UPS蓄电池的测试使用与维护

UPS蓄电池的测试、使用和维护2006-07-0300:48:12UPS蓄电池在UPS电源设备中占有十分重要的地位.目前，中小型UPS电源中广泛使用的免维护密封式铅酸蓄电池，占据UPS电源总成本的1/4～1/2之多。不仅如此，实际维修也表明，约有50%以上的UPS电源故障与UPS蓄电池有关。无论作为UPS故障的起因还是结果，UPS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带载启动要求等。因此，在使用和维修UPS电源时，正确认识UPS蓄电池、科学使用UPS蓄电池、掌握测试和挑选UPS蓄电池的方法就显得尤其重要(为说明问题方便，UPS蓄电池简称为电池。)一、UPS蓄电池的主要技术指标在衡量UPS电池的指标中，电池的额定电压和额定容量是两个最常用的技术指标。例如，日本汤浅NP6—12型蓄电池的额定电压为12V，额定容量是6Ah/20h；德国阳光A406/165型蓄电池的额定电压为6V，额定容量是165Ah/20h。电池的容量是指充足电的电池放电到终止电压时输出的电量。在恒流放电的情况下，容量Q=It式中Q——电池放出的电量，Ah；I——放电电流，A；t——放电时间，h。所谓终止电压指电池低于这一规定的电压时，电池就无法正常工作的电压。换言之，电池在低于终止电压的情况下继续放电使用，可能会造成电池永久性损坏。电池的额定容量或标称容量用字母C表示。例如，额定容量为6Ah的电池，C=6Ah；额定容量为24Ah的电池，C=24Ah。容量的概念实质是电池能量转化的表示方式。例如，考虑到电池的端电压E=12V在实际使用时保持近乎不变的事实及输出能量表达式W(t)=IVt=IEt，因此，6Ah从能量效果的角度，可理解为NP6—12型蓄电池在保持端电压不变的情况下释放能量，若以6A电流放电可释放1h或以1A的电流放电6h。二、放电制与放电速率在研究电池时，常常规定统一的放电时间，称为放电制。利用给出的放电制就能通过额定的容量求出放电电流。放电电流(A)=电池的额定容量(Ah)/放电制时间(h)，为了对容量不同的电池进行比较，放电电流不用绝对值(安培)表示，而用额定容量C与放电制时间的比来表示，称作放电速率或放电倍率。20h制的放电速率就是C/20=0.05C，单位为A。因此，上述NP6—12型电池的容量指标6Ah是在20h制的放电速率，即0.05C放电速率下测定的。对于NP6—12型电池，0.05C等于0.3A的电流。三、测试UPS蓄电池测试UPS电池的目的是确定该电池是否满足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：满足原来使用电池的端电压；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．测量UPS电池的端电压(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，使用万用表的DC电压档或电压表直接测量电池两端的电压。被测电池端电压为12V左右，最低不能低于10.5V。不足10.5V的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达不到12V，即为失效电池。(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，使用万用表的DC电压档或电压表测量电池两端的电压。市电供电状态的UPS，由于电池处于充电状态，端电压大于12V。当电池的端电压下降到10.5V时，正常的UPS电源会启动机内的电池欠压自动保护电路，使UPS进入既无市电供电又无逆变供电的保护状态。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电源由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时间内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。3．判别UPS电池的内阻和容量质量良好的UPS电池内阻在20～30mΩ左右，当内阻超过80mΩ时，需要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，还有造成电池的容量减小其他因素，如电解液损失等。测试电池内阻是否增大，决不可用万用表的电阻档直接测量，应采用间接测量计算的方法，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中两节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出内阻差别的程度。若电池仅仅是容量不足，则主要表现为UPS可逆变供电的时间缩短，而UPS的带载能力、市电供电与逆变供电之间的切换等都不受影响。四、科学使用UPS蓄电池科学使用UPS电池就是要明确电池的正确使用方法，延长电池的寿命，使之发挥最大的作用。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13.5～13.8V之间。浮充电压过低，电池充不满，浮充电压过高，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成氢和氧气而溢出，使电池的寿命缩短。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，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，3．防止UPS电池过流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，实际输出容量17.6Ah，效率为73.3%。当放电电流为7C时，放电至终止电压的时间仅为20s，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。一般电路设计和用户选择负载，都要保护UPS电池逆变放电电流不超过2C。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容量超过其额定容量，从而造成电池严重的深度放电。按厂家的数据，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，约为500～600次充放电循环。因此，在使用UPS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。5．定期操作UPS市电长期不停的地区，用户要每隔一定时间，例如3个月，人为关断UPS交流输入，使用UPS电池逆变供电。这种定期的实验操作，有助于延长电池寿命。一般正常使用的UPS，其电池寿命不超过5年。五、维护UPS电池的技巧与方法UPS电池一般为免维护蓄电池，但在有些情况下维护UPS电池是十分必要的，且有实际意义。1．欠压电池的充电技巧有些UPS电池欠压是由于UPS逆变器末级驱动电路损坏，造成电池放电所致。若在修好电路故障后，及时将电池接入原电路充电，仍然会使电池复好如初。问题在于，欠压的电池无法使UPS启动成功，即切换到市电(充电)状态。此时，可用如下办法解决：(1)先用好的电池将UPS启动到市电状态后，再撤掉好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。(2)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。给欠压的电池充电，可利用微机电源中的+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。2．电池的活化处理活化处理是指对电池的均衡充电。下列几种情况都会导致电池的内阻增大、端电压太低或容量减小，这些电池需要通过均衡充电来恢复其原有的性能指标。(1)长时间放置不用，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。(2)放电后未能及时充电的电池。(3)长期工作于浮充状态(即UPS长期工作于市电状态)并超过静态存储时间。(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，可参考上述数据搭接出复活旧电池所需的电路。