UPS電池組選型配置與維護措施

文/楊凱

隨著數字化信息技術的快速發展，UPS電池技術在計算機電源系統中得到了廣泛應用，提高了計算機系統供電的穩定性，保障了人們的工作質量與效率。

1 UPS的工作價值

UPS設備是英文 Uninterruptable Power Supply的縮寫，中文譯為“不間斷電源設備”，簡稱“不間斷電源”。包含了整流、儲能、逆變和開關控制等模塊，在市電中斷時，用以維持負載供電的連續性。

2 UPS電池組的配置

2.1 UPS電池功能和參數

UPS電池組容量大小決定了其維持放電（供電）的時間。其主要功能是：

（1）當市電正常時，將電能轉換成化學能儲存在電池內部。

（2）當市電故障時，將化學能轉換成電能提供給逆變器。

UPS設備后備時間的長短，是由UPS電池組決定的，電池容量的大小由“安時數（AH）”表示，其含義為按相同的放電電流值進行放電所需要的時間。當電池電壓相同的情況下，安時數越大則電池容量越大；而當電池的安時數相同，電壓越高則電池的容量越大，通常以電壓和安時數共同表示電池的容量，如12V/7AH、12V/24AH、12V/65AH、12V/100AH。

目前采用20小時放電率（C20）的安時數來體現電池額定容量的大小，即在25℃下以恒定電流放電20小時至終止電壓（1.75V/單格），該電流的20倍即為電池的容量，一般用AH數表示。

例如，12V/200AH的電池是指該電池能夠以10A（0.1C）的電流恒定放電至終止電壓10.5V，可連續放電20小時。另外要注意，電池放電時間與放電電流不是線性關系，如100AH電池以100A的電流放電支持不了1個小時，只有數十分鐘；而以1A的電流放電，則會超出100小時（不推薦如此方式放電）。

2.2 配置方案

2.2.1 電池容量的選擇

確定UPS設備的容量(KVA)、電池只數、所需放電時間、終止電壓、UPS系統效率、確定UPS功率因數。例如：50KVAUPS設備，直流電壓384VDC，放電時間30分鐘，終止電壓345.6V，UPS效率95%，UPS功率因數0.8，UPS設備中，逆變器要求蓄電池組已恒定功率向逆變器供電。計算方法：根據UPS設備的容量(KVA),計算要求的蓄電池的功率50KVA X 0.8(功率因數)/0.95(逆變效率)=42.10KW。確定UPS設備的直流蓄電池單元只數，384V/2V= 192個2V單元。折合32只12V或64只6V蓄電池。確定在所需放電時間為30分鐘。確定UPS直流端的終止電壓及蓄電池單元終止電壓345.6V/192單元 = 1.80V/單元。計算要求每只蓄電池單元的功率值，42.10KW/192單元 = 0.219KW/單元=219W/單元。查蓄電池放電功率表30分鐘，終止電壓1.80V/單元條件下，合適的電池型號。

2.2.2 可靠性設計

在對UPS電池組系統可靠性設計時，需要對電池組應用的具體場景進行深入研究分析，若是相關設備采用的是雙回路交流電源供電，且為了保障設備的運行穩定配置了備用的柴油發電機。因此為了保障交流電源與柴油發電的電力可以安全可靠的對接，需要設計多臺UPS電池組，并采取雙機串聯備份的方式進行連接，以提高相關設備運行的質量與安全。

2.2.3 供電方案的設計

圖1

在UPS電池組系統設計時，需要根據UPS系統配置的用電設備，設計相對應的供電方案，主要有分散供電方案和集中供電計劃。當UPS電池組系統的體積較大時，為了充分發揮出電池組的優勢，保證電源系統運行的可靠性和穩定性，可以采用集中式的管理方案，科學的配置電力資源。在實際設備配置UPS系統時，分散管理供電方案也應用較多，主要是根據具體的負載情況和電池系統的運營經濟成本，選擇最佳的UPS電池組供電方案。

3 UPS電池組的維護措施

3.1 UPS電池組的維護

為確保UPS電池組穩定運行，且各單體電池參數均衡，現重點討論以下幾點電池維護內容。

3.1.1 定期保養

電池組在運行一段時間后要定期進行檢查，檢查內容包括，觀察其外觀是否異常、有無極主爬酸、漏液等現象，對單元電池的間端電壓差和內阻進行定期檢測，確保單元電池組的性能達到電源系統運行的基礎要求。若是在檢測過程中，發現了間端電壓差超出了0.4V。或UPS設備長期不停電，電池組會一直處于充電狀態這樣會使電池的活性變差,因此即使不停電，則需要采取相對應的充電措施消除電源的不平衡情況，保持電池活性。無法通過充電措施進行故障消除，則可以采取脫機均衡處理。

新安裝電池組常會出現單體電池電壓、內容不平衡情況，在安裝完成，且設備穩定運行后，也需要對電池組進行放電試驗，經過放電后，電池組的各單體電池各項參數指標將趨于平衡，更有利于電池運行。

3.1.2 避免深度放電

UPS電源系統在實際應用時，需要避免出現深度放電的操作，因為UPS電源系統的特殊性，當出現深度放電時會間接的影響到電源系統的安全。在UPS電源系統工作時，通過開展實時監測了解系統放電充電的具體情況，科學的規避深度放電情況的發生，提高UPS電池組系統運行的安全性與可靠性。

電池容量的大小直接決定UPS在交流停電時能夠保證不間斷輸出的時間長短，因此電池適時的發出電池低壓告警可以使維護人員能夠了解當前電池的剩余容量和后備保障時間，采取相應的應急措施。放電深度對電池組的使用壽命影響非常大，電池被放電的深度越深，對電池組的內部化學儲能部分的影響就越大，嚴重的造成電池內部電能與化學能間不能轉換，其循環使用次數就會減少,因此在使用時應避免深度放電。一般UPS設備都有電池低電位保護功能，一般單節電池放電至10.5V左右時，UPS就會自動關機，但是如果UPS處于輕載放電或空載放電的情況下,也會造成電池的深度放電。

3.1.3 充電方案

在UPS電源系統管理控制時，為了保證電源系統的使用壽命，需要對電源系統進行科學的充電維護。在對UPS電池組進行充電維護時，同時不能影響到相關用電設備的正常運行。在電源系統深度放電之后，需要經過10-12小時的時間對電池組完成充電工作。UPS設備一般采用分級充電電路，即在充電初期采用恒流充電，當蓄電池端電壓達到其浮充電壓后，再采用恒壓充電。UPS電池組的典型充電特性如圖1所示。可以保障UPS電源系統的充電穩定性。

此外、影響電池使用壽命的因素還有：安裝工藝、運行環境、溫度等，此處不再討論。

4 結束語

綜上所述，在UPS電池組系統應用配型時，需要根據實際應用的場景選擇最佳的配型方案，同時確保后續檢修維護工作的質量，充分發揮出UPS電源系統的工作價值。