冠军蓄电池价格 高可靠性不间断电源

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3 UPS电源中蓄电池容量的配置

3.1UPS中电池电压设定

　　一般来说，UPS中的标称电池电压（或12V电池的个数）没有哪个标准规定，是厂家根据采用的电路拓扑需要、机箱结构、功率等级、成本需要等来设计的。
　　后备式方波输出的UPS，一般采用12V或24V电池，经过推挽及变压器升压得到220V的交流方波。一般功率在1kVA以下。在线互动式一般采用24V或48V的电池。
　　单进单出传统在线式，一般采用16节*12V=192V，充电电压为216V左右，因为该电压与低限值交流整流后的电压相当（75%*220*1.414*0.9=210V）。以3～15kVA单进单出机器居多。
　　对于三进单出的传统电路结构，一般先采用自耦变压器（或隔离变压器）降压，也适用16节*12V=192V或者32节384V。
　　至于三进三出机器，则电池电压等级更多，有348V、360V、576V、720V。
　　对于小功率高频机器，1kVA的电池电压以36V的居多，也有24V或48V的，2kVA一般为72V，也有2kVA和3kVA为了电池兼容，都采用96V的。原则是采用N个7AH的电池满足标机的时间（5—10分钟）需要，以达到较佳性价比。

3.2 UPS中电池容量的配置计算

　　我们知道，电池实际可使用的容量与放电电流大小、环境温度、电池的新旧等有关。要想精确计算容量是很难的事情。
　　假设放电过程中为恒功率放电，（UPS输出功率不变，尽管逆变效率在变，但为了计算方便，忽略不计），在放电初期，电池电压高，放电电流小，此时逆变的效率也高。　　相反，在放电将要终止时，电池电压低，放电电流大。也就是在放电过程中电流是变化的，并且从电池的放电特性曲线看，不同的放电电流，电池的端电压也不同，工程设计公式为：



　　P是UPS的标称输出功率（VA），cosф是用户负载的功率因数，一般取为0.7。η是UPS的逆变效率, N是电池个数，E是电池放电电压(V)，可以设定为12V(刚开始放电时电压**12V，放电终止前电压低于12V，但是整个放电过程在12V左右支持时间较长).
　　在得出电流后，根据用户需要的支持时间，I*t=Ah,便可以得到需要的安时数，然后再根据放电特性曲线或特性表进行修正。
　　考虑到绝大多数用户实际使用的负载一般为额定值的50～80%，因此很多UPS代理商一般按照80%甚至60%计算。因此有两种计算方法，一是按UPS额定输出容量计算，二是按实际负荷所需功率计算。
　　下面对一台10KVA电池电压为192V 或240V的UPS分别需要1h\3h\10h\24h的电池容量进行计算：
　　放电电流：



　　如果按**的负载计算，则电池放电电流为42(A)
　　如果用户需要支持时间为10小时,则容量**可用,直接得出10h*42A=420Ah
　　支持时间为24小时,则容量约105%可用,得24h*42A/105%=960Ah
　　支持时间为3小时,则容量约75%可用,得3h*42A/75%=168Ah
　　支持时间为1小时,则容量约52%可用,得1h*42A/52%=80Ah
　　如果按80%的负载计算，则42*80%=33.6(A)
　　如果用户需要支持时间为10小时,则容量**可用,直接得出10h*33.6A=336Ah
　　支持时间为24小时,则放电电流为1/24 C10A=0.042 C10A,查表知约105%容量可用,得24h*33.6A/105%=768Ah
　　支持时间为3小时,则容量约75%可用,得3h*33.6A/75%=135Ah
　　支持时间为1小时,则容量约52%可用,得1h*33.6A/52%=64Ah
　　如果电池电压为240VDC，按**的负载计算，电池电压高，相应逆变时效率比较高，



　　则电池放电电流为32.4(A)，则单个电池的容量可以减小但是串连电池的数量增多。
　　用户及销售工程师可能会根据实际需要情况、成本,决定是配置80%还是配置**的电池容量。在资金容许的情况下,配置也可以选择**计算值,但是也不宜**出太多，否则电池放电是处于小电流放电,寿命也会缩短。

4 UPS中蓄电池的管理

　　UPS中采用电池的作用就是在停电时电池能起到不间断的作用,同时需要采用的电池的寿命尽可能长.电池管理的可靠性和完善性成为各个UPS厂家竞争的重点之一. 

4.1 电池的充电管理

　　（1） 基本的限流限压控制
　　充电电流既不能太大，也不能太小。正常充电电流较小，电池负极析出的H2和正极析出的O2，几乎完全复合成H2O，如果充电电流过大，气体来不及全部复合，导致电池内部压力增大，引起排气阀门开启，造成电池失水，因此必须限制充电电流，一般不要**过0.25C（A）比较合适。由于电池在充电过程中，电池内阻会发生变化，所以以恒定的电流值充电会获得满意的结果。
　　当充电电流减少，电压慢慢升高，电池容量慢慢增加，则电压便维持在一个恒定的值保持不变。此后便维持一个很小的电流对电池进行浮充。
　　（2）能进行均浮充转换
　　首先进行限流限压充电，但是该“限压”是一个均衡的充电电压，比较高。均充一定时间后，再自动转为电压较低的浮充。
　　在以下几种情况下，开始进行均充浮充的循环：
　　UPS的交流输入停电后再来电；
　　手动开机后；
　　电池进行自测完成后；
　　长期浮充后。
　　（3）分阶段充电方式
　　长期浮充会导致电池较板活性老化，使电池内阻增大，使充进去的能量除了补充电池自放电的消耗外，大部分转化为内阻发热的功率。采用分阶段充电克服该问题：
　　分阶段充电方式方案：**阶段是限流均衡充电阶段，均充到电池容量的大约90%（时间约5小时到48小时适宜）；*二阶段是间隙阶段，这时停止充电一个短时间（数分钟到数小时），让**阶段析出的H2和析出的O2充分复合；*三阶段是浮充阶段，这阶段对电池进行浮充充电，将电池充到容量接近**（一周左右）；*四阶段是休眠阶段，这阶段不给电池充电，利用电池的自身的漏电流放电，一直到规定的电压下限（20――30天左右）。据试验该充电方式可以提高电池寿命40%左右。
　　（4）温度补偿
　　环境温度变化时，必须对浮充电压进行校正，校正系数为18mV/℃（标称12V的电池）。为简单计，可以分级校正，如：



　　电池静置时，温度太高，电池的自放电加剧。电池使用条件推荐为20℃--25℃，温度太低，电池放电容量降低，充电接受能力下降。温度太高，反映加剧，导致失水，较板腐蚀加剧。电池的充电电压通过温度补偿来改变，温度高时，充电电压降低，使电池处于较佳浮充状态。
但是，当环境温度升高时，电池本身固有的寿命仍然会缩短。实践表明，即使配备了温度补偿，对这种电池固有的老化现象也无回天之力。
　　严格讲，保证电池服务较佳方案是将环境温度控制在20℃--25℃，控制放电次数、放电深度、放电和充电电流以及定时冲放电的周期。几乎没有谁能满足电池厂家要求的条件，因此达到电池厂家给出的期望寿命是很难的。
　　根据环境温度的高低来调节充电电压。对电池寿命有提高，但是较好的温度补偿是改善电池的环境温度，使之达到20℃--25℃

4.2 电池剩余容量的估算

　　电池容量动态计算,是通过电池电流对时间的积分来计算的,它反映了电池充入的或放出的容量的多少,同时有时需要大致了解电池的”好坏程度”,因此需要进行容量的预计.用户可以启动容量预计来预测容量.
　　容量估算的基本方法是:获取一组完好的标准电池的0.05C10 A放电电压曲线后,对电池进行以0.05C10A电流放电,每隔一段时间比较一下放电端电压及放出的容量.例如某标准电池0.05C10A放电到12.5V用了200分钟,而所测电池0.05C10A放电到12.5V只用了150分钟,则该电池的静置容量为额定容量的150/200***=75%.
　　很多情况需要不是等真正停电后知道电池能支持多长时间，因为如果到这时才发现电池容量不够为时已晚。所以希望能对电池的容量能进行一个预估。在UPS开机时或运行一定时间时或能进行在线手动的对电池的测试。该测试特别是带了重要负载后的在线测试是承担一定的风险的。建议电池只支持很短的一个时间，较好是负载需要的能量由市电和电池分担，这样可以防止因电池容量不足造成猝不及防的UPS输出中断问题。
　　但是很多UPS的容量估算是根据电池的电压直接估算的百分比。不管怎样，容量估算仅仅是“估算”，一般做到10%的精度已经相当不错的了。

4.3 电池的放电管理

　　（1） 不同负载有不同的终止电压
　　电池容量得不到及时补充，长久使得负极板晶核，较板硫酸化，电池难以还原。因此必须防止电池过放电。一般要有欠压告警、低压关机功能。根据电池容量及负载大小来设置放电终止电压，既保证能达到放出足够的容量，充分利用电池的容量，又不对电池造成损害。对于长延时机器或小负载时，由于放电电流相对电池容量小，因此电池保护点应该设置较高
　　（2）二次下电功能
　　UPS在电池一定的前提下，负载小则放电时间长，负载大则放电时间短。而有时UPS的负载有的更重要，需要支持更长的时间，如当UPS带移动基站时，传输设备比基站设备更重要，因为前者不仅影响该基站，而且会影响上级下级基站的信号传输，因此在市电停电后希望能支持更长的时间。所以当停电电池支持一定时间后**次切除相对不重要的负载的供电，当电池电压达到终止电压时再关机断掉重要负载的供电。

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目前UPS已经广泛使用在各个经济领域，在通信、电子商务、金融、医疗、石化、工业自动化等领域起到重要的作用，不仅是保护UPS所带的负载本身，更重要是保护负载所生产出来的产品，如电脑中的数据。蓄电池作为UPS中的重要组成部分，对于标准时间机器，一般约占UPS电源总成本的1/4，对于长时间UPS电源而言，蓄电池的成本可能**过UPS电源主机的成本。由于蓄电池本身或者电池管理上的原因，目前有许多UPS电源故障是由蓄电池引起（1/3）。因此有必要加强对蓄电池特性的了解，正确选配和使用蓄电池，尽可能地延长蓄电池的使用寿命。同时如何管理蓄电池成为各个UPS厂家重点研究的问题。

2 蓄电池的特性

2.1 铅酸蓄电池的工作原理

　　UPS中蓄电池大多采用铅酸蓄电池（下同），蓄电池是一种将化学能和电能相互转化的装置，蓄电池需先用直流电源对其充电，将电能转化为化学能储存起来，蓄电池阳极的活性物质是二氧化铅（PbO2）阴极的活性物质是是铅(Pb)，电解液是稀硫酸(H2SO4).其化学反应式



　　电池是由单个的“原电池”组成，每个原电池的电压大约是2V，一个12V的电池由6个原电池组成。 

2.2 免维护

　　封密式免维护铅酸蓄电池，具有敞口式铅酸蓄电池所有的优点，所谓免维护，是相对敞口式电池需要经常加水而言的。整个蓄电池是全封闭的（电池的氧化还原反应均在密闭的外壳内部循环进行），因此免维电池没有“有害气体”溢出。不需进行加水等日常的运行维护。可以安装在主机房，适合无人之手值守机房。 

2.3 电池容量与放电率的关系

　　蓄电池的容量是指它的蓄电能力。它是以充足了电的蓄电池，放电至规定的终止电压的电量。标准YD/T799-2002　　规定2V、6V、 12V密封蓄电池的额定容量均为标准温度下（25℃）10小时放电率（I=0.1C10A）的容量。该标准明确指出6V、12V蓄电池的容量以10h放电率为基准。但是老的行业惯例并且目前绝大部分厂家为：对于2V电池，是以10小时放电率（I=0.1C10A）来定义容量，而对于6V和12V电池，则以20小时放电率（I=0.05C20A）的容量。
　　放电率与容量的关系：蓄电池放出的容量随放电电流的增大而减少。高放电过程是较板表面的有效物质发生强制性的变化，生成的硫酸铅很容易堵塞较板上的小孔，较板深层的有效物质就没有参加化学反应。这样蓄电池的内阻增大，电压下降就快，使电池不能放出全部的容量。
10h放电率放出容量为100％，20h放电率放出容量为105％，而3h放电率放出容量为75％，1h放电率放出容量为52％。放电电流与容量的关系可由下式决定：
　　Q=Q0(I/I0)n-1
　　式中Q ――I放电电流时的容量（Ah）
　　Q0 ――10h放电率时的额定容量（Ah）
　　I0 ――10h放电率的额定放电电流（A）
　　I――非10h放电率的放电电流（A）
　　n――蓄电池放电容量指数，其值为I/I0＜3　n=1.313; I/I0≥3, n=1.414
　　以上意味着以10h放电率定义容量的蓄电池比20h放电率定义容量的电池的容量更足一些。在其它条件相同的条件下，则前者的成本更高些。

2.4 温度与容量的关系

　　一般情况下，容量与温度有如下关系：
　　C25---25℃时蓄电池的放电容量（Ah）
　　Ct---t℃时蓄电池的放电容量（Ah）
　　t---电解液的平均温度（℃）
　　上式适应电解液温度为－15℃～35℃。若温度低于，则容量减少更为显着，当温度**过35℃时，则容量反而减少。
　　特别对于室外型UPS用的蓄电池，如果需要尽可能充分利用蓄电池的容量，必须改善电池的外壳温度。

2.5 电解液数量和浓度与容量的关系

　　适当增加电解液数量和提高电解液的浓度，可以增加电池的容量，但必须在允许范围，否则会加速较板的腐蚀，缩短电池的寿命。

2.6 较板面积与容量的关系

　　对于一定厚度的较板，面积越大，参加反应的有效物质越多，电池的容量越大。

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