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在線式UPS電池容量以及放電率影響解析


  在線式UPS廠商在配置蓄電池時,所選用的設計容量是完全滿足甚至超過負載不停電供電的功率容量和供電時間要求的,但是在在線式UPS投入運行後,用戶常常發現在市電停電後在線式UPS不停電供電的實際時間遠小于設計值,造成這種現象的原因,大多數情況下并不是最初配置時蓄電池的備用容量不夠,而是蓄電池的容量沒有發揮出來。造成蓄電池實際容量降低的原因很多,有電池質量問題,但更多的是使用和維護問題。

  電池容量——鉛酸蓄電池的極闆在制造過程中,對生極闆進行充電化成,便正極闆上的鉛變成二氧化鉛,負極闆上的鉛變為海綿狀鉛,但是制造廠商對極闆進行化成的時間有限,不可能将所有的物質均轉化成活性物質,為此,國家标準規定新電池達到90%容量為合格,隻有在随後的日常使用中,容量逐漸達到正常值,安裝兩年後要求達到100%。電池組的額定容量是在規定的放電率下得出的,放電率(1/H)=放電電流(A)/電池額定容量(Ah)。例如,UPS電源維修中所用的小型蓄電池的典型規格之一是l2V、6Ah/2Ohv,此規格定義為輸出直流電壓l2V,标稱容量為6Ah,放電率條件為20hr。具體含意是:把輸出直流電壓l2V的電池組置于以20H恒放電率條件下進行放電,一直放到其輸出電壓由l2V降到l0.5V時,所測到的總安時數應為6Ah。

  我國、日本、德國工業用電池采用10小時率(表示為C10),美國工業用電池标準為8小時率(表示為C8,)。在實際使用時,其放電率并不等于标準容量規定的放電率,當實際放電率大于标稱容量規定的放電率時,其實際輸出的容量要小于标稱容量。我國電力、郵電标準規定,10小時率電池,當采用1小時率放電時,其容量為标稱容量的55%,即0.55C10。日本工業标準規定2V/10小時率電池,1小時率時容量為0.65C10,6V、12V,10小時率電池,1小時率容量為0.6C10。20小時率電池,10小時率容量為0.93C20,1小時率容量為0.56C20。蓄電池的壽命有兩種表達方法:一種為深循環使用的電池,另一種為浮充使用的"備用電源"電池。深循環使用的電池以深循環次數來表示其使用壽命,以0.8C10深度充放電循環使用的電池,其壽命達到1200次以上,而浮充使用的電池,年限可達到10~20年。蓄電池隻有80%容量時認為壽命終止。實際使用壽命與設計使用壽命有很大差别,這主要取決于電池中水的損失情況。在設計條件下使用可達到設計壽命,而當外部條件如溫度、充電電壓、放電深度等變化超出設計要求時,實際使用壽命會大大低于設計壽命,實際使用容量也會低于設計容量。

  放電率對電池實際可輸出容量的影響——電池容量C(Ah)等于放電電流(A)與電池電壓達到下限值的放電時間(h)的乘積,而放電率(1/h)是實際放電電流(A)與電池标稱容量(Ah)的比值。在在線式UPS的實際運行中,市電掉電後,要求電池逆變承擔全部的負載功率,放電率視後備時間的不同而有很大差别,例如标機在10min左右,維持時間很短,放電率很大,長延時機可達4h或8h,放電率很小。所以蓄電池的實際放電率并非蓄電池規格定義中的放電率,圖5-1所示的放電曲線反映了不同的放電率對電池容量的影響。由圖5-1中曲線可知,屯池的實際放電電流越小,電池的電壓能維持的穩定時間越長,反之亦然。例如,對100HR電池組而言,當放電電流為5A時,放電率為0.05C,其輸出電壓維持在12V以上的時間長達10h以上,當電池電壓下降到臨界電壓10.5V時,放電時間可達20h,電池釋放的容量基本上是它的标稱容量。若将放電電流增大至100A,放電率為1C,則輸出電壓維持在l2V以上的時間不到10min。當電池電壓下降到臨界電壓時,可維持放電時間超過30min,實際放出的容量為58.3.M左右,遠低于标稱容量100Ah。電池組允許的放電臨界電壓值和實際可供利用的容量(AM都弓電池的放電電流大小有密切的關系。

  事故照明切換屏蓄電池所允許放電時間為電池在實際放電電流下進行放電時,電池電壓從額定值下降到它所允許的臨界電壓時所用的時間。蓄電池可供使用的效率為它在實際放電電流下所能釋放出的實際最大容量與它的額定容量的比值。要注意在不同的放電率情況下,電池端電壓下降的臨界值也在變化,放電率低時,例如0.01C時,實際釋放的容量接近标稱容量,所允許的電池端電壓下降也高(10.5V),放電率大時例如1C,實際釋放的容量小,但允許的電池端電壓也可以低些(8V)。過度的大電流放電工作方式是不利的。在為事故照明切換屏配置電池時,單憑事故照明切換屏在電池逆變期間所需要的輸出電流和電池供電時間來配置所用電池的标稱容量是不夠的,還必須根據電池逆變時的放電率和所選電池規格的輸出特性,适當增大所配電池容量。