逆變切換成功,增大到正常負載時逆變失敗。   
                         3.判別UPS電池的內阻和容量   
                         質量良好的UPS電池內阻在20~30mΩ左右,當內阻超過80mΩ時,需要對電池做均衡充電處理或活化處理。電池內阻的增大,必然伴隨實際輸出能量的降低,從而表現為電池的容量減小。此外,還有造成電池的容量減小其他因素,如電解液損失等。   
                         測試電池內阻是否增大,決不可用萬用表的電阻檔直接測量,應采用間接測量計算的方法,實際維修時可用如下簡單方法判別電池的內阻是否增大:   
                         用一節好的電池和一節懷疑內阻增大的電池做串聯充電實驗(如在500VA的UPS中兩節12V電池串聯使用)。在充電過程中同時測量對比兩節電池的端電壓,內阻增大的電池獲得的充電電壓比好電池高,充電電壓差別大小反映出內阻差別的程度。   
                         若電池僅僅是容量不足,則主要表現為UPS可逆變供電的時間縮短,而UPS的帶載能力、市電供電與逆變供電之間的切換等都不受影響。   


                         四、科學使用UPS蓄電池   
                         科學使用UPS電池就是要明確電池的正確使用方法,延長電池的壽命,使之發揮最大的作用。   
                         1.控制好充電電壓,防止過壓充電   
                         對于端電壓為12V的電池,正常的浮充電壓在13.5~13.8V之間。浮充電壓過低,電池充不滿,浮充電壓過高,會造成過壓充電。當浮充電壓超過14V時,即認為是過壓充電。過壓充電會導致電解液中的水被分離成氫和氧氣而溢出,使電池的壽命縮短。   
                         2.控制好充電電流,防止過流充電   理想的充電電流應采用分階段定流充電的方式,即在充電初期采用較大的電流,充電一定時間后,改為較小的電流,至充電末期改用更小的電流。充電電流的設計一般為0.1C,當充電電流超過0.3C時可認為是過流充電。過流充電會導致電池極板彎曲,活性物質脫落,使電池損壞。?   
                         3.防止UPS電池過流放電   
                         電池實際放出的容量與放電電流有關。放電電流越大,電池的效率越低。例如,12V/24Ah的電池當放電電流為0.4C時,放電至終止電壓的時間是1小時50分,實際輸出容量17.6Ah,效率為73.3%。當放電電流為7C時,放電至終止電壓的時間僅為20s,實際輸出容量0.93Ah,效率為3.9%。所以應避免大電流放電,提高電池的效率。一般電路設計和用戶選擇負載,都要保護UPS電池逆變放電電流不超過2C。   
                         4.防止UPS電池深度放電   盡管小電流放電,能提高電池的效率,但是當用極小電流(小于0.05C)長時間放電時,將導致電池實際放出容量超過其額定容量,從而造成電池嚴重的深度放電。按廠家的數據,當電池放電深度為100%時,電池實際使用壽命約為200~250次充放電循環;放電深度為50%時,約為500~600次充放電循環。因此,在使用UPS時,既要避免重載過流放電,又要避免長時間輕載逆變造成電池深度放電。   
                         5.定期操作UPS   
                         市電長期不停的地區,用戶要每隔一定時間,例如3個月,人為關斷UPS交流輸入,使用UPS電池逆變供電。這種定期的實驗操作,有助于延長電池壽命。一般正常使用的UPS,其電池壽命不超過5年。 

                        
                         五、維護UPS電池的技巧與方法   
                         UPS電池一般為免維護蓄電池,但在有些情況下維護UPS電池是十分必要的,且有實際意義。   
                         1.欠壓電池的充電技巧   
                         有些UPS電池欠壓是由于UPS逆變器末級驅動電路損壞,造成電池放電所致。若在修好電路故障后,及時將電池接入原電路充電,仍然會使電池復好如初。問題在于,欠壓的電池無法使UPS啟動成功,即切換到市電(充電)狀態。此時,可用如下辦法解決:   
                         (1)先用好的電池將UPS啟動到市電狀態后,再撤掉好電池換上待充電的欠壓電池。注意:調換電池時,要求UPS空載運行。一般UPS進入市電狀態后,只要保持輸入市電正常,撤掉電池不會影響市電供電狀態。   
                         (2)將欠壓的電池先充電到10.5V以上,再接入原UPS電路,便可使UPS成功啟動。給欠壓的電池充電,可利用微機電源中的+12V電源給電池直接充電。充電中注意觀察充電電流,根據測出的實際充電電流,以確定是否加限流電阻。   
                         2.電池的活化處理   
                         活化處理是指對電池的均衡充電。下列幾種情況都會導致電池的內阻增大、端電壓太低或容量減小,這些電池需要通過均衡充電來恢復其原有的性能指標。   
                         (1)長時間放置不用,超過靜態存儲時間的電池。常溫環境,一般UPS電池的靜態存儲時間為9個月。當溫度為31~40℃時,靜態存儲時間為5個月。   
                         (2)放電后未能及時充電的電池。   
                         (3)長期工作于浮充狀態(即UPS長期工作于市電狀態)并超過靜態存儲時間。   
                         (4)不慎放電,將電池端電壓放至低于終止電壓。   均衡充電電流一般選0.3C或略小于0.3C。額定電壓為12V的電池,均衡充電電壓一般選14.5V。沒有專用充電器的用戶,可參考上述數據搭接出復活舊電池所需的電路。 

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