1.UPS中常用幾種容量的鉛酸電池簡介

在UPS中必須使用了蓄電池才成為不間斷電源。其基本形狀如圖5-8所示。尤其是大容量UPS使用的電池數量很多。一個沒有電池的電源設備就不能算UPS,因為有了電池才可使電源的輸出不間斷,否則只能算是穩壓穩頻源(CVCF:ConstantVoltageConstantFrequency)。

因此電池在UPS中的重要性就可想而知了。鉛酸電池的容量越大,體積和質量也就越大。俗稱密封電池的叫法不規范,這一類是一種閥控電池,就好像高壓鍋上的保險閥相同,在電池充電和放電時,由于內部的化學反應而析出氣體,同時內部發熱和氣壓增大,這時保險閥若不及時打開,就會使電池外殼鼓肚子,嚴重時會破裂,所以這個保險閥很關鍵。

鉛酸電池的基本單元(英文用cel表示)標稱電壓是2V,普通用的12V電池是由6個基本單元串聯構成的。也有6V和4V的電池,200Ah以上一般就直接用2V單元了,容量可做到3000Ah以上。

電池的容量稱為安時(安培小時的意思),一般用字母Ah(AmpereHour)表示。比如用10安培的恒定電流放10h,就說該電池放出了100Ah的容量。這里面有一個術語叫放電率,就是放電速率的意思,比如標稱容量為100Ah的電池,假如給出的是20h放電率就是100Ah/20H=5A,用5A的恒定電流放電20h,此時的電池電壓正好是10.5V,即1.75V×6,大部分電池都是以這個值為標準。當然還是以當時廠家所給的數據為準。一般放電率采用的符號是C20、C10等,其中C表示的是電池的容量,右下角的數字就是放電率,20就是20h放電率,10就是10h放電率,以此類推。

電池內的電荷放過后,容量就減小了,必須及時補上去,最好4h之內要補充,這叫做充電。充電到什么時候算合適,各廠家都會給出具體的數據。但實際的情況是用戶往往都沒有電池的具體資料,在選擇和計算電池容量時無從下手。下面就以應用較普遍的某廠家電池為例,給出幾種常用容量電池的數據和曲線以供參考。這樣的曲線和數據例子很有參考價值,其原因是各電池廠家的技術和使用原材料大都相同,其等級的產品上也都相差無幾,電池的初期放電規律也都非常相近。比如在計算UPS后備電池容量時,用該例子給的曲線得出的電池容量是多少,基本上各供應商也應給出這么大的容量,不會有多大差別的。

當然這只是關于正規的廠家和正規的產品而言,關于非正規的產品而言不在此范疇。比如決定電池容量的因素是單元鉛板的并聯數,一般正規產品單元鉛板的并聯數合適,質量也就夠了,壽命也滿足要求了。若單元鉛板的并聯數足夠,就說明容量滿足,可就是鉛板的厚薄沒按規定標準制作,比原來變薄了,雖然容量滿足但質量不夠了,為了補償這個情況就用碎玻璃、地板磚和水泥塊等拿來充數,這樣一來容量滿足,質量也滿足對應該容量的情況。其優點是降低了價格,提高了市場競爭力。其隱患是電池的服務壽命縮短了,一般在前三個月的幾次放電中發現不了,但一般用戶都不注意這些。

為了在UPS后備時間的選擇中不論是用戶還是銷售商都應該做出正確的計算。然而在很多時候由于電池放電的非線性,往往要計算與查表相結合。但在很多時候人們的手中缺少電池廠家供應的放電曲線或放電表以及其他相關的資料。為此在這里關于UPS中常用幾種電池規格的各種參數以表格的形式供應給讀者,雖然這只是某個品牌的資料,但也有普遍的參考價值。圖5-10~圖5-13給出了這些數據,以備使用時的方便。

人們不禁提出一個這樣的問題:這些參數表只是某一個廠家的資料,關于其他品牌也適用嗎?編者曾對GNB、FIAMM(意大利非凡)、DRYFIT(德國陽光)、HAGEN(德國哈根)、DYNASTY(美國大力神)、YUASA(日本湯淺)、LEOCH(國產理士)等廠家的5~10年壽命,容量從70~100Ah的12V電池在10h放電率情況下放電曲線做了一個比較,其比較結果如圖5-9所示。其放電條件是在20℃溫度下放電,當單體(Cel)電壓達到1.75V時就是放電

終止值。通過放電曲線的比較可以這樣說,在新出廠電池初期放電的情況都差不多,尤其是現在經過了這么多年的發展,同規格不同品牌的電池情況會更接近,所以這組放電參數也很有參考價值。

2.鉛酸電池的幾個特點

(1)隨著電池容量增大,體積和質量也隨之加大。了解它的意義在于選擇電池容量時要充分了解用戶機房允許的面積和承重。

(2)隨著電池容量增大,其內阻也隨之減小。了解它的意義在于打消一些用戶的顧慮:小容量電池與大容量電池并聯時是否會把小容量電池沖壞?有關資料介紹,內阻100Ah/12V的電池,一年后浮充狀態下測得的內阻差不多6m左右而200Ah/12V的新電池內阻為0.6~0.7m,3000Ah/2V的新電池50~70μ。

(3)同一容量的電池在不同溫度下在同一時間內放出的容量也不同,溫度越低,放出的容量就越小。了解這一特點的意義在于:要求后備時間特別嚴格的情況下,為了滿足要求,必須掌握當地的工作溫度。

(4)關于電池充電電流有一定限制。如充電電流太小會影響電池容量的及時恢復,這對電網狀況不好的地方非常重要,在這種情況下的電池壽命衰減很快;假如充電電流過大,則電池內部溫升過高,輕者使電池外殼膨脹,重者造成外殼破裂。關于電池充電器的電壓也有一定限制,因為充電電壓過高會導致電解水的反應加劇,縮短電池壽命;充電電壓低了會使電池內的化學反應不充分,也會縮短電池的壽命。

(5)電池的放電電流不同其要求的終止電壓也不同。隨著放電電流的加大,其終止電壓也可適當降低。這是因為大電流放電時由于要求電池的化學反應劇烈進行,使帶電離子的移動受阻,由此而導致端電壓迅速下降,這是被迫放電停止。此后那些沒來得及移動到電極的離子繼續反應,使端電壓回升;但若是小電流放電,由于帶電離子的移動和反應都有充分的時間,假如仍和大電流放電時端電壓相同時停止放電,就會使電池受到很大傷害,甚至再也不能恢復容量,使電池的壽命提前終結。所以目前有很多UPS的關機電壓都在以放電電流為依據。

(6)假如保持電池的浮充電壓不變,那么電池的壽命會隨著環境溫度升高而降低,因此在很多UPS中都設置了溫度補償充電環節。溫度越高,電池的容量損失越快,這是因為隨著溫度升高電池的漏電流加大。因此,按照要求及時給電池充電是必要的,一般說明書上都有推薦的時間,比如冬天4~6個月充一次電,夏天2~3個月充一次電等。不及時為電池充電,輕者減小了電池的容量,重者使電池的容量再也無法恢復。IEEEStd11881996中推薦:固定備用電池容量降到80%以下時,被視為壽命終止,因為從此開始電池將會加速老化。