但在使用UPS供电系统的过程中,人们往往片面地认为阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池是免维护的,对维护工作不予以重视。正是由于对蓄电池的不合理使用,因此产生了蓄电池的电解液干涸、热失控、早期容量损失、内部短路等问题的出现,进而严重影响到供电系统的可靠性。有资料表明,由于蓄电池故障引起UPS主机故障或工作不正常的比例大约为30%~50%。由此可见,加强对UPS电池的正确使用与维护,对延长蓄电池的使用寿命,降低UPS电源系统故障率,起到重要作用。
1、UPS供电系统的作用及特点
1.1UPS供电系统的作用
在UPS供电系统中,UPS是整个供电系统的核心,它起到两个作用,一是***向负载供电的不间断性,二是改善对负载的供电质量。对交流通信设备来说,其交流输入的不间断性除与UPS设备本身的技术指标和技术性能有关外,还与整个供电系统的方案设计有关。UPS不间断电源系统不仅能***对通信设备可靠的连续供电,而且,其输出也比较稳定,没有瞬变和谐波,具有明显的电力保护功能。当在市电断电时,UPS可以不间断地向负载继续供电;在市电不稳定的时候,UPS可以避免负载遭受欠压、浪涌冲击等的危害,改善了供电质量;当供电系统出现故障时,UPS不仅能给负载以保护,而且可起到对过载、短路、电池过放等非正常工作的防护,从而为负载提供了一个稳定的工作环境。
1.2阀控式密封铅酸蓄电池的特点
UPS供电系统中大多采用阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池,该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,当市电超限或中断时,再将化学能转变为电能供UPS逆变器工作。
阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理,基本上沿袭了传统的铅酸蓄电池,它的正极活性物质是二氧化铅(PbO2),负极活性物质是海绵状铅(Pb),电解液是稀硫酸(H2SO4)。
普通的铅酸蓄电池在充电过程中存在水分解反应,正极析出氧气,负极析出氢气。当正极充电到70%时,开始析出氧气,负极充电到90%时开始析出氢气,由于氢、氧气的析出,如果反应产生的气体不能重新复合成水,电池就会失水干涸。
阀控式密封铅酸蓄电池在结构、材料上作了重要的改进:正极板栅采用铅钙锡铝四元合金或低锑多元合金,负极板栅采用铅钙锡铝四元合金,隔板采用超细玻璃纤维棉(AGM),并使用紧密装配和贫液设计,在电池的上盖中设置了一个单向的安全阀。这种电池结构,由于采用铅钙锡铝四元合金,提高了负极析氢过电位值,从而抑制氢气的析出。同时,采用特制安全阀使电池保持一定的内压,采用超细玻璃纤维棉(AGM)隔板,利用阴极吸收技术,通过贫液式设计,在正负极之间和隔板之中预留气体通道。因此在规定充电电压下进行充电时,正极析出的氧(O2)可通过隔板通道传送到负极板表面,还原为水(H2O)。
这是阀控式密封铅蓄电池内部氧循环反应机理,这种充电过程,电解液中的水几乎不损失,使电池在使用过程中不需加水。
目前,阀控式密封铅酸蓄电池有两类,即分别采用超细玻璃纤维棉(AGM)隔板和硅凝胶二种不同方式来“固定”电解液。它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的,但给正极析出的氧气到达负极提供的通道是不同的。对AGM 密封铅酸蓄电池而言,AGM 隔膜中虽然保持了电池的大部分电解液,但使10%的隔膜孔隙中不进入电解液。正极生成的氧气就是通过这部分孔隙到达负极而被负极吸收的。对胶体密封铅酸蓄电池而言,电池内的硅凝胶是以SiO2 质点作为骨架构成的三维多孔网状结构,它将电解液包含在里边。电池灌注的硅溶胶变成凝胶后,骨架要进一步收缩,使凝胶出现裂缝贯穿于正负极板之间,给正极析出的氧气提供了到达负极的通道。
由此看出,两种电池的区别就在于电解液的“固定”方式和提供氧气到达负极的通道有所不同,因而两种电池的性能也各有千秋。
2、蓄电池的配置与选择
UPS 之所以能实现不间断供电,就是因为有了蓄电池。在设计UPS 供电系统时,***先应考虑蓄电池的性能,即蓄电池的额定电压、额定容量及应由多少节蓄电池组合等重要部分。
2.1 额定容量选择
蓄电池的容量一般是指在20℃,以20h 放电率放电到1.75v/单体时,蓄电池输出的功率数。
2.1.1 单体电池容量计算公式
P=(UPS 容量×1000×负载功率因数)/(逆变效率×电池节数)
其中,P:每节电池的放电功率;UPS 容量:每台UPS 的标称容量,以kVA 计;负载功率因数:一般取0.8;逆变效率:UPS 逆变器的效率,通常为90%~95%之间;电池节数:通常为6 或12 的倍数。
2.1.2 查找放电功率数
根据 P 值查找对应的各型号电池放电到单体电压为1.65~1.75V 时放电功率数。
2.1.3 确定选用电池组数
根据上述功率数,对参照原厂提供的放电功率表,确定选用几组电池。
2.2 指标选择
2.2.1 内阻
要选择内阻小的蓄电池,这样才能持续大电流放电,如果内阻较大,在充放电过程中功耗加大,使蓄电池发烫。
2.2.2 浮充电压
在相同温度下,浮充电压值高就意味着储存能量大,质量差的蓄电池浮充电压值一般较低。蓄电池浮充电压值在不同的温度时应进行修正。
2.2.3 大中型UPS 中避免混接
在大中型UPS 中采用2V 单体系列蓄电池,避免采用小容量组合蓄电池进行混接。