UPS蓄電池的測(cè)試、使用和維護(hù)

UPS蓄電池在UPS電源設(shè)備中占有十分重要的地位.目前，中小型UPS電源中廣泛使用的免維護(hù)密封式鉛酸蓄電池，占據(jù)UPS電源總成本的1/4～1/2之多。不僅如此，實(shí)際維修也表明，約有50%以上的UPS電源故障與UPS蓄電池有關(guān)。無論作為UPS故障的起因還是結(jié)果，UPS蓄電池的失效都會(huì)直接表現(xiàn)為內(nèi)阻增大、端電壓不夠、容量不足或瞬間放電電流不滿足帶載啟動(dòng)要求等。因此，在使用和維修UPS電源時(shí)，正確認(rèn)識(shí)UPS蓄電池、科學(xué)使用UPS蓄電池、掌握測(cè)試和挑選UPS蓄電池的方法就顯得尤其重要(為說明問題方便，UPS蓄電池簡(jiǎn)稱為電池。) 　　
一、UPS蓄電池的主要技術(shù)指標(biāo) 　　
在衡量UPS電池的指標(biāo)中，電池的額定電壓和額定容量是兩個(gè)最常用的技術(shù)指標(biāo)。例如，日本湯淺NP6—12型蓄電池的額定電壓為12V，額定容量是6Ah/20h；德國(guó)陽(yáng)光A406/165型蓄電池的額定電壓為6V，額定容量是165Ah/20h。
電池的容量是指充足電的電池放電到終止電壓時(shí)輸出的電量。在恒流放電的情況下，容量 Q=It? 式中 Q——電池放出的電量，Ah； ?
I——放電電流，A； ?
t——放電時(shí)間，h。 　　
所謂終止電壓指電池低于這一規(guī)定的電壓時(shí)，電池就無法正常工作的電壓。換言之，電池在低于終止電壓的情況下繼續(xù)放電使用，可能會(huì)造成電池永久性損壞。電池的額定容量或標(biāo)稱容量用字母C表示。例如，額定容量為6Ah的電池，C=6Ah；額定容量為24Ah的電池，C=24Ah。 　　
容量的概念實(shí)質(zhì)是電池能量轉(zhuǎn)化的表示方式。例如，考慮到電池的端電壓E=12V在實(shí)際使用時(shí)保持近乎不變的事實(shí)及輸出能量表達(dá)式W(t)=IVt=IEt，因此，6Ah從能量效果的角度，可理解為NP6—12型蓄電池在保持端電壓不變的情況下釋放能量，若以6A電流放電可釋放1h或以1A的電流放電6h。
二、放電制與放電速率 　　
在研究電池時(shí)，常常規(guī)定統(tǒng)一的放電時(shí)間，稱為放電制。利用給出的放電制就能通過額定的容量求出放電電流。放電電流(A)=電池的額定容量(Ah)/放電制時(shí)間(h)，為了對(duì)容量不同的電池進(jìn)行比較，放電電流不用絕對(duì)值(安培)表示，而用額定容量C與放電制時(shí)間的比來表示，稱作放電速率或放電倍率。20h制的放電速率就是C/20=0.05C，單位為A。
　　因此，上述NP6—12型電池的容量指標(biāo)6Ah是在20h制的放電速率，即0.05C放電速率下測(cè)定的。對(duì)于NP6—12型電池，0.05C等于0.3A的電流。 　　
三、測(cè)試UPS蓄電池 　　
測(cè)試UPS電池的目的是確定該電池是否滿足UPS電源的使用要求。這在更換UPS電池和判定原有UPS電池是否失效時(shí)是必須的。 　　
在實(shí)際維修UPS時(shí)，一般的UPS電源對(duì)電池的要求：滿足原來使用電池的端電壓；電池應(yīng)具有在啟動(dòng)放電瞬間就能輸出大電流的特性；滿足一定容量和內(nèi)阻，以保證逆變供電的時(shí)間。 　　
從以上UPS電源對(duì)電池的要求可見，單憑測(cè)量UPS電池的端電壓是不能確定電池好壞的。 　　
1．測(cè)量UPS電池的端電壓 　　
(1)離線測(cè)量電池的端電壓 　　
離線測(cè)量電池的端電壓是指電池在脫離原連接線路的情況下，使用萬(wàn)用表的DC電壓檔或電壓表直接測(cè)量電池兩端的電壓。被測(cè)電池端電壓為12V左右，最低不能低于10.5V。不足10.5V的電池即為欠壓或可能已失效的電池。若這種電池在經(jīng)過充電或激活充電后端電壓仍達(dá)不到12V，即為失效電池。 　　
(2)在線測(cè)量電池的端電壓 　　
在線測(cè)量電池的端電壓是指在UPS電源工作的情況下，使用萬(wàn)用表的DC電壓檔或電壓表測(cè)量電池兩端的電壓。市電供電狀態(tài)的UPS，由于電池處于充電狀態(tài)，端電壓大于12V。當(dāng)電池的端電壓下降到10.5V時(shí)，正常的UPS電源會(huì)啟動(dòng)機(jī)內(nèi)的電池欠壓自動(dòng)保護(hù)電路，使UPS進(jìn)入既無市電供電又無逆變供電的保護(hù)狀態(tài)。 　　
2．測(cè)試UPS電池是否具有啟動(dòng)瞬間輸出大電流的特性 　　
后備式UPS電源由市電供電向逆變供電的切換時(shí)間要求小于7ms，一般設(shè)計(jì)為4～5ms左右。這就是說，一旦市電供電中斷，UPS電池必須在小于4～5ms時(shí)間內(nèi)輸出負(fù)載所需的電流。有些失效的電池能夠滿足端電壓和容量的要求，但不能在少于4～5ms內(nèi)放電電流達(dá)到大電流的要求。由這種電池造成的UPS故障表現(xiàn)為：UPS在空載或輕載時(shí)能逆變切換成功，增大到正常負(fù)載時(shí)逆變失敗。 　　
3．判別UPS電池的內(nèi)阻和容量 　　
質(zhì)量良好的UPS電池內(nèi)阻在20～30mΩ左右，當(dāng)內(nèi)阻超過80mΩ時(shí)，需要對(duì)電池做均衡充電處理或活化處理。電池內(nèi)阻的增大，必然伴隨實(shí)際輸出能量的降低，從而表現(xiàn)為電池的容量減小。此外，還有造成電池的容量減小其他因素，如電解液損失等。 　　
測(cè)試電池內(nèi)阻是否增大，決不可用萬(wàn)用表的電阻檔直接測(cè)量，應(yīng)采用間接測(cè)量計(jì)算的方法，實(shí)際維修時(shí)可用如下簡(jiǎn)單方法判別電池的內(nèi)阻是否增大： 　　
用一節(jié)好的電池和一節(jié)懷疑內(nèi)阻增大的電池做串聯(lián)充電實(shí)驗(yàn)(如在500VA的UPS中兩節(jié)12V電池串聯(lián)使用)。在充電過程中同時(shí)測(cè)量對(duì)比兩節(jié)電池的端電壓，內(nèi)阻增大的電池獲得的充電電壓比好電池高，充電電壓差別大小反映出內(nèi)阻差別的程度。 　　
若電池僅僅是容量不足，則主要表現(xiàn)為UPS可逆變供電的時(shí)間縮短，而UPS的帶載能力、市電供電與逆變供電之間的切換等都不受影響。 　　
四、科學(xué)使用UPS蓄電池 　　
科學(xué)使用UPS電池就是要明確電池的正確使用方法，延長(zhǎng)電池的壽命，使之發(fā)揮最大的作用。 　　
1．控制好充電電壓，防止過壓充電 　　
對(duì)于端電壓為12V的電池，正常的浮充電壓在13.5～13.8V之間。浮充電壓過低，電池充不滿，浮充電壓過高，會(huì)造成過壓充電。當(dāng)浮充電壓超過14V時(shí)，即認(rèn)為是過壓充電。過壓充電會(huì)導(dǎo)致電解液中的水被分離成氫和氧氣而溢出，使電池的壽命縮短。 　　
2．控制好充電電流，防止過流充電
　　理想的充電電流應(yīng)采用分階段定流充電的方式，即在充電初期采用較大的電流，充電一定時(shí)間后，改為較小的電流，至充電末期改用更小的電流。充電電流的設(shè)計(jì)一般為0.1C，當(dāng)充電電流超過0.3C時(shí)可認(rèn)為是過流充電。過流充電會(huì)導(dǎo)致電池極板彎曲，活性物質(zhì)脫落，使電池?fù)p壞。? 　　
3．防止UPS電池過流放電 　　
電池實(shí)際放出的容量與放電電流有關(guān)。放電電流越大，電池的效率越低。例如，12V/24Ah的電池當(dāng)放電電流為0.4C時(shí)，放電至終止電壓的時(shí)間是1小時(shí)50分，實(shí)際輸出容量17.6Ah，效率為73.3%。當(dāng)放電電流為7C時(shí)，放電至終止電壓的時(shí)間僅為20s，實(shí)際輸出容量0.93Ah，效率為3.9%。所以應(yīng)避免大電流放電，提高電池的效率。一般電路設(shè)計(jì)和用戶選擇負(fù)載，都要保護(hù)UPS電池逆變放電電流不超過2C。 　　
4．防止UPS電池深度放電 　　盡管小電流放電，能提高電池的效率，但是當(dāng)用極小電流(小于0.05C)長(zhǎng)時(shí)間放電時(shí)，將導(dǎo)致電池實(shí)際放出容量超過其額定容量，從而造成電池嚴(yán)重的深度放電。按廠家的數(shù)據(jù)，當(dāng)電池放電深度為100%時(shí)，電池實(shí)際使用壽命約為200～250次充放電循環(huán)；放電深度為50%時(shí)，約為500～600次充放電循環(huán)。因此，在使用UPS時(shí)，既要避免重載過流放電，又要避免長(zhǎng)時(shí)間輕載逆變?cè)斐呻姵厣疃确烹姟?　　
5．定期操作UPS 　　
市電長(zhǎng)期不停的地區(qū)，用戶要每隔一定時(shí)間，例如3個(gè)月，人為關(guān)斷UPS交流輸入，使用UPS電池逆變供電。這種定期的實(shí)驗(yàn)操作，有助于延長(zhǎng)電池壽命。一般正常使用的UPS，其電池壽命不超過5年。 　　
五、維護(hù)UPS電池的技巧與方法 　　
UPS電池一般為免維護(hù)蓄電池，但在有些情況下維護(hù)UPS電池是十分必要的，且有實(shí)際意義。 　　
1．欠壓電池的充電技巧 　　
有些UPS電池欠壓是由于UPS逆變器末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路損壞，造成電池放電所致。若在修好電路故障后，及時(shí)將電池接入原電路充電，仍然會(huì)使電池復(fù)好如初。問題在于，欠壓的電池?zé)o法使UPS啟動(dòng)成功，即切換到市電(充電)狀態(tài)。此時(shí)，可用如下辦法解決： 　　
(1)先用好的電池將UPS啟動(dòng)到市電狀態(tài)后，再撤掉好電池?fù)Q上待充電的欠壓電池。注意：調(diào)換電池時(shí)，要求UPS空載運(yùn)行。一般UPS進(jìn)入市電狀態(tài)后，只要保持輸入市電正常，撤掉電池不會(huì)影響市電供電狀態(tài)。 　　
(2)將欠壓的電池先充電到10.5V以上，再接入原UPS電路，便可使UPS成功啟動(dòng)。給欠壓的電池充電，可利用微機(jī)電源中的+12V電源給電池直接充電。充電中注意觀察充電電流，根據(jù)測(cè)出的實(shí)際充電電流，以確定是否加限流電阻。 　　
2．電池的活化處理 　　
活化處理是指對(duì)電池的均衡充電。下列幾種情況都會(huì)導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增大、端電壓太低或容量減小，這些電池需要通過均衡充電來恢復(fù)其原有的性能指標(biāo)。 　　
(1)長(zhǎng)時(shí)間放置不用，超過靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間的電池。常溫環(huán)境，一般UPS電池的靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間為9個(gè)月。當(dāng)溫度為31～40℃時(shí)，靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間為5個(gè)月。 　　
(2)放電后未能及時(shí)充電的電池。 　　
(3)長(zhǎng)期工作于浮充狀態(tài)(即UPS長(zhǎng)期工作于市電狀態(tài))并超過靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間。 　　
(4)不慎放電，將電池端電壓放至低于終止電壓。均衡充電電流一般選0.3C或略小于0.3C。額定電壓為12V的電池，均衡充電電壓一般選14.5V。沒有專用充電器的用戶，可參考上述數(shù)據(jù)搭接出復(fù)活舊電池所需的電路。 絕對(duì)值編碼器相關(guān)文章:絕對(duì)值編碼器原理