論2∨系列電池在不間斷智能電源系統中的應用

谷啟存 李夢軒 鄧傳強

摘 要：通信網UPS系統一般采用閥控式密封12V蓄電池組，在實際使用中存在一些問題，與之相對比，閥控式密封2V系列鉛酸蓄電池較好的克服了這些缺點。本文論述了其在UPS中應用的可行性與優勢，列舉了應用實例，詳述了具體的配置標準及應用前景等。

關鍵詞：閥控式密封鉛酸蓄電池;不間斷電源

1、 蓄電池在不間斷智能電源系統中使用的基本情況

不間斷電源系統在各行各業中應用廣泛，在通信網絡應用較多，從服務器到維護終端，為了保證設備運行穩定性，防止數據丟失，各種容量和制式的不間斷電源系統應用在通信機房。隨著近幾年IDC、ICT設備和大數據機房的投入使用，不間斷電源呈幾何級上升，配備的不間斷電源系統容量從幾十千伏安到數百千伏安。不間斷電源類型也多種多樣，有1+1、2+1、3+1冗余熱備份方式，還有模塊式N+1冗余熱備份運行等種類。

為保證不間斷電源的可靠和安全運行，不間斷電源必須配備蓄電池組，以確保在不間斷電源輸入交流電中斷時進行有效逆變為負載供電，通信行業中采用的在線式不間斷電源系統，其蓄電池組一般采用閥控式密封12V鉛酸蓄電池。對于12V鉛酸蓄電池而言，其電池正負極板面積大而厚度小，適合大電流、短時間放電，也比較適合在不間斷電源系統中使用。由于12V系列鉛酸蓄電池極板比較薄，系統設計充放電次數和壽命相對不足，在市電可靠性高和蓄電池組運行環境較好（25℃環境下）的情況下，該蓄電池組使用壽命可達6年。如果蓄電池組的運行環境稍差，尤其在溫度偏高的情況下，沒有環境溫度保證，或蓄電池的放電電流過大或過小，甚至蓄電池組的維護不到位，其使用壽命會大大縮短（試驗和統計數據表明，以25℃為準，環境溫度每升高10℃，蓄電池組使用壽命會縮短一半）。現實使用情況統計表明，在通信系統中不間斷電源配備蓄電池組的使用期限一般為三到五年。按照通信動力設備維護規程規定，不間斷電源主機的設備更新周期為8年，在不間斷電源主機得到正常維護下，主機運行時間一般在10年以上。因此，不間斷電源12V系列蓄電池組在主機使用周期內一般需要更換兩次以上。由于蓄電池組更換需要整組進行，也就造成蓄電池組更新成本較高。一套POWER LAND 1+1雙機熱備80KVA 不間斷電源蓄電池組更換，需更換192節12V 100AH蓄電池組，其費用約20萬元。

因此，在目前不間斷電源系統采用的12V蓄電池組，比較突出的問題就是其使用壽命較短，造成更新成本較高，給不間斷電源的更新和維護帶來較大的費用壓力。且不間斷電源負載均很重要，更換蓄電池組割接風險和工作量均很大。

2 閥控式密封2V鉛酸蓄電池組在不間斷電源系統中使用的可行性和應用實例

閥控式密封2V鉛酸蓄電池組（以下簡稱2V電池）與同類型12V電池相比，其單體極板厚度大，按照“結構決定性質”的理論，其主要的區別是理論上的合理放電電流大小不同，蓄電池組的循環放電次數和壽命也不同。實際使用情況也表明，閥控式密封2V鉛酸蓄電池組的平均使用壽命為10年左右，部分性能優異蓄電池壽命可達15年，而同類型的12V蓄電池平均使用壽命為5年。近年來，隨著相位跟蹤技術和同步技術的不斷進步，模塊式不間斷電源也應運而生，使得不間斷電源也可以像開關電源一樣實現N+1冗余熱備份運行方式，在此類不間斷電源中，其蓄電池組直流電壓等級有48、240、360、480V等。對于48V等直流電壓不高的系統而言，就可以采用通信系統普遍采用的閥控式密封2V系列蓄電池組。只要科學計算蓄電池組的放電電流，使蓄電池組的容量配備合理，避免蓄電池組超大電流放電和過放電情況的發生， 2V電池完全可以在不間斷電源系統中使用。

近年來，我公司安裝使用了多套模塊式不間斷電源，配備的蓄電池組多為2V電池組，蓄電池組容量從500AH至2000AH不等，不間斷電源系統容量從24KVA至100KVA。與12V系列電池使用對比表明，2V系列蓄電池組在不間斷電源系統中使用正常，運行可靠，壽命為12V電池的兩倍以上，完全勝任在不間斷電源中的使用。

3 閥控式密封2V鉛酸蓄電池組在不間斷電源系統中的配置標準

對2V系列蓄電池組，其額定容量是指在25℃時，以10小時放電率放電電流放出的實際電量值，一般用C10來表示額定容量，10小時率放電電流值用0.1C10來表示。閥控式密封2V系列鉛酸蓄電池組的不同倍率放電曲線如圖1所示：

通過圖1可以看出， 2V系列蓄電池組，其放電電流越大，達到相同終止電壓的時間越短，突出的特點是他們并非線性關系，例如在0.1C10即10小時放電率下，放電10小時后，蓄電池單體電壓還在1.9V以上，而以1.0C10倍率電流放電時，經過0.1小時（即6分鐘），蓄電池單體電壓即到1.9V左右，雖然它們的放電電流是10倍關系，而達到相同放電終止電壓的放電持續時間卻相差100倍。

使用2V系列蓄電池組的模塊式不間斷電源，其蓄電池組低門限電壓值為45V，故2V電池單體放電終止電壓為45/24=1.875V。若不間斷電源系統的蓄電池后備放電時間按0.5小時計算，對照圖1可知，放電時間0.5小時，而單體電壓在1.875V左右所對應的放電特性曲線是0.7C10，故采用48V閥控式密封2V系列鉛酸蓄電池組的不間斷電源，當蓄電池組后備時間30分鐘時，蓄電池放電倍率最大應為0.7C10（放電終止電壓約為1.88V）。

因此，對于模塊式不間斷電源，如采用配備兩組48V閥控式密封鉛酸蓄電池，其配備蓄電池組容量簡化計算公式可簡化為：C10（AH）=P/（48*2*0.7*0.9）

其中P為不間斷電源系統的容量，單位為VA;蓄電池組放電按照恒電流放電考慮，不間斷電源功率因數暫不考慮（按功率因數為1計算）;蓄電池組逆變效率η取0.9;0.7為蓄電池組放電倍率參數（該參數與GFM型48V蓄電池0.5小時放電時長相關聯）。

例如：若不間斷電源的容量為120KVA，則配備兩組48V蓄電池的最低容量應為C10=120*1000/（48*2*0.7*0.9）=1984AH，實際配置選臨近容量2000AH兩組進行配備。如要求蓄電池后備放電時間大于0.5小時，則需配備更大容量蓄電池組。

4 閥控式密封2V鉛酸蓄電池組在不間斷電源系統中的應用前景

2V系列電池組，相對于12V蓄電池組具有一定的比較優勢：使用壽命長，造價低，且2V系列蓄電池組在通信系統中使用廣泛，技術人員在長期維護中積累了豐富的經驗，因此維護比較方便、到位。

但對于容量較大的不間斷電源，如容量超過180KVA，所需48V閥控式密封2V鉛酸蓄電池組的容量將超過3000AH，其所占用機房面積也較大，則不再適合采用2V系列鉛酸蓄電池。

綜上所述， 2V系列鉛酸蓄電池可以改變頻繁更換不間斷電源系統12V系列蓄電池造成的維護量大、總體費用高的不利局面，在中、小容量不間斷電源系統中具有廣闊的應用前景。

作者簡介：

谷啟存（1973—2），男，山東成武人，本科，工程師，研究方向：通信電源、空調及其監控系統的運行維護管理，動力設備節能降耗.

（菏澤市聯通公司云網運營中心 ?山東 菏澤 ?274000）