蓄电池基础知识

蓄电池基础知识

蓄电池是UPS电源中最关键、最昂贵、最易损坏的部件之一，它对UPS的品质有着重要的影响。正确的使用和维护好蓄电池，是延长蓄电池的寿命，提高放电效率的关键。下面再介绍一些铅蓄电池的小知识。

1. 铅酸蓄电池的结构及电动势的产生： 铅酸蓄电池的构造：

正极板（正极板上的活性物质为二氧化铅PbO2)、 负极板（负极板上的活性物质为海绵状纯铅Pb)、

电解液（电解液由水和硫酸[H2SO4]按一定的比例配制而成）、 电池槽等。

将制作好的正、负极板浸入装有电解液的电池槽中后，负板表面的铅离解产生二价的正铅离子和电子（Pb → Pb2+ + 2e），其中正二价的铅离子进入电解液中，电子留在负极板上，这样负极板和电解液之间形成电位差。

同样正极板上的二氧化铅在电解液中离解成正四价的铅离子和负氢氧根离子（PbO2 + H2O → Pb4+ + OH- ），其中负的氢氧根离子进入电解液，正4价铅离子留在正极板上，这样在正极板和电解液之间形成电位差。

由于正、负极板与电解液都有电压差，所以正、负极板之间也存在电位差。正、负这间电压的高低与电解液的浓度有关，铅酸蓄电池的每单元电压值可用公式表示：E = 0.85 + d(15℃)

式中0.85----表示铅酸蓄电池的电动势常数,

d(15℃)---表示15℃时极板活性质物质微孔中电解液的比重。

UPS电源中常使用的铅酸蓄电池标称电压为12V，它由6个单元组成。 2. 铅酸蓄电池的放电及常用的充电方法：

2.1 蓄电池的放电：蓄电池向外电路供电叫蓄电池放电，放电时，负极板上的电子通过负载流向正极，随着放电的进行，负极板的铅和硫酸反应生成硫酸铅，正极上的氧化铅和硫酸反应生成硫酸铅，随着放电的进行，蓄电池的端电压逐惭下降，当端电压下降至临界电压时，就应终止放电，否则蓄电池的寿命将大缩短甚至损坏。临界电压是蓄电池制造商为保护蓄电池免受不正常的放电而影响蓄电池的寿命，

2.2 恒流充电：这种充电方法在整个充电过程中，流过蓄电池的电流不变，充电器输出的充电电压随蓄电池的端电压上升而上升。这种充电方法有以下特点：充电时间短，但耗能大，充电后期易产生过压充电而缩短电池使用寿命。目前在UPS电源中，不采用这种方法。

2.3 恒压充电充：使用这种方法充电时，整个过程中充电电压保持不变。常用的恒压充电方式中有高压恒压充电和低压恒压充电之分。

使用高压恒压方式充电时，充电器输出的充电电压 = 2.7V ×蓄电池单元格个数。这种充电方法的特点：充电时间较长，充电初期易产生过流充电而缩短电池使用寿命。这种方法适用于加水铅酸电池，目前在UPS电源中所使用的免维护铅酸蓄电池，不能采用这种充电方法。

使用低压恒压方式充电时，充电器输出的充电电压 = 2.3V ×蓄电池单元格个数。（充电电压不能超出此上限值）。这种方法充电的特点：十分节能电能，电池温升低，电解中的水份耗损少，对电池的损伤程度低。但充电时间较长，这种充电方法适合于免

维护铅酸蓄电池，目前在UPS电源中,这种方法用得较多。对中、小型铅酸免维护蓄电池来说，使用这种方法充电时，其充电电流一般控制在0.1CA—0.3CA之间。 2.4 分级充电：前面的讨论中我们知道，采用恒压充电方法时，充电初期易产生过充电，其原因是充电初期因蓄电池的端电较低，而充电器的输出电压恒定不变，所以易产生过流充电而损坏电池。为克服这一问题，在分级限流充电方法中，充电时分两级充电，当蓄电池（以12V铅酸免维护蓄电池为例）端电压下降到12V以下时，充电器在CPU（或充电专用IC）的控制下自动将输出电压调到12V，当蓄电池的端电压上升接近12V时，充电器自动将输出电压上调到13.8V，这样既保证了快速充电，又避免了过流充电。 2.5 脉冲充电：这种充电方法是一种较为新型的充电方法。充电器输出的充电电压是直流脉冲。这种充电方法充电速度很快，十分节能，对电池损伤程度很低。

具有脉冲充电和分级充电功能的充电器，其技术含量较高，目前多数UPS电源都不具有这种功能。山特公司在线式UPS采用：低压恒压、限流、浮充法充电；N系列采用CPU的控制下脉冲、低压、分级法充电。 3. 蓄电池的放电特性： 3.1 蓄电池的容量表示：

在蓄电池的外壳上，我们可以看到符号：12V 6AH/20HR。其中12V表示蓄电池的标称电压，20HR表示放电速率，6AH表示蓄电池的容量，这一容量是以20小时的速率的条件下进行放电，一直放到蓄电池的临界电压（用0.05CA放电时其临界电压为10.5V)时 ，放电电流*时间的总数，即电池容量(AH) = 放电电流(A) × 持续时间 (H)。目前市面上一般铅酸密封式免维护铅酸电池(SLA)所标示的AH数是定在20小时率（即放电电流为0.05CA） , 若放电电流增大，则蓄电池所释放出的容量亦将随之降低 。 在描述电池放电特性时，常用C来表示放电速率，１C放电速率，表示蓄电池放电电流以等于该蓄电池的额定容量安时数。例如，100安时的蓄电池，若以0.5C的速率放电，其放电电流为0.5*100=50A。 3.2 影响蓄电池供电时间的因素：

影响蓄电池供电时间（即蓄电池实际可供使用的容量）的因素较多，其中负载量大小（即放电电流大小）和蓄电池放电时的温度高低对蓄电池供电时间有着十分明显的影响。下面我们稍作讨论。

3.2.1 蓄电池放电电流大小对蓄电池供电时间的影响。

从上表我们可以看出，同一蓄电池以不同大小的电流恒流放电时，蓄电池实际释放的容量并不是怛定。为说明蓄电池放电电流大小对蓄电池实际可供释放的容量的影响,下表提供一组24AH蓄电池，25℃实验数据供参考。

放电电流（A） 放电时间 实际释放容量 实际可供利用率 ０.４Ｃ 1.９小时 １７.６ＡＨ ７３.３％ １Ｃ ２０分钟 ８ＡＨ ３３.３％ ２Ｃ １０分钟 ８ＡＨ ３３.３％ ７Ｃ ２０秒 ０.９３ＡＨ ４％

上表中的放电时间是当蓄电池以规定的电流进行恒流放电时,蓄电池的端电压下降到它所允许的监界电压时所经过的时间，实际利用率用（实际释放容量/额定容量）来表示。从上表的数据中可以看出，蓄电池放电电流越大，其实际可供利用率就越低，为了提高蓄电池实际可供利用率，对中小型铅酸免维护蓄电池而言，其最大放电电流应控制在3CA以下。

3.2.2 蓄电池工作时温度高低对蓄电池供电时间的影响： 不同温度不同放电电流与蓄电池实际释放容量特性曲线。

从上图可以看出，同一条件下，蓄电池释放的容量随温度升高而上升。但蓄电池长期工作在40度以上的环境中其寿命会大大缩短。 4. 蓄电池使用寿命：

4.1 蓄电池的寿命是衡量蓄电池质量的重要参数，寿命和长短受蓄电池的种类、放电深度、充电方式、环境温度、电池维护等因素的影响。蓄电池的寿命一般有循环寿命和涓流寿命之分。

4.2 循环寿命：指蓄电池的充、放电循环寿命，充满电的蓄电池放电至临界电压后，再从重充满电算一次循环。一般说来，质量较好的小型铅酸蓄电池，其循环寿命不少于200次，在蓄电池制造商推荐的条件下使用，其循环寿命可达400次。中型蓄电池为小型蓄电池的2倍左右。

4.3 涓流寿命：指蓄电池放时，并不放电至临界电压，只释放出部分容量，然后再充电，涓流寿命受放电深度影响很大，一般说来，质量较好的小型铅酸蓄电池，在蓄电池制造商推荐的条件下使用，其涓流寿命为600 — 1000次，中型蓄电池在1200次以上。

4.4 不当的使用将使电池的寿命大大缩短 , 如 ：过量放电、突然的大电流放电、大电流充电、过量充电、在过高或过低温度的环境中使用等。

4.5 电池不能过度放电，否则极易影响电池的使用年限，所以UPS均设有电池低电压保护，当电池放电至低电压设定点时将会自动停机。较值得注意的是过。过度放电常是

人为疏忽所致，如过度轻载情况下长时间放电。UPS因电池电压低过而自动关机后操作人员再开机使作等。

5. UPS后备时间（蓄电池放电时间）的计算。

计算蓄电池的放电时间时，先要计算出蓄电池最大放电电流，然后在蓄电池制造商提供的放电特性曲线图上查找放电时间。蓄电池的最大放电电流I = (P*COSθ) / (η*Ei) 式中P表示UPS标称输出功率,COSθ表示负载功率因素(一般为0.8)，η 表示逆变器的效率(一般取0.8),Ei表示UPS中蓄电池放电临界电压。

6. 蓄电池的安装。

在UPS电源中，安装长效机的蓄电池时应尽量注意以下几个点：

6.1 安装前，应先测量蓄电池的开路电压，以12V电池为例， 若开路电压在12.5V以下时，在使用UPS前，必须先充电。当蓄电池的开路电压低于12.0V时，则表示蓄电池现有容量约为额定容量的20% ，此时应立即对蓄电池进行充电，待蓄电池端电压长至13.6V后,断开蓄电池与充电器的连线，静置1小时，再测量蓄电池的开路电压，若电压降至13.1V以下，表示此蓄电池有可能已损坏，此时可用测定容量方法来进一步判定其好坏（参考8）。

6.2 电池应安装在清洁 、阴凉通风及干燥的地方 , 使电池免受阳光、加热器或其它热辐射源影响 。

6.3 正常工作中，蓄电池应正立放置，少数品牌可接受横置 , 但一般都不允许倾斜某个角度放置，更不能倒置。

6.4 蓄电池和蓄电池之间的跳线、电池箱和UPS这间的联线要尽量短而粗，端子和跳线的连接要牢靠 。 7. ★蓄电池的维护：

蓄电池是UPS设备中造价最贵的元件之一，使用和维护不当时易损坏。所以正确的使用和维护尤为重要。下面介绍一些简单的维护方法。

7.1 蓄电池使用一年后要定期（4—6个月）检查电池（组）中各单个电池的端电压，蓄电池组中若单个电池间端电压相差0.5V以上时就需进行特别的维护（一般可用均衡衡压限流0.5CA充电或更换电池）。

7.2 蓄电池（组）尽量避免在过高或过低温度的环境中使用，一般应要求在0-30℃的环境中使用,温度过高蓄电池的寿命将大大缩短，一般说来，环境温度达到40℃后，每上升10℃，蓄电池寿命比正常情况下的寿命缩短一半左右。温度过低，蓄电池实际可释放的容量将大大减少。电池可供使用的容量与环境温度密切相关，下表可供参考。

7.3 储存蓄电池或UPS长期不使用时，每隔一段时间须充电一次，否则蓄电池有可能因自放电过深而损坏。充电间隔时间与蓄电池所处的环境温度有关，下表提供组数据供参考。

若将蓄电池置于50℃的环境下,在2.5个内不给电池做任何操作,极可能导致蓄电池永久性损坏。充电时，用UPS的充电器对蓄电池组充电4小时左右即可。

7.4 UPS长期处于市电供电而很少断电时（即长时间没有让蓄电池供电），要定期给蓄电池充放电一次。用户可间隔10个月左右，让UPS带额定负载量的60%以上放电至UPS自动关机后，再给蓄电池充满电即可。

7.5 蓄电池深度放电时对电池的寿命有很大的影响，在非不得已的情况下应尽量避免蓄电池深度放电。尤其要避免让UPS在过度轻载的条件下（蓄电池放电放电电流小于0.05CA)长时间的运行。若让UPS在电池模式下过度轻载运行至UPS自动关机,一般说来,电池会因放电深度过深而提早损坏。下表提供一组蓄电池放电深度与使用寿命的数据供参考。

7.6 UPS电源中的充电器，是专门为免维护蓄电池充电而设计的，充电过程中，它输出的电压高低、电流大小，输出的波形等参数都有严格的要求，它对蓄电池有着良好的保护作用，所以用户不要随意加装充电器或随意改用其他类型充电器。免维护的蓄电池不能用可控硅控制的快速充电器来充电，否则易损坏蓄电池。 7.7 UPS在使用过量中，应尽量避免以下情况发生：

深度放电、突然的大电流放电、大电流充电、过压充电、在过高或过低温度的环境中使用等。

8. ★蓄电池好坏的判定：

8.1 测试蓄电池实际释放容量来判定好坏。

蓄电池的好坏判定一般通过测试蓄电池的释放容量来判定，操作方法是对蓄电池作三次充、放电实验，用0.05CA恒流放电，测出实际释放容量，三次实验中 实际释放出的容量至少有一次达到额定容量的95%，该蓄电池为新电池。 三次所释放的容量都没有超过额定容量的50%，该蓄电池已报废。

实际释放出的容量介于额定容量的95%—50%之间，表示该蓄电池可以使用，但蓄电池的容量和性能已有所下降。