UPS系統中蓄電池充電的研究

摘 要： 蓄電池這種儲能設備的問世，推動了UPS的誕生。在UPS技術中，蓄電池是不可或缺的構成要件。UPS的蓄電池配套選擇和充電模式的研究，不僅關系到經濟成本問題，還直接影響UPS電源的不間斷供電性能。本文首先分析了配套UPS蓄電池的種類、工作原理及性能，隨后研究了UPS蓄電池的選型及充電模式。

關鍵詞：UPS；蓄電池；電池選型；充電模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.136

0 引言

配套的蓄電池是UPS系統不可或缺的構成要件，對于整個系統的可靠性而言，其良好的性能具有決定性的作用。同時，由于蓄電池在整個系統成本中所占比例較高、事故率也較高。對配套蓄電池的性能、種類加以優化和完善，是當前亟待解決的重要課題之一。

1 UPS配套蓄電池簡介

1.1 UPS配套蓄電池的分類及原理

能夠在短時間內輸出較大電流，是UPS系統對配套蓄電池提出的要求，現階段，防酸隔爆蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池，是國內常用的兩種UPS蓄電池，而后者的普及度較高。

（1）防酸隔爆式鉛酸蓄電池。早期的UPS系統主要應用這種蓄電池，如果得到較為科學的維護，其使用年限將得以延長。在充電過程中，硫酸逐漸自正負極板的硫酸鉛中被釋放出來，電解液硫酸濃度及比重也隨之提高。

（2）閥控式密封鉛酸蓄電池。在UPS系統電源中，得益于維修難度小、良好的密封性、較小的體積等特點，閥控式密封鉛酸蓄電池得到了普遍應用。借助下述兩種手段，VRLA能夠對電池中電解液的流動加以遏止：其一，借助超細玻璃纖維棉，不飽和地吸附電解液；其二，在電池中注入二氧化硅膠體和硫酸電解液，在工作時，閥控式密封鉛酸蓄電池的陽極、陰極分別表現為：形成了氧氣、還沒有產生海綿狀鉛，這意味著還處于充電狀態，因此沒有形成氫氣。

1.2 UPS配套蓄電池的性能指標

（1）在20小時率條件下測量所得的標稱容量；

（2）禁止蓄電池繼續放電時的放電終止電壓，一般被定義為1.75/單格；

（3）蓄電池的輸出電流，即放電電流，其表示除安培外，也可為蓄電池的容量和某系數之積；

（4）放電至終止的時間、電流等的表示——放電功率，一般表示為電流；

（5）在儲存滿時，電池可提供能量的最大值，即為容量，可為放電時間乘以放電電流。

2 UPS配套蓄電池的選型

就UPS系統的運行來說，無論蓄電池的容量低于還是高于標準，都無好處，其中，前一種情況難以使負載不間斷供電需要得到保證，此外，蓄電池使用年限也會因大電流的充放電而減少；而后一種情況容易造成成本的提高，以及蓄電池小電流深放電的情況，甚至會徹底地損壞蓄電池。所以，要想有效降低UPS系統成本，并實現持續供電，就要采用合適型號的蓄電池。

（1）蓄電池放電時間。以后備時間為依據，可將UPS系統劃分為下述兩種：其一，不含電池，能夠適用外接蓄電池，不具備具體數量要求，能夠在停電時間較長時保證供電需要，通常滿載配置能夠超過數小時；其二，含有蓄電池，在斷電后能夠提供短時間供電。

在UPS系統中，市電供電類別，是配套蓄電池后備時間的決定性因素。每種蓄電池都有自己的后備時間：一、二、三、四類市電供電的UPS系統的配置，分別為0.5h-1h、1h-2h、2h-8h、8h-10h。然而，處于對各方面因素如系統安裝空間、蓄電池成本的考慮，應將后備時間控制在2h以下。為對UPS系統供電保障性加以保障，如果某一地區的供電能力不足，供電方式宜采用發電機組結合UPS系統。

（2）電池容量計算。了解UPS配套蓄電池的容量算法，有助于對蓄電池型號加以確定。在某種負載下，結合電池容量=負載容量*放電時間（h）/（機器裝換功率*電池放電功率*機器終止電壓）這一公式，能夠對UPS蓄電池容量進行計算。

3 UPS配套蓄電池的充電模式

恒壓限流充電：從本質上看，這種充電手段融合了恒流充電及恒壓充電，開始充電時蓄電池電壓不足，為對電池加以保護，選擇恒流充電法對充電電流加以控制；在實現特定電壓時，啟動恒壓充電。作為充電方式的一種，恒壓限流效果十分顯著，如引入溫度補償、過充判斷等，即可構建能夠更好地保證蓄電池工作性能的充電管理系統。

恒流充電：這種充電手段較為簡便，然而存在明顯不足，即充電電流過大容易導致蓄電池使用年限的減少及溫度的提高，反之則會導致充電時間的延長。

Reflex 充電：作為升級版的脈沖充電法，這種充電手段每個周期都為正脈沖和負脈沖的組合，空閑時段緊隨其后。

脈沖充電：充電時，若充電電流保持在蓄電池能承受的電流范圍內，蓄電池內部出現的氣泡量就會較低。極化現象的發生，會對蓄電池的充電造成阻礙，同時提升出氣率和溫度。所以，對于充電速度來說，最關鍵的制約因素是極化電壓。在給電池充電時，選擇周期性的脈動電流，能夠幫助電池更好地恢復原狀，對極化現象的制約作用加以弱化，促進快速充電的實現。然而，當下該充電方式的發展依舊處于起步期，人們尚未在各種具體問題如占空比的大小、脈沖周期的大小等上達成統一意見。

4 結論

對于整個系統的可靠性、穩定性而言，UPS系統配套蓄電池的質量具有決定性作用，所以，無論對于成本的控制，還是對于UPS電源的使用年限和持續供電性能而言，全面探討UPS配套蓄電池選型和充電模式，都具有至關重要的意義。當前時代，網絡化、電氣化已成為大勢所趨，在世界范圍內，備用電源都得到了推廣，在選型配置上的匹配，及分析其放電機制，是在蓄電池配套方面，常辦公和家用UPS系統未來的熱點之一。

參考文獻：

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[2]郭錫民，張秀艷.膠體閥控密封鉛酸蓄電池性能特點淺析[J]. 蓄電池，1999，02（02）：3-6.

作者簡介：白鵬菲（1987-），女，山東濟南人，本科，電氣助理工程師，研究方向：電氣自動化。