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硕天UPS电源蓄电池配置及使用维护

硕天UPS电源主要为PC、计算机网络系统或其它电力、电子设备等提供不间断电能。当市电中断(事故停电)时,硕天UPS电源电池通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电,使负载维持正常工作并保护负载软件、硬件、存储信息不受损坏。

　　随着信息时代的来临,计算机和大量通信设备飞速发展,电源系统的可靠性直接关系着这些设备能否稳定!硕天UPS电源广泛应用于金融、电力、通信中心机房、航天、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备等领域,如果市电中断(事故停电)时,没有硕天UPS电源或硕天UPS电源电池无法正常工作,会造成电脑信息丢失的巨大损失。所以人们将UPS称为电脑的“保护神”,将UPS电池比喻为UPS的“心脏”以形容其重要性。硕天UPS电源电池的重要性决定了其必须具有较高的可靠性与恒功率放电特性(10min、15min恒功率放电最具代表性)以及寿命才能有效履行其使命。

　　目前,提高硕天UPS电源的使用性能,延长其使用寿命亟待解决。蓄电池作为硕天UPS电源的重要组成部件,提高其使用性能变得至关重要,本文以硕天UPS电源电池选型为例,介绍了其蓄电池型号选择原则,指出影响硕天UPS电源电池使用寿命的几种因素,同时提出了硕天UPS电源电池的正确使用方法及维护措施,以科学的手段使硕天UPS电源可靠、稳定地运行。

　　1 硕天UPS电源电池选型及电池容量计算

　　正确的选择硕天UPS电源后备电池容量,对硕天UPS电源的正常运行至关重要。电池容量选择偏小不仅不能满足硕天UPS电源后备时间,还会因电池放电倍率太大,严重影响电池的性能及使用寿命,同时给系统的稳定运行带来极大的隐患。

　　蓄电池容量C(Ah)是指在标准环境温度下,电池在给定时间达到放电终止电压时,可提供的电流I(A)与持续放电时间t(h)的乘积。

Shuotian UPS power supply mainly provides uninterrupted power for PC, computer network system or other power, electronic equipment, etc. When the city power interruption (accident power outage), Shuotian UPS power supply battery continues to supply alternating current to the load by means of inversion conversion, so that the load maintains normal work and protects the load software, hardware and storage information from damage.

With the advent of the information age, computers and a large number of communication equipment are developing rapidly, and the reliability of power supply system is directly related to the stability of these equipment! Shuotian UPS power supply is widely used in finance, power, communication center computer room, aerospace, national defense, hospitals, computer business terminals, network servers, network equipment, data storage equipment and other fields, if the city power interruption (accident blackout) When there is no power supply or battery, it will cause huge loss of computer information. So people call UPS the "god of protection" of computers and compare UPS batteries to the "heart" of UPS to describe its importance. The importance of SUOTAIN UPS power supply battery determines that it must have high reliability, constant power discharge characteristics (10 min, 15 min constant power discharge is the most representative) and life to effectively fulfill its mission.

At present, it is urgent to improve the performance and prolong the service life of SUOTAN UPS power supply. As an important component of Shuotian UPS power supply, it is very important to improve its performance. Taking the battery selection of Shuotian UPS power supply as an example, this paper introduces the selection principle of its battery type, points out several factors affecting the service life of Shuotian UPS power supply battery, and puts forward the correct use method and maintenance measures of Shuotian UPS power supply battery, so as to make Shuotian UPS power supply available by scientific means. Running reliably and steadily.

Battery Selection and Battery Capacity Calculations of 1 Suo Tian UPS Power Supply

Correct selection of backup battery capacity of SUOTAN UPS power supply is very important for the normal operation of SUOTAN UPS power supply. Battery capacity selection is too small not only can not meet the backup time of UPS power supply, but also can seriously affect the performance and service life of batteries because of the large discharge rate of batteries. At the same time, it brings great hidden dangers to the stable operation of the system.

Battery capacity C (A h) refers to the product of current I (A) and sustained discharge time T (h) provided by the battery when it reaches the discharge termination voltage at a given time at a standard ambient temperature.

　　蓄电池容量C(Ah)=电流I(A)×持续放电时间t(h)即:

　　蓄电池是通过硕天UPS电源的逆变器向负载放电,由于硕天UPS电源向负载供电功率是恒定的,所以电池也是恒功率放电。在为硕天UPS电源选择电池时,其主机容量、蓄电池功率、备电时间、电池容量等都是重要的参数。因此,在硕天UPS电源系统中后备电源选型方法中最普遍的方法是恒功率法。这种方法比较简便,根据硕天UPS电源功率计算得出每单体蓄电池所要承受的恒功率放电值,查找蓄电池厂家提供的恒功率放电参数中对应的备用时间与放电终止电压要求,查找出厂家提供的恒功率放电参数中对应时间、终止电压值、恒功率参数均达到要求的蓄电池型号。首先计算在后备时间内,每个2V单体电池至少应向硕天UPS电源提供的恒功率。

The storage battery discharges to the load through the inverters of the Shuotian UPS power supply. Because the power of the Shuotian UPS power supply to the load is constant, the battery also discharges at constant power. When choosing batteries for Shuotian UPS power supply, the main engine capacity, battery power, standby time and battery capacity are all important parameters. Therefore, the most common method of backup power selection in the SUOTAN UPS power supply system is the constant power method. This method is relatively simple. According to the power calculation of the UPS power supply in Suotian, the constant power discharging value of each battery is obtained. The corresponding standby time and discharge termination voltage requirements of the constant power discharging parameters provided by the battery manufacturer are searched. The corresponding time, termination voltage value and constant power parameters of the constant power discharging parameters provided by the battery manufacturer are found out. 。 Firstly, the constant power of each 2V cell should be supplied to the UPS power supply at least in the backup time.

　　恒功率P(nc)计算公式为:

　　式中,P(VA)—UPS标称容量(VA);

　　PF—UPS功率因数;

　　η—逆变器转换效率;

　　n—机器配置的电池数量;

　　N—单体电池数量。

　　我们可以在恒功率放电参数表中,找出等于或者稍大于P(nc)的功率值,这一功率值所对应的型号即能够满足UPS系统的要求。如果表中所列的功率值均小于P(nc).可以通过两组电池并联的方式达到要求。我们以硕天12VUPS电池选型计算为例详细说明上述问题。

　　假设硕天UPS电源功率为P(VA)=80kVA,电池后备时间为15min,负载功率因数PF=0.9,逆变器转换效率η=0.94,UPS直流电压为384V,放电终止电压为1.67V/单格,蓄电池应如何配置?

　　硕天UPS电源直流电压为384V,可以确定12V电池的只数N=384/12=32只,1只硕天12VUPS电池单体数n=6.由此我们可以确定每个单体电池的放电功率为:

　　因此,备电时间为15min,放电终止电压为1.67V,其电池功率至少需398.2W,综合成本因素,从表1查到,选用6-GFM-100H电池即符合需求。

　　2 影响硕天UPS电源电池使用寿命的因素

　　目前硕天UPS电源使用的电池基本上为免维护铅酸蓄电池,其浮充使用设计寿命一般可达7～15年,铅酸蓄电池的使用寿命与放电次数、放电深度、工作温度、浮充电压及放电电流有着直接的关系。

　　(1)放电深度与放电次数

　　铅蓄电池反复地大量放出蓄电池电量(深放电)将缩短电池寿命,寿命与放电深度和放电次数的关系可以用图1表示。

　　(2)工作温度

　　蓄电池浮充使用时的充电电压与环境温度有关,当温度升高时,充电电压应降低,以防止造成过充电;当环境温度降低时,充电电压应提高,以防止充电不足,温度与充电电压的关系曲线可以用图2表示。工作温度对电池的容量影响较大,随着环境温度的降低容量减小。环境温度变化1℃时的电池容量变化称为容量的温度系数,温度与容量的关系曲线可以用图3表示。

　　(3)放电电流

　　为了延长蓄电池的使用寿命,蓄电池的放电终止电压与放电电流应严格控制,以免产生过放电,放电后应立即进行补充电,以利于延长蓄电池的使用寿命。表2为在不同放电电流时推荐的放电终止电压值。

　　3 电池正确使用及维护

　　(1)电池存储:蓄电池贮存前应保持充足电状态

　　在储存期间蓄电池会因为自放电而失去一部分容量,表3为不同温度下的贮存时间规定。充放电的周期必须根据储存温度以及电池的实际情况确定,须2个月检查1次电池的开路电压。

　　如果开路电压低于12V,会对蓄电池产生损害,必须立即进行补充电。当储存温度超过25℃时,必须增加开路电压的测量次数。不论在任何情况下,蓄电池的浮充电压不应超过厂家给定的浮充值,并且要根据环境温度变化,随时利用电压调节系数±3mV/℃来调整浮充电压的数值。

　　(2)运行环境要求

　　硕天蓄电池使用环境的最佳温度为20～25℃,当温度增再加10℃,会导致电池的实际使用寿命缩短一半。温度过低,电池的内阻增大,其放电容量会降低。

　　(3)定期维护

　　为了确保蓄电池正常的使用寿命,应定期对硕天蓄电池进行检查和维护。“定期”可分为按月、按季度和按年度三个时间阶段。表4为推荐定期检查项目。

　　(4)故障处理

　　表5为常见故障诊断及解决方法一览表。

　　4 结束语

　　随着大数据时代的到来,国家制定“互联网+”行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展,引导互联网企业拓展国际市场。硕天UPS电源的使用将会越来越广泛,其正确配置、使用及维护直接关系到硕天UPS电源系统工作的稳定性、数据的安全性。本文以硕天UPS电源电池选型为例,介绍了其蓄电池型号选择原则,指出影响硕天UPS电源电池使用寿命的几种因素,同时提出了UPS电池的正确使用方法及维护措施,以科学的手段使硕天UPS电源可靠、稳定的运行。

铅酸电池技术发展100年来基本没什么变化。虽然在化学和结构上已有改进，但引起电池发生故障有一个共性的因素。这个故障原因是：硫酸盐堆积在极板上导致失效的结果，解决这些问题最有效的方法是应用脉冲技术。

　　脉冲技术有助于排除电池这些故障，它可以保持高的活性物质反应，使电池内部平衡，容易接受外接充电。这样一来，节约了因置换电池带来的各种相关费用。

　　二、硕天UPS电源维修技术介绍

　　专家预言：铅酸电池作为在电池电源领域里以第一位置将延续到下一世纪。但值得重视的问题是，多数电池的工作状态不能达到当今科技先进交通工具的需求。按说，铅酸电池的反应材料能维持8年—10年或更长一些，但事实上做不到。现在的电池平均寿命是6—48个月。而能用48个月的电池仅占30%。大部分电池则提前衰老和失效。影响电池寿命的一系列问题的原因是：硫酸盐的堆积，而最有效解决这些问题的方法是脉冲技术。

　　早在1989年就有第一个专利，利用脉冲技术提高电池的实用性，延长电池寿命。它的工作原理：使电池一直维持高的活性物质反应，使电池内部平衡，易接受充电。这种技术可提供大的放电容量，接受充电快，而且能使用持久。(换言之，延长电池工作寿命)

　　现在让我们来了解一下脉冲技术是如何有益于电池，其工作原理是什么。首先让我们重温一下电池的工作原理：依照国际电池理事会手册第11版：“蓄电池是属电化学原理设计范畴，电池产生的电能是由存储的化学能转变的。在车辆和动力机械设备上需要电池，它的三种主要功能是：

　　(1)、供电给点火系统，使发动机启动。

　　(2)、给发动机外的电器设备供电。

　　(3)、对电器系统起到稳压作用，使输出平滑和降低瞬间有电器系统发生高压。”

　　电池由两种不同材料构成(铅和二氧化铅)，这两种材料置于硫酸液中反应产生电压,在放电过程，正极铅板上的活性材料与电解液的硫酸根生成PbSO4。同时，负极板上的活性材料也与电解液硫酸根生成PbSO4。所以，放电的结果使正负极板都覆盖了硫酸铅(PbSO4)。电池的恢复是通过对它反方向充电。

　　在充电过程，化学反应状态基本是放电的逆反应。这时正负极板上的硫酸铅(PbSO4)分解变为原来状态，即铅和硫酸根，水分解出“H”和“O”原子，当分离后的硫酸根与“H”结合还原为硫酸电解液。

　　从上所述，硕天UPS电源维修蓄电池的工作基本原理是硫酸和铅进行离子交换的化学反应过程形成的能量。在能量交换过程中，其反应生成物—硫酸铅在极板上是“临时”的。但值得注意的是，在充电还原过程，极板上的硫酸铅并不能全部溶解而堆在极板上。这种堆积物是电化学反应的剩余物，占据了极板的位置。这就是说，极板的有效反应材料在不断减少，这是导致电池失效的主要原因。(因硫酸铅导致电池失效，这种现象的通俗叫法是—极板盐化)

　　极板盐化问题：大多数电池失效归咎于硫酸铅的堆积。当硫酸铅分子的能量大于一个极限低值的时候，它们从极板上溶解，返回到液体状态。那么，它们可以接受再充电。但实际上，总有一部分的硫酸盐是不能返回电解液里的，而是贴附在极板上，最终形成不可溶解的晶体。硫酸盐结晶体是这样形成的：这些不能参与反应的单个硫酸盐分子的核心能量都处于极低状态，它逐步吸附其它因能量极低的硫酸盐分子。当这些分子堆积，并紧密地结合时，就形成一个晶体。这种晶体不能有效地溶解到电解液里去。这些晶体的存在，占据了极板的位置，使极板失去了充放电的能力。所以，极板被覆盖的这一点或这一部分都相当于是死点。

　　依照BCI手册58页说：“电池的本质是化学类器材，它的充电特性常常是由电池自身化学变化而改变的。例如，硫酸盐应是正常的化学反应生成物，但在非正常状态下，它变成多余物质而成为影响化学反应的主要问题，而这些多余的硫酸盐在极板上不断堆积，又长期被忽略。另外，新电池如存放时间过长，也会出现这种状态。当电池严重盐化时，就不能接受发电机对它的快而满的补充电。同样，也不能作满意的放电。随着盐化加剧，最终因电池不能接受充电和放电而失效。”第56页上说：“充电电压是受温度和电解液浓度、电解液接触极板的面积、电池的年限、电解液纯度等因素影响。极板上的盐化结晶很硬，使内阻增大。”

　　超过80%的电池是因为这些盐化晶体堆积而引起失效。这些晶体形成的速度、面积及硬度是与时间、电池充电状态、能量储备的使用周期有紧密关联。电池上的盐化结晶物堆积是非常麻烦的。以下几种情况是不可避免要产生盐化：

　　1、电池在安装使用前曾长时间搁置储存。实际上电池一旦加上硫酸液后就开始了化学反应而产生盐化物。所以，新电池的搁置也会盐化，导致在交通运输工具上安装不久的新电池就失效。

　　2、交通工具长时间静止不工作。

　　3、电池受到侵蚀使充电期间内阻增加，引起充电不足的情况。

　　4、持续过放电。

　　5、温度影响。例如，当气温转热，随温度每增加10度，盐化速率呈2倍增长。在充电期间，如外界温度高，当电池的温度达75度时，内阻会增大，致使充电不足情况发生。当温度转冷，交通工具的润滑油变稠，这就需要更大的动力去启动车辆，也就是说，需要电池放电能力更大。其结果，加快了极板上盐化物的堆积。如果留意一下电池过放电的情况，就知道这时候的电池电解液凝固，这种情况极大地伤害了极板。一般情况下，充电达100%时，电解液的比重是1.27左右，这时候的电解液凝固温度是–83华氏;当比重在1.2左右时，凝固温度是–17华氏;若比重在1.14时(也称完全放电)，这时仅在8华氏就凝固。

　　6、硕天UPS电源维修在充电不足的情况下，电池不能供给最大启动电流，这样对频繁使用的车辆经常发生死火。依照BIC手册说：“一辆使用一个充不满电的电池时，就有可能使发动机转速慢和空转不能启动，消耗电能。而反过来，电池也得不到发电机在最佳速率下充电。其结果，虽然电池用全天候充电，仍不能充满电。而又经常性地充电不足，电池盐化加重。这样恶性循环下去，最终使电池完全失效。

　　综上所述，硕天UPS电源维修硫酸盐是能量转换过程必然之物，但硫酸盐的结晶物确是一个严重问题，而不是硫酸盐本身，这需要更多的人去了解这个问题的严重性—硫酸盐结晶使电池失效。其失效的现象包括：

　　1、极板弯曲：极板某处有硫酸盐结晶削弱电能的接受，造成电池极板的某处过充电，而这种过充电使此处温度升高，使这里的极板弯曲。

　　2、盐化使极板上栅格网眼的反应物脱落，会导致过充电，极板弯曲。

　　3、短路：由于盐化使内阻增加，极板弯曲，接触了另一极性的极板而发生短路或破坏了支撑极板的框架。

　　4、硕天UPS电源维修活性物质的脱落：盐化结晶物使内阻增大，造成局部过充电，导致极板有裂缝和裂缝的物质脱落。

　　因此，应用脉冲技术去保护极板是最合适的，也有助于减低机械震动引起电池极板的损害。过去，电池盐化后，被认为无用而丢弃，或拉到远处修理。但现在，脉冲技术能很好地解决这个问题。