UPS中蓄電池的幾個問題的探討

    　　1 引言
　　目前UPS已經廣泛使用在各個經濟領域，在通信、電子商務、金融、醫療、石化、工業自動化等領域起到重要的作用，不僅是保護UPS所帶的負載本身，更重要是保護負載所生產出來的產品，如電腦中的數據。蓄電池作為UPS中的重要組成部分，對于標準時間機器，一般約占UPS電源總成本的1/4，對于長時間UPS電源而言，蓄電池的成本可能超過UPS電源主機的成本。由于蓄電池本身或者電池管理上的原因，目前有許多UPS電源故障是由蓄電池引起（1/3）。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廠家重點研究的問題。
　　2 蓄電池的特性
　　2.1 鉛酸蓄電池的工作原理
　　UPS中蓄電池大多采用鉛酸蓄電池（下同），蓄電池是一種將化學能和電能相互轉化的裝置，蓄電池需先用直流電源對其充電，將電能轉化為化學能儲存起來，蓄電池陽極的活性物質是二氧化鉛（PbO2）陰極的活性物質是是鉛(Pb)，電解液是稀硫酸(H2SO4)。
　　電池是由單個的“原電池”組成，每個原電池的電壓大約是2V，一個12V的
電池由6個原電池組成。
　　2.2 免維護
　　封密式免維護鉛酸蓄電池，具有敞口式鉛酸蓄電池所有的優點，所謂免維護，是相對敞口式電池需要經常加水而言的。整個蓄電池是全封閉的（電池的氧化還原反應均在密閉的外殼內部循環進行），因此免維電池沒有“有害氣體”溢出。不需進行加水等日常的運行維護。可以安裝在主機房，適合無人之手值守機房。
　　2.3 電池容量與放電率的關系
　　蓄電池的容量是指它的蓄電能力。它是以充足了電的蓄電池，放電至規定的終止電壓的電量。標準YD/T799-2002規定2V、6V、12V密封蓄電池的額定容量均為標準溫度下（25℃）10小時放電率（I=0.1C10A）的容量。該標準明確指出6V、12V蓄電池的容量以10h放電率為基準。但是老的行業慣例并且目前絕大部分廠家為：對于2V電池，是以10小時放電率（I=0.1C10A）來定義容量，而對于6V和12V電池，則以20小時放電率（I=0.05C20A）的容量。
　　放電率與容量的關系：蓄電池放出的容量隨放電電流的增大而減少。高放電過程是極板表面的有效物質發生強制性的變化，生成的硫酸鉛很容易堵塞極板上的小孔，極板深層的有效物質就沒有參加化學反應。這樣蓄電池的內阻增大，電壓下降就快，使電池不能放出全部的容量。
　　10h放電率放出容量為100％，20h放電率放出容量為105％，而3h放電率放出容量為75％，1h放電率放出容量為52％。放電電流與容量的關系可由下式決定：
　　Q=Q0(I/I0)n-1
　　式中Q——I放電電流時的容量（Ah）
　　Q0——10h放電率時的額定容量（Ah）
　　I0——10h放電率的額定放電電流（A）
　　I——非10h放電率的放電電流（A）
　　n——蓄電池放電容量指數，其值為I/I0＜3　n=1.313; I/I0≥3, n="1".414
　　以上意味著以10h放電率定義容量的蓄電池比20h放電率定義容量的電池的容量更足一些。在其它條件相同的條件下，則前者的成本更高些。
　　2.4 溫度與容量的關系
　　一般情況下，容量與溫度有如下關系：
　　C25---25℃時蓄電池的放電容量（Ah）
　　Ct---t℃時蓄電池的放電容量（Ah）
　　t---電解液的平均溫度（℃）
　　上式適應電解液溫度為－15℃～35℃。若溫度低于，則容量減少更為顯著，當溫度超過35℃時，則容量反而減少。
　　特別對于室外型UPS用的蓄電池，如果需要盡可能充分利用蓄電池的容量，必須改善電池的外殼溫度。
　　2.5 電解液數量和濃度與容量的關系
　　適當增加電解液數量和提高電解液的濃度，可以增加電池的容量，但必須在允許范圍，否則會加速極板的腐蝕，縮短電池的壽命。
　　2.6 極板面積與容量的關系
　　對于一定厚度的極板，面積越大，參加反應的有效物質越多，電池的容量越大。
　　2.7 欠充電與容量的關系
　　幾次欠充電后，極板深層的硫酸鉛不能還原，負極板將硫化，極板的有效物質減少則電池容量減少，所以電池不能長期處于欠充電狀態。對于配置電池容量較大的長延時UPS特別在停電比較頻繁的地方使用，充電器的容量必須足夠。