UPS电源系统蓄电池的选择和维护
作者：徐卫民
摘 要：介绍了选用UPS蓄电池时应考虑的几个重要因素，并提出了使用和维护时应注意的问题。 关键词：不间断电源 蓄电池
Abstract：This paper introduces the mainly focuses on the selection，use and maintenance of UPS battery． Keywords：UPS，battery 1、引言
我厂化工装置和公用工程装置的操作、监视、控制都采用DCS系统，如何向DCS系统提供高质量、安全可靠的电源就显得非常重要。我厂采用UPS向DCS系统供电，UPS系统由整流模块、充电模块、蓄电池、逆变模块、自动旁路开关、手动维修旁路开关等组成，UPS可以向DCS提供高质量、安全可靠的电源，保证化工生产的安全、稳定、可靠。可是不少电气工程人员在配置电源时，往往比较注重不间断电源(UPS)主机的性能，忽视了对UPS配套蓄电池的选择。不恰当的配套蓄电池选择往往会造成UPS后备时间不足、电池不能放电等事故，严重影响UPS的质量。 2、UPS的工作原理
ＵＰＳ系统的工作原理:将供电质量较差的厂用电源首先经整流装置变换成直流电源,一路经充电模块向蓄电池充电，另一路采用高频脉宽调制(ＳＰＷＭ)法在逆变装置内重新将直流电源变成纯正的
高质量的正弦波电源向负载供电。当交流工作电源消失或整流装置等元器件故障时,由蓄电池组经电池开关向逆变装置供电。当逆变装置故障输出电压异常或过载时,则切换到自动旁路开关由厂用电直接向负载供电。
3、 UPS蓄电池的种类
UPS要求所选用的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性。目前，在线运行的蓄电池基本上有两种，它们都属于铅酸蓄电池。 3.1、防酸隔爆铅酸蓄电池
这种电池在早期的UPS系统中使用较多，只要维护得当，会有较长的使用寿命，但由于在运行中存在大量的电解液水分散失，需经常性地测量电解液的温度、密度，往电池内部添加蒸馏水，维护工作量极大，现在的UPS系统中已很少配用。 3.2、阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)
因其体积较小，密封性能好、绝少维护而被广泛应用于各类UPS电源中。VRLA防止电池内部电解液流动有两种技术方法：一种技术是将硫酸电解液与SiO2胶体混合后充满电池内部，制成胶体电池(简称GEL)。这类产品产量较低，约占VRLA电池总量的15%；另一种技术是利用超细玻璃棉将电解液不饱和地吸附住，制成吸液式电池或贫液式电池(简称AGM)。由于后者具有较好的大电流放电性能，在UPS系统中较多采用，国内厂家也大多生产AGM蓄电池。 4、 UPS蓄电池的选择 4.1、蓄电池容量(Ah)的选择
蓄电池容量(Ah)是指在标准环境温度下，每2V电池单体在给定时间至1.80V终止电压时，可提供的恒定电流值(A)与持续放电时间(h)的乘积。给定持续放电时间为10h的容量称为10h率容量，用符号C10来表示。蓄电池容量可用20h率、10h率、8h率、5h率、3h率、1h率、0.5h率等多种方法表示，一般采用C10作为蓄电池的额定容量来标称蓄电池。额定容量是蓄电池的主要参数，不少工程人员就认为，两种品牌相同额定容量的蓄电池可以在同一套UPS系统中替代使用。这种观点是有偏颇的，因为两种蓄电池具有相同额定容量，只表示它们的10h放电性能一致，但在10min、30min、lh、3h等时间内可提供的恒功率值和恒电流值则可能差异较大，而UPS后备时间通常不到10h，所以UPS配用蓄电池时，考察其在后备时间内的放电性能就尤为重要。
在已知UPS主机一些基本参数和确定蓄电池品牌后，我们就可以根据这一蓄电池品牌样本资料中提供的恒功率放电数据表或恒流放电曲线，通过功率定型法或电流定型法来计算确定蓄电池的容量和型号。
1.功率定型法
这种方法比较简便，根据蓄电池恒功率放电参数表可以快速准确地选出蓄电池型号。首先计算在后备时间内，每个2V的蓄电池至少应向UPS提供的恒功率：
P=Scosφ／(ηN·K) (1)
式中：S---UPS标称输出功率；cosφ---UPS输出功率因数；η---逆变器效率；N---在UPS中以12V电池计算时所需的串联电池个数，由UPS正常工作电压确定；K---系数，厂家提供的电池恒功率放电数据表，一般是以2V单元电池为计算基准的，12V／节电池相当于6个2V单元串联，此时取K=6；如果电池厂家提供的电池恒功率放电数据表是以12V单元电池为计算基准的，则K=1。然后确定蓄电池的放电终止电压UT:
UT=Umin／(N*6) (2) 式中:Umin ---UPS最低工作电压
我们可以在厂家提供的UT下的恒功率放电参数表中，找出等于或稍大于P的功率值，这一功率值所对应的型号即能满足UPS系统的要求。如果表中所列的功率值均小于P，可通过多组电池并联来达到功率要求，一般并联不应超过4组。
下面举例说明：例如一台80kVA梅兰日兰UPS后备15min，已知UPS输出功率因数cosφ为0.8，逆变器效率η为0.94，正常工作电压为384V，最低工作电压Umin为320V，则配套蓄电池组N应为32节(384V／12V)12V／节电池串联，根据式(1)得出P=354.6W，根据式(2)得出放电终止电压UT=1.67V。如我们选用美国GNB Sprinter系列电池，根据GNB Sprinter样本提供的在25℃时每单元恒功率放电数据表，查找15min列下等于或稍大于354.6W的功率值为373W，对应的型号为S12V370，其额定容量为100Ah，也就是说，用32节GNB S12V370蓄电池串联，可以满足该UPS系统的要求。如果选用2V
／节电池串联，则在2V系列电池的恒功率放电数据表中查出相应型号，整组串联电池数量为6N。 2.电流定型法
这是根据某一品牌蓄电池的恒流放电曲线来确定蓄电池容量和型号的方法。首先计算UPS系统要求的蓄电池最大放电电流： Imax=Scosф／(ηUmin) (3)
式(3)中各符号的含义与功率定型法中所定义的相同。在计算出电池串联数量N和放电终止电压UT后，就可以根据UPS要求的后备时间从蓄电池恒流放电曲线中查出放电速率n，然后根据放电速率的定义：n=Imax／C10，得出配置蓄电池的额定容量C10并确定电池型号。
下面仍以80kVA梅兰日兰UPS后备15min系统配套美国GNB Sprinter l2V电池为例来说明。首先按式(3)计算蓄电池的最大放电电流，Imax =212．8A，由式(2)得出每2V单元的放电终止电压UT=1.67V。在sprinter恒流放电曲线图(图1)中，根据后备时间15min(横坐标)和放电终止电压1.67V(纵坐标)，可得出放电速率n为2.13C(容量)。据此可得电池的额定容量为：C=Imax／n=100Ah(即C10)。100Ah所对应的型号为S12V370，即用32节GNB S12V370电池串联能满足系统要求。
UPS电源系统蓄电池的选择和维护
