延長UPS蓄電池使用壽命的探析

王家美

【摘 要】蓄電池是UPS系統中的一個重要組成部分，其質量優劣直接關系到整個UPS系統的可靠程度。本文重點分析影響UPS蓄電池使用壽命的幾方面原因，對于蓄電池的正確使用和維護提供了科學依據。

【關鍵詞】UPS蓄電池 放電深度 充放電

【中圖分類號】 TM912【文獻標識碼】 A【文章編號】1672-5158（2013）07-0007-01

一、引言

目前在UPS不間斷電源中，廣泛使用密封式免維護蓄電池作為儲存電能的裝置。當市電中斷時，UPS電源將靠儲存在蓄電池中的能量維持其逆變器的正常工作。此時，蓄電池通過放電將化學能轉化為電能提供給UPS電源使用。市場上被廣泛使用的是密封免維護鉛酸蓄電池，其價格比較昂貴，對于長延時UPS電源而言，蓄電池的成本比較可觀。由此可見，正確地使用和維護好蓄電池組，盡可能地延長蓄電池的使用壽命非常重要，不可掉以輕心。如果維護使用正確的話，普及型蓄電池的壽命一般可達到3～5年，有些進口蓄電池的壽命可達到10年左右。

二、蓄電池設計使用壽命

蓄電池的設計使用壽命指的是一種特定條件下的理論值（比如要求環境溫度為20～25℃，每個月的總放電量不超過額定的容量），而蓄電池實際壽命是與使用條件密切相關的，環境溫度、放電深度和斷電頻度等因素都對蓄電池實際使用壽命有著不同程度甚至很嚴重的影響。

目前蓄電池使用較多的是2V系列和12V系列。這兩種蓄電池的壽命差別較大，一般2V系列的壽命是8～15年，12V系列的設計壽命是3～6年。由于12V系列的蓄電池價格較便宜，目前在UPS系統中使用12V系列的蓄電池比例較高。

三、環境溫度對蓄電池使用壽命的影響

假如，在25℃時蓄電池的容量為100﹪；在25℃以下時，每下降10℃蓄電池的容量會減少一半；在25℃以下時，溫度與蓄電池容量的關系見表1所示。

從表1可以看出，蓄電池的容量是隨著溫度的變化而變化的，維護人員必須認真做到根據實際溫度的變化合理地調整蓄電池的放電電流，同時要控制好蓄電池的溫度使用其保持在22～25℃范圍內。

高溫使用環境是蓄電池的實際壽命不能達到設計壽命的最主要原因。蓄電池溫度每升高10℃，恒定電壓下的充電電流的接受量將增加一倍，蓄電池壽命就會受過度充電總累積電量增加的影響而縮短。高溫時，浮充電流的增加加快了過充電量的積累，同時也加快了板柵腐蝕速度和氣體的生成析出，從而縮短了蓄電池的壽命。經研究分析，蓄電池使用溫度每升高10℃，在恒定的浮充電壓下，蓄電池壽命會縮短50﹪。[1]

低溫環境同樣會對蓄電池產生有害影響。蓄電池負極活性物質為絨狀鉛粒，充放電過程中，鉛的溶解和結晶在電板極反應過程中占主要地位。具有化學活性的硫酸鉛是一種直徑為10-5～10-3cm的斜方形晶粒，如在低溫狀態下放電，極易產生細微的晶粒，這種粒子排列過于緊密，孔隙少，構成細微致密的硫酸鉛層，減小了充電過程電極反應面積，因此，在停電較為頻繁的地區，蓄電池會產生充電不足現象，長期累積就可能導致負極板產生不可逆硫酸鹽化。

為將溫度對蓄電池壽命的影響減小到最低限度，一方面要求用戶安裝空調來改善蓄電池使用環境；另一方面建議選用溫度適應性較廣的蓄電池。

四、放電深度對蓄電池使用壽命的影響

放電深度是按實際放電容量與相同放電倍率情況下的額定放電量的比率來衡量的。放電深度越大，蓄電池壽命越短。過度放電對蓄電池的危害主要表現為：正極板活性物質軟化松動，利用率下降；放電生成的硫酸鉛在充電式不能復原，導致蓄電池容量下降。實際使用過程中，由于蓄電池提供負載的放電電流本來就小，反應生成物晶核生長速度慢、數量少，放電時生成粗大硫酸鉛晶粒，充電式很難再硫酸溶液中溶解。

蓄電池的過放電會對蓄電池的使用壽命造成很大的影響，所以UPS系統的過放電保護功能也是其一項重要的指標，過放電控制功能可以對蓄電池進行過放電保護。即當UPS系統轉為蓄電池放電供電時，在蓄電池電壓低于設定的某一電壓值后，切斷耗電量較大的次要負載，以維持重要負載較長的工作時間；在低于過放電控制電壓值后切斷所以負載，保護蓄電池防止過放電。為了提高系統的可靠性，一般要求過放電控制電路具備軟硬件雙重保護。

五、充電電壓對蓄電池使用壽命的影響

蓄電池的使用壽命與蓄電池的浮充電壓有很大的關系，浮充電壓過高，板柵腐蝕速度增加，電解液損失速度加快，蓄電池壽命縮短；浮充電壓過低，容易造成蓄電池充電不足，影響蓄電池容量。蓄電池的浮充電壓應隨著溫度變化而調整。溫度升高，浮充電壓應降低，如蓄電池浮充電壓不變，則浮充電流將增加，正極極化增大，板柵腐蝕速度隨之加快，蓄電池壽命就會縮短。溫度降低，需要提高充電電壓，否則會因低溫而使得蓄電池充電接受能力下降，而導致蓄電池充電不足，蓄電池壽命同樣會縮短。

為了延長蓄電池的使用壽命，應高度重視蓄電池的充放電控制。蓄電池的充電方式主要是浮充電和均衡充電兩種。為了延長蓄電池的使用壽命，必須了解不同充電方式的充電特點和充電要求，嚴格按照要求對蓄電池進行充電。

一般蓄電池投入使用的日期距出廠日期時間較長，蓄電池經過長期的自放電，容量必然大量損失，并且由于單體蓄電池自放電大小的差異，致使蓄電池的比重、端電壓等出現不均衡，投入使用前應用均充電壓進行初充電，否則，個別蓄電池會進一步擴展成落后蓄電池并會導致整組蓄電池不可用。另外，如果蓄電池長期不投入使用，閑置時間超過3個月后，應該對蓄電池進行一次補充電。

根據《電信電源維護規程》規定，蓄電池遇到下列情況之一時，應進行均衡充電：

⑴2只以上單體蓄電池的浮充電壓低于2.18V。

⑵放電深度超過20﹪。

⑶閑置不用的時間超過3個月。

⑷全浮充時間不超過3個月。

因此，為了延長蓄電池的使用壽命，要檢測蓄電池放電情況，根據放電時間和放電電流積分計算放電容量，放電容量達到20﹪要能在監控設備上記錄下來，并及時進行均充。同時在蓄電池監控設備上可以設置定期均充周期，一般推薦3個月。

六、充放電過程個別蓄電池端電壓不一致

有關的研究結果表明：板柵不同部位合金成分與結構的分布均有所不同，因而會導致板柵電化學性能的不均衡性，這種不均衡性又會使在浮充和充、放電狀態下得電壓產生差異，且會隨著充、放電的循環往復，使用這種差異不斷增大，形成所謂的“落后蓄電池（蓄電池失效）”。目前國內的標準要求，在一組蓄電池中最大浮充電壓的差異應≤50mV，所以應重視并減小浮充狀態下蓄電池的電壓運行的差異。[2]

蓄電池組每只蓄電池端電壓的一致性對整組蓄電池的性能有著直接的影響，由12V蓄電池組成的蓄電池組，各個蓄電池的開路電壓最高值與最低值之差為≤60mV，浮充電壓最高值與最低值之差為≤300mV。當蓄電池處于浮充狀態下時，若個別蓄電池電壓<12.6V，則蓄電池內部存在短路的可能；若個別蓄電池電壓>15.0V，蓄電池內部則存在開路的可能。因此，應加強對蓄電池的日常維護，一旦發現蓄電池電壓異常，應及時財采取措施處理，如均衡充電或更換蓄電池。

七、結束語

廣播發射臺站使用了大量了蓄電池，由于蓄電池屬于免維護設備，實際工作中，廣大技術維護人員往往忽略了蓄電池的檢查維護，更是很少關注如何提高蓄電池使用壽命，希望本文能對同行們有所借鑒。

參考文獻

[1] 周志敏，周紀海，紀愛華. UPS應用與故障診斷.北京：中國電力出版社

[2] 王其英，劉秀榮.新型不停電電源的管理使用與維護. 北京：人民郵電出版社