UPS電池組選型配置與維護(hù)措施

文/楊凱

隨著數(shù)字化信息技術(shù)的快速發(fā)展，UPS電池技術(shù)在計(jì)算機(jī)電源系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，保障了人們的工作質(zhì)量與效率。

1 UPS的工作價(jià)值

UPS設(shè)備是英文 Uninterruptable Power Supply的縮寫(xiě)，中文譯為“不間斷電源設(shè)備”，簡(jiǎn)稱“不間斷電源”。包含了整流、儲(chǔ)能、逆變和開(kāi)關(guān)控制等模塊，在市電中斷時(shí)，用以維持負(fù)載供電的連續(xù)性。

2 UPS電池組的配置

2.1 UPS電池功能和參數(shù)

UPS電池組容量大小決定了其維持放電（供電）的時(shí)間。其主要功能是：

（1）當(dāng)市電正常時(shí)，將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存在電池內(nèi)部。

（2）當(dāng)市電故障時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能提供給逆變器。

UPS設(shè)備后備時(shí)間的長(zhǎng)短，是由UPS電池組決定的，電池容量的大小由“安時(shí)數(shù)（AH）”表示，其含義為按相同的放電電流值進(jìn)行放電所需要的時(shí)間。當(dāng)電池電壓相同的情況下，安時(shí)數(shù)越大則電池容量越大；而當(dāng)電池的安時(shí)數(shù)相同，電壓越高則電池的容量越大，通常以電壓和安時(shí)數(shù)共同表示電池的容量，如12V/7AH、12V/24AH、12V/65AH、12V/100AH。

目前采用20小時(shí)放電率（C20）的安時(shí)數(shù)來(lái)體現(xiàn)電池額定容量的大小，即在25℃下以恒定電流放電20小時(shí)至終止電壓（1.75V/單格），該電流的20倍即為電池的容量，一般用AH數(shù)表示。

例如，12V/200AH的電池是指該電池能夠以10A（0.1C）的電流恒定放電至終止電壓10.5V，可連續(xù)放電20小時(shí)。另外要注意，電池放電時(shí)間與放電電流不是線性關(guān)系，如100AH電池以100A的電流放電支持不了1個(gè)小時(shí)，只有數(shù)十分鐘；而以1A的電流放電，則會(huì)超出100小時(shí)（不推薦如此方式放電）。

2.2 配置方案

2.2.1 電池容量的選擇

確定UPS設(shè)備的容量(KVA)、電池只數(shù)、所需放電時(shí)間、終止電壓、UPS系統(tǒng)效率、確定UPS功率因數(shù)。例如：50KVAUPS設(shè)備，直流電壓384VDC，放電時(shí)間30分鐘，終止電壓345.6V，UPS效率95%，UPS功率因數(shù)0.8，UPS設(shè)備中，逆變器要求蓄電池組已恒定功率向逆變器供電。計(jì)算方法：根據(jù)UPS設(shè)備的容量(KVA),計(jì)算要求的蓄電池的功率50KVA X 0.8(功率因數(shù))/0.95(逆變效率)=42.10KW。確定UPS設(shè)備的直流蓄電池單元只數(shù)，384V/2V= 192個(gè)2V單元。折合32只12V或64只6V蓄電池。確定在所需放電時(shí)間為30分鐘。確定UPS直流端的終止電壓及蓄電池單元終止電壓345.6V/192單元 = 1.80V/單元。計(jì)算要求每只蓄電池單元的功率值，42.10KW/192單元 = 0.219KW/單元=219W/單元。查蓄電池放電功率表30分鐘，終止電壓1.80V/單元條件下，合適的電池型號(hào)。

2.2.2 可靠性設(shè)計(jì)

在對(duì)UPS電池組系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)電池組應(yīng)用的具體場(chǎng)景進(jìn)行深入研究分析，若是相關(guān)設(shè)備采用的是雙回路交流電源供電，且為了保障設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定配置了備用的柴油發(fā)電機(jī)。因此為了保障交流電源與柴油發(fā)電的電力可以安全可靠的對(duì)接，需要設(shè)計(jì)多臺(tái)UPS電池組，并采取雙機(jī)串聯(lián)備份的方式進(jìn)行連接，以提高相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量與安全。

2.2.3 供電方案的設(shè)計(jì)

圖1

在UPS電池組系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)UPS系統(tǒng)配置的用電設(shè)備，設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的供電方案，主要有分散供電方案和集中供電計(jì)劃。當(dāng)UPS電池組系統(tǒng)的體積較大時(shí)，為了充分發(fā)揮出電池組的優(yōu)勢(shì)，保證電源系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，可以采用集中式的管理方案，科學(xué)的配置電力資源。在實(shí)際設(shè)備配置UPS系統(tǒng)時(shí)，分散管理供電方案也應(yīng)用較多，主要是根據(jù)具體的負(fù)載情況和電池系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)成本，選擇最佳的UPS電池組供電方案。

3 UPS電池組的維護(hù)措施

3.1 UPS電池組的維護(hù)

為確保UPS電池組穩(wěn)定運(yùn)行，且各單體電池參數(shù)均衡，現(xiàn)重點(diǎn)討論以下幾點(diǎn)電池維護(hù)內(nèi)容。

3.1.1 定期保養(yǎng)

電池組在運(yùn)行一段時(shí)間后要定期進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括，觀察其外觀是否異常、有無(wú)極主爬酸、漏液等現(xiàn)象，對(duì)單元電池的間端電壓差和內(nèi)阻進(jìn)行定期檢測(cè)，確保單元電池組的性能達(dá)到電源系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)要求。若是在檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了間端電壓差超出了0.4V。或UPS設(shè)備長(zhǎng)期不停電，電池組會(huì)一直處于充電狀態(tài)這樣會(huì)使電池的活性變差,因此即使不停電，則需要采取相對(duì)應(yīng)的充電措施消除電源的不平衡情況，保持電池活性。無(wú)法通過(guò)充電措施進(jìn)行故障消除，則可以采取脫機(jī)均衡處理。

新安裝電池組常會(huì)出現(xiàn)單體電池電壓、內(nèi)容不平衡情況，在安裝完成，且設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行后，也需要對(duì)電池組進(jìn)行放電試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)放電后，電池組的各單體電池各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)將趨于平衡，更有利于電池運(yùn)行。

3.1.2 避免深度放電

UPS電源系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要避免出現(xiàn)深度放電的操作，因?yàn)閁PS電源系統(tǒng)的特殊性，當(dāng)出現(xiàn)深度放電時(shí)會(huì)間接的影響到電源系統(tǒng)的安全。在UPS電源系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了解系統(tǒng)放電充電的具體情況，科學(xué)的規(guī)避深度放電情況的發(fā)生，提高UPS電池組系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性。

電池容量的大小直接決定UPS在交流停電時(shí)能夠保證不間斷輸出的時(shí)間長(zhǎng)短，因此電池適時(shí)的發(fā)出電池低壓告警可以使維護(hù)人員能夠了解當(dāng)前電池的剩余容量和后備保障時(shí)間，采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。放電深度對(duì)電池組的使用壽命影響非常大，電池被放電的深度越深，對(duì)電池組的內(nèi)部化學(xué)儲(chǔ)能部分的影響就越大，嚴(yán)重的造成電池內(nèi)部電能與化學(xué)能間不能轉(zhuǎn)換，其循環(huán)使用次數(shù)就會(huì)減少,因此在使用時(shí)應(yīng)避免深度放電。一般UPS設(shè)備都有電池低電位保護(hù)功能，一般單節(jié)電池放電至10.5V左右時(shí)，UPS就會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，但是如果UPS處于輕載放電或空載放電的情況下,也會(huì)造成電池的深度放電。

3.1.3 充電方案

在UPS電源系統(tǒng)管理控制時(shí)，為了保證電源系統(tǒng)的使用壽命，需要對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的充電維護(hù)。在對(duì)UPS電池組進(jìn)行充電維護(hù)時(shí)，同時(shí)不能影響到相關(guān)用電設(shè)備的正常運(yùn)行。在電源系統(tǒng)深度放電之后，需要經(jīng)過(guò)10-12小時(shí)的時(shí)間對(duì)電池組完成充電工作。UPS設(shè)備一般采用分級(jí)充電電路，即在充電初期采用恒流充電，當(dāng)蓄電池端電壓達(dá)到其浮充電壓后，再采用恒壓充電。UPS電池組的典型充電特性如圖1所示。可以保障UPS電源系統(tǒng)的充電穩(wěn)定性。

此外、影響電池使用壽命的因素還有：安裝工藝、運(yùn)行環(huán)境、溫度等，此處不再討論。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在UPS電池組系統(tǒng)應(yīng)用配型時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)景選擇最佳的配型方案，同時(shí)確保后續(xù)檢修維護(hù)工作的質(zhì)量，充分發(fā)揮出UPS電源系統(tǒng)的工作價(jià)值。