風帆蓄電池（中國）有限公司

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UPS供電系統在各行業數據中心中起到重要的電源保障作用，要為負載提供不間斷的供電，就必須具有電能儲存的功能。因此，蓄電池成為UPS供電系統的重要組成部分。而由于蓄電池本身或者管理上的原因，目前有許多UPS故障是由蓄電池引起。因此有必要加強對蓄電池特性的了解，正確選配和使用蓄電池，盡可能地延長蓄電池的使用壽命。同時，如何管理蓄電池成為各個UPS廠家及行業用戶重點研究的問題。

以下對目前大型UPS系統廣泛采用的閥控式密封鉛酸(VRLA)蓄電池在UPS供電系統中的作用、工作原理、配置、選用、安裝、維護等方面進行探討。

2.蓄電池在UPS供電系統中的作用和意義

在UPS供電系統中，蓄電池大多采用免維護蓄電池。蓄電池在UPS供電系統中的主要作用就是儲存電能，一旦市電中斷，由電池放電供給逆變器，由逆變器將電池釋放出的直流電轉變為正弦交流電，維持UPS的電源輸出，確保負載在一定的時間內正常用電。

在市電正常供電時，電池在整流-充電電路中儲存電能，同時對直流電路起到平滑濾波的作用，并在逆變器發生過載時，起到緩沖器的作用。

而在日常工作中，人們往往片面地認為蓄電池是免維護的而不加重視。然而由于對蓄電池的不合理使用，產生了蓄電池的電解液干涸、熱失控、早期容量損失、內部短路等問題，進而嚴重影響到供電系統的可靠性。有資料表明，蓄電池故障而引起UPS主機故障或工作不正常的比例大約為60%。由此可見，加強對UPS電池的正確使用與維護，對延長蓄電池的使用壽命，降低UPS供電系統故障率，有著越來越重要的意義。

3.蓄電池的種類

蓄電池在UPS中已得到廣泛的應用，其品種繁多，型號齊全，規格各異，但按其基本性質可以分為酸性電池和堿性電池兩大類：

酸性電池：酸性電池的電解液一般是由稀硫酸(H2SO4)或者膠體硫酸構成，極板由鉛Pb和過氧化鋁PbO2構成，通過化學反應貯存電荷，起到電池儲能的作用。

堿性電池：堿性電池的電解液一般是由氫氧化鉀KOH或者氫氧化鈉NaOH(燒堿)組成。極板由于電池的結構不同而各異。如鎘鎳電池正極板是氫氧化鎳Ni(OH)3，負極板是鎘Cd;鐵鎳電池的正極板是氫氧化鎳Ni(OH)3，負極板是鐵Fe;銀鋅電池的正極板是過氧化銀Ag2O3，負極板是鋅Zn。

4.鉛酸蓄電池的工作原理

UPS、直流電源設備常用的蓄電池是鉛酸蓄電池。傳統的鉛酸蓄電池是開口式結構，電池在使用過程中，有氫氣和氧氣以及酸霧逸出，不僅污染環境還具有危險性，維護時需要加水、加酸，已逐漸被市場淘汰?，F在UPS供電系統中蓄電池大多采用閥控式密封鉛酸(VRLA)蓄電池。閥控式鉛酸蓄電池的主要優點是在充電時正極板上產生的氧氣，通過再化合反應在負極板上還原成水，使用時在規定浮充壽命期內不必加水維護，所以又稱為免維護鉛酸蓄電池。可見，免維護只是與普通蓄電池相比，運行中免去了添加純水或蒸餾水，調整電解液液面的項目，并非免去一切維護工作。

閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理，基本上沿襲于傳統的鉛酸蓄電池，其正極活性物質是二氧化鉛(PbO2)，負極活性物質是海綿狀鉛(Pb)，電解液是稀硫酸(H2SO4)，其電極反應方程式如下：

PbO22H2SO4Pb≒2PbSO42H2O

5.兩種閥控式密封鉛酸蓄電池比

目前閥控密封鉛酸蓄電池主要有兩類，即玻璃纖維隔板陰極吸收式密封鉛蓄電池(如GNB、霍克電池)和硅凝膠密封鉛蓄電池(如德國的陽光電池)。

兩種電池極板相同：正極板柵采用鉛鈣錫鋁四元合金或低銻多元合金，負極板柵采用鉛鈣錫鋁四元合金。并使用緊裝配和貧液設計，在電池的上蓋中設置了一個單向的安全閥。由于采用無銻的鉛鈣錫鋁四元合金，提高了負極析氫過電位，從而抑制氫氣的析出，同時，采用特制安全閥使電池保持一定的內壓。

兩種電池隔板不同：即分別采用超細玻璃纖維棉(AGM)隔板和硅凝膠二種不同方式來“固定”硫酸電解液。它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的，但給正極析出的氧氣到達負極提供的通道是不同的。對AGM密封鉛酸蓄電池而言，AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液，但必須使10%的隔膜孔隙中不進入電解液。正極生成的氧氣就是通過這部分孔隙到達負極而被負極吸收的。對膠體密封鉛酸蓄電池而言，電池內的硅凝膠是以SiO2質點作為骨架構成的三維多孔網狀結構，它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進一步收縮，使凝膠出現裂縫貫穿于正負極板之間，給正極析出的氧氣提供了到達負極的通道。

由此看出，兩種電池的區別就在于電解液的“固定”方式和提供氧氣到達負極通道的方式有所不同，因而兩種電池的性能也各有千秋。

6.UPS供電系統中蓄電池的配置和選擇

在UPS供電系統中，可以說蓄電池是這個系統的支柱。沒有蓄電池的UPS只能稱做穩壓穩頻電源。UPS之所以能實現不間斷供電，就是因為有了蓄電池。在設計UPS時，首先應考慮選擇什么型號的蓄電池，即蓄電池的額定電壓、額定容量及應由多少節蓄電池組合等。

（1）蓄電池的額定容量選擇

由于蓄電池的實際可使用容量與放電電流大小、系統電壓、放電時間、蓄電池工作環境溫度、蓄電池儲存時間的長短、負載種類和特性等因素密切相關。蓄電池的容量一般是指在20°C，以20h放電率放電到1.75V/單體時，蓄電池輸出的功率數(W)。

(2)蓄電池的指標選擇

內阻：應選擇內阻小的蓄電池，這樣才能持續大電流放電。如果內阻較大，在充放電過程耗加大，使蓄電池發燙。

浮充電壓：在相同溫度下，浮充電壓值高意味著儲能量大，質量差的蓄電池浮充電壓值一般較小。蓄電池浮充電壓值在不同的溫度時應進行修正。

在大中型(幾kVA-幾千kVA)UPS中采用2V單體系列蓄電池，避免采用小容量組合蓄電池進行混聯。

7.蓄電池的使用和維護

7.1VRLA蓄電池的運行環境與安裝

作為備用蓄電池，蓄電池平時都處于浮充狀態，此時蓄電池內部仍進行著復雜的能量轉換。浮充過程中所用的電能基本上轉換為熱能。因此要求蓄電池所處的環境應有良好的通風散熱能力或有空調設備。

電池盡可能安裝在清潔、陰涼、通風、干燥的地方，并要避免受到陽光、加熱或輻射熱源的影響，讓電池有一個良好的工作、儲存環境。

蓄電池一般應在5℃～35℃范圍內進行充電，低于5℃或高于35℃都會降低壽命，充電的設定電壓應在指定范圍內，如超出指定范圍將造成蓄電池損壞、容量降低、壽命縮短。

(1)初充電：蓄電池在安裝或大修后的次充電，稱為初充電。初充電是否良好，將嚴重影響蓄電池的壽命。

(2)浮充充電：為了確保直流電源不間斷，延長蓄電池的使用壽命，通常都采用充電電源與蓄電池組并聯的浮充供電方式。

(3)均衡充電：在正常運行狀態下的電池組，通常不需要均衡充電。但如果發現電池組中單體電池之間電壓不均衡時，則應對電池組進行均衡充電。

(4)補充充電：電池在存放、運輸、安裝過程中，會因自放電而失去部分容量。因此，在安裝后投入使用前，應根據電池的開路電壓判斷電池的剩余容量，然后采用不同的方法對蓄電池進行補充充電。對備用擱置的蓄電池，每3個月應進行補充充電。

7.2VRLA蓄電池的使用與維護

隨著科技的不斷發展，UPS的性能越來越好，平均無故障時間越來越長，整機的可靠性越來越高。做好UPS中蓄電池的使用與維護變得尤為重要。

(1)新電池的充電

新的蓄電池在安裝完畢后，一般要進行較長時間的充電，充電要按說明書中的規定進行，待電池組充電完畢后，進行放電，放電后再次充電，目的是延長電池的使用壽命，提高電池的活性和充放電特性

(2)定期充放電

UPS蓄電池長期閑置不用或使蓄電池長期處于浮充狀態而不放電，會導致電池中大量的硫酸鉛吸附到電池的陰極表面，導致內阻增大、活性下降，使蓄電池的使用壽命大大縮短。對于市電供電良好的單位，需要每隔三個月進行“治療性”充、放電過程，即電池帶載放電、再充電操作，并記錄相關數據，與以前放電記錄進行比較分析電池性能狀況，對電池組整體進行維護檢查，真正遇到市電停電時，才能有效保護負載安全。

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