UPS电源蓄电池的测试和使用维护

随着信息技术的不断发展，高新技术产品和设备对供电质量提出了越来越高的要求，如计算机、数据通信处理系统、航空管理系统、精密测量系统等，均要求交流电网对其提供稳压、稳频、无浪涌、无尖峰于扰的优质交流电源。为满足一些重要负载对供电电源提出的严格要求，一种新型的交流不间断电源系统——UPS（UninterruptiblePowerSystem）电源系统应运而生。蓄电池在UPS电源设备中占有十分重要的地位。目前，在UPS电源中广泛采用的密封式免维护铅酸蓄电池作为储能装置。所谓密封式免维护铅酸蓄电池是相对开放式添加电解液铅酸蓄电池而言，现已更名为阀控式密封铅酸蓄电池。长期以来，由于名称的误导，使人们忽视了对阀控式密封铅酸蓄电池的管理、维护。有资料显示，50％以上的UPS电源的故障是由蓄电池直接或间接造成的，这其中除去蓄电池本身质量问题外，更重要的就是蓄电池管理问题。无论作为UPS电源故障的起因还是结果，UPS电源的蓄电池的失效都会直接表现为内阻增大，端电压不够，容量不足或瞬间放电电流不满足负载启动要求等。因此，在使用和维修UPS电源时，正确认识UPS电源的蓄电池，科学使用UPS电源的蓄电池，掌握测试和挑选UPS电源的蓄电池的方法就显得尤其重要（为论述方便，下文中UPS电源蓄电池简称为UPS电池）。1、测试UPS电池测试UPS电池的目的是确定该电池是否UPS电源的使用要求，这在更换UPS电池和判定原有UPS电池是否失效时是必须的。在实际维修UPS时，一般的UPS电源对电池的要求：满足原来使用的端电压；电池应具有在启动放电瞬间就能输出大电流的特性；满足一定容量和内阻，以保证逆变供电的时间。从以上UPS电源对电池的要求可见，单凭测量UPS电池的端电压是不能确定电池好坏的。1.1测量UPS电池的端电压1.1.1离线测量电池的端电压离线测量电池的端电压是指电池在脱离原连接线路的情况下，使用数字万用表的DC电压档或电压表直接测量电池两端的电压，额定电压12V的电池端电压应在12V左右；额定电压24V的电池端电压应在24V左右。以额定电压12V的电池为例，被测电池端电压为12V左右，最低不能低于10.5V，小于10.5V电池即为欠压或可能已失效的电池。若这种电池在经过充电或激活充电后端电压仍不能达到12V，即为失效电池。1.1.2在线测量电池的端电压在线测量电池的端电压是指在UPS电源工作的情况下，使用数字万用表的DC电压档或电压表测量电池两端的电压。正常市电供电状态的UPS电源由于电池处于浮充工作状态，电池端电压应在12.3～13.5V之间。当电池的端电压下降至10.5V时，正常的UPS电池会启动机内的电池欠压自动保护电路，使UPS电源进入既无市电供电又无逆变供电的保护状态。1.2测试UPS电池是否具有启动瞬间输出大电流的特性后备式UPS电池由于市电供电向逆变供电的切换时间要求小于7ms，一般设计为4～5ms左右。这就是说，一旦市电供电中断，UPS电池必须在小于4～5ms时间输出负载所需的电流。有些失效的电池能够满足端电压和容量的要求，但不能在少于4～5ms内放电电流达到大电流的要求。由这种电池造成的UPS故障表现为：UPS在空载或轻载时能逆变切换成功，增大到正常负载时逆变失败。1.3判别UPS电池的内阻和容量质量良好的UPS电池内阻在10～30mΩ左右，当内阻超过80mΩ时，必须对电池做均衡充电处理或活化处理。电池内阻的增大，必然伴随实际输出能量的降低，从而表现为电池的容量减小。此外，还有造成电池容量减小的其他因素，如电解液损失等。测试电池内阻是否增大，决不可用数字万用表的电阻档直接测量，应采用间接测量计算的方法（电压下降法又称直流法），即以直流电流（I）通过电池放电时，求其电压降，通过公式R＝（E-U）/I简单计算得到内阻值，，其中开路电压为E，闭路电压为U。实际维修时可用如下简单方法判别电池的内阻是否增大，用一节好的电池和一节怀疑内阻增大的电池做串联充电实验（如在500VA的UPS电源中的两节12V电池串联使用）。在充电过程中同时测量对比两节电池的端电压，内阻增大的电池获得的充电电压比好电池高，充电电压差别大小反映内阻差别的程度。若电池仅仅是容量不够，则主要表现UPS可逆变供电的时间缩短，而UPS的负载能力，市电供电与逆变供电之间的切换都不受影响。2、科学使用UPS蓄电池科学使用UPS蓄电池就是要明确电池的正确使用方法、寿命，使之发挥最大的作用。2.1控制好充电电压，防止过压充电对于端电压为12V的电池，正常的浮充电压在12.3～13.5V之间，浮充电电压过低，电池充不满，浮充电电压过高，会造成过压充电。当浮充电压超过14V时，即认为是过压充电。过压充电会导致电解液中的水被分离为氢和氧而溢出，缩短电池的使用寿命。2.2控制好充电电流，防止过流充电理想的充电电流应采用分阶段定流充电的方式，即在充电初期采用较大的电流，充电一定时间后，改为较小的电流，至充电末期改用更小的电流。充电电流的设计一般为0.1C（C为电池标称容量），当充电电流超过0.3C时可认为是过流充电。过流充电会导致电池极板弯曲，活性物质脱落，使电池损坏。2.3防止UPS电池过流保护放电电池实际放出的容量与放电电流有关，放电电流越大，电池的效率越低。例如，12V/24Ah的电池当放电电流为0.4C时，放电至终止电压的时间是1小时50分钟，实际输出容量17.6Ah，电池的效率为73.3％。当放电电流为7C时，放电到终止电压的时间仅为20秒，实际输出容量0.93Ah，效率为3.9％。所以应避免大电流放电，提高电池的效率。一般厂家在电路设计时，都要保护UPS电池逆变放电电流不超过2C。2.4防止UPS电池深度放电尽管小电流放电，能提高电池的效率，但是当用极小电流（小于0.05C）长时间放电时，将导致电池实际放出的容量超过其额定容量，从而造成电池严重深度放电。根据厂家的数据，当电池放电深度为100％时，电池实际使用寿命约为200～250次充放电循环；放电深度为50％时，约500～600次充放电循环。因此，在使用UPS电源时，既要避免重载过流放电，又要避免长时间轻载逆变造成电池深度放电。2.5定期操作UPS电源系统市电长期不停电的地区，用户要每隔一定时间，例如3个月，人为关断UPS电源交流输入，使用UPS电池逆变供电。这种定期实验操作，有助于延长电池寿命。一般正常使用的UPS电源，其电池寿命不超过5年。3、维护UPS电池的技巧与方法UPS电池一般为阀控式密封铅酸蓄电池（又称免维护电池），但在有些情况下维护UPS电池是十分必要的，且具有实际意义。3.1欠压电池的充电技巧有些UPS电池欠压是由于UPS电源的逆变器外驱动电路损坏，造成电池放电所致。若在修好会使电池恢复如初。问题在于，欠压的电池无法使UPS电源系统启动成功，即切换到市电（充电）状态。此时，可用以下办法解决：3.1.1先用好的电池将UPS启动到市电状态后，再撤掉电池换上待充电的欠压电池。注意：调换电池时，要求UPS空载运行。一般UPS进入市电状态后，只要保持输入市电正常，撤掉电池不会影响市电供电状态。3.1.2有专用充电器设备的，将欠压的电池先充电到10.5V以上再接入原UPS电路，便可使UPS成功启动。无充电器时，给欠压的电池充电，也可以用微机电源中的+12V电源给电池直接充电。充电中注意观察充电电流，根据测出的实际充电电流，以确定是否加限流电阻。3.2电池的活化处理电池的活化处理指对电池进行均衡充电。下列几种情况都会导致电池的内阻增大、端电压太低或容量太小，这些电池必须要通过均衡充电来恢复其原有的性能指标。3.2.1长时间放置不用的，超过静态存储时间的电池。常温环境，一般UPS电池的静态存储时间为9个月。当温度为31～40℃时，静态存储时间为5个月。3.2.2放电后未能及时充电的电池。3.2.3电池长期处于浮充工作状态（即UPS长期工作于市电状态）并超过静态存储时间。3.2.4不慎放电，将电池端电压放至低于终止电压。均衡充电电流一般选0.3C或略小于0.3C。额定电压为12V的电池均衡充电电压一般选14.5V。没有专用充电器的用户，可参考上述数据适合的充电电路。参考文献：（1）朱松然主编的《铅蓄电池技术》（2）《电世界》杂志社出版的《电世界》杂志刊物（3）《电源技术》杂志社出版的《电源技术》杂志刊物