即使UPS使用的是同樣的電池技術,不同廠家的電池壽命大不一樣, 這一點對用戶很重要,因為更換電池的成本很高(約為UPS售價的30%)。電池故障會減小系統(tǒng)的可靠性,是非常煩人的事情。
溫度對電池的自然老化過程有很大影響。詳細的實驗數據表明溫度每上升攝氏5度,電池壽命就下降10%,所以UPS的設計應讓電池保持盡可能的溫度。所有在線式和后備/在線混合式UPS比后備式或在線互動式UPS運行時發(fā)熱量要大( 所以前者要安裝風扇),這也是后備式或在線互動式UPS電池更換周期相對較長的一個重要原因。
電池充電器UPS非常重要的一部分,電池的充電條件對電池壽命有很大影響。如果電池一直處于恒壓或“浮”型電器充電狀態(tài),則UPS 電池壽命能最大程度提高。事實上電池充電狀態(tài)的壽命比單純儲存狀態(tài)的壽命長得多。因為電池充電能延緩電池的自然老化過程,所以UPS無論運行還是停機狀態(tài)都應讓電池保持充電。
電池是個單個的“原電池”組成,每一個原電池電壓大約12伏,原電池串聯(lián)起來就形成了電壓較高的電池,一個12伏的電池由6個原電池組成,24 伏的電池由12個原電池組成等等。UPS的電池充電時,每個串聯(lián)起來的原電池都被充電。原電池性能稍微不同就會導致有些原電池充電電壓比別的原電池高,這部分電池就會提前老化。只要串聯(lián)起來的某一個原電池性能下降,則整個電池的性能就將同樣下降。試驗證明電池壽命和串聯(lián)的原電池數量有關,電池電壓就越高,老化的就越快。UPS容量一定時,設計時應盡可能讓電池電壓最低,這樣UPS電池壽命就越長,對于電池電壓一定時,應選擇數量少電壓原電池串聯(lián)的電池,不要選擇數量多電壓低的原電池串聯(lián)的電池。有些廠家UPS的電池電壓比較高,這是因為容量一定時,電壓越高,電流就越小,就可選用較細的導線和功率較小的半導體, 從而降低UPS成本。容量1KVA左右的UPS的電池電壓一般為24~96V。
理想情況下,為了延長UPS電池壽命,應讓電池總保持在“浮”充電或恒壓充狀態(tài)。這種狀態(tài)下電狀態(tài),充滿電的電池會吸收很小的充電器電流,它稱為“浮”或“自放電”電流。盡管電池廠商如此推薦,有些UPS的設計(很多在線式) 使電池承受一些額外的小電流,稱為紋波電流。紋波電流是當電池連續(xù)地向逆變器供電時產生的,因為據能量守恒原理,逆變器必須有輸入直流電才能產生交流輸出。這樣電池形成了小充放電周期,充放電電流的頻率是UPS輸出頻率(50或60Hz)的兩倍。
普通后備式、在線互動式或后備/鐵磁式UPS不會有紋波電流,其它設計的UPS會產生大小不等的紋波電流,這取決于具體的設計方法。只要檢查一下UPS的結構圖就能知道該UPS能否產生紋波電流。
如果在線式UPS的電池在充電器和逆變器之間,那么電池就會有紋波電流,這是普通的“雙變換”UPS。
如果用截止二極管、繼電器、變換器或整流器把電池與逆變器隔離開,那么電池就不會有紋波電流。當然這種設計的UPS不總是一直“在線”,所以這種UPS被稱為“混合后備/在線式”UPS。
電池是UPS系統(tǒng)中最不可靠的部分,但是UPS設計得好壞直接影響到電池的可靠性。讓電池一直保持充電狀態(tài)(即使UPS停機)能延長電池的壽命,盡量避免選用電池電壓高的UPS。有的UPS設計會使電池產生紋波電流,造成電池不必要的過熱。大多數UPS使用的電池都差不多,但UPS設計不同會大大影響電池的壽命。一節(jié)電池是12V,UPS要接96V,也就是說要接8節(jié) 。服務器780W,加20%,大約為1000W,2個小時,每節(jié)電池大約為20AH,可以用8節(jié)標稱容量為24AH的電池。
品牌有很多,大多數人選國產免維護鉛酸蓄電池,正規(guī)廠家品質保障,使用壽命長,性價比高。
對備用的電池來講,當電池供電后,對電池重新充滿電所需要的時間,一般不少于 24 小時;對循環(huán)用電池來講,如果知道上一次的放電量及初始充電電流,可以按如下公式計算出環(huán)境為25 ℃時需要的充電時間。
A. 當放電電流大于0.25C 時
Cdis
Tch = I +3 ~5
B. 當放電電流小于0.25C 時
Cdis
Tch = I +6 ~10
注:Tch = 電池充滿電所需要的時間(小時)
Cdis = 電池上一次的放電的電量(安時)
I = 最大初始充電電流(安培)
1.計算蓄電池的最大放電電流值:
I最大=Pcosф/(η*E臨界*N)
注:P →UPS電源的標稱輸出功率
cosф →UPS電源的輸出功率因數(UPS一般為0.8)
η→ UPS逆變器的效率,一般為0.88~0.94(實際計算中可以取0.9)
E臨界 →蓄電池組的臨界放電電壓(12V電池約為10.5V,2V電池約為1.7V)
N →每組電池的數量(由各品牌各系列產品而定)
2.根據所選的蓄電池組的后備時間,查出所需的電池組的放電速率值C,然后根據:
電池組的標稱容量= I最大/C
3.時間與放電速率C
30分鐘 |
60分鐘 |
90分鐘 |
120分鐘 |
180分鐘 |
0.92C |
0.61C |
0.5C |
0.42C |
0.29C |
4.以MTT系列300KVA延時30分鐘為例:
已知:MTT系列UPS電源電池節(jié)數N 為32節(jié),功率因素cosф為0.8,逆變器效率η為0.9,
根據:I最大=Pcosф/(η*E臨界*N),
則最大放電電流=標稱功率300000VA×0.8÷(0.9效率*32節(jié)*10.5V每節(jié)電池放電電壓)=794AH
又知30分鐘電池的放電速率C為0.92,
根據:電池組的標稱容量= I最大/C
電池組的標稱容量= 794÷0.92C=863AH
電池組的總容量=863AH×32節(jié)×12V=331392AH
由些可得需要用電池150AH32節(jié)6組
電池柜6個尺寸800*900*2000
1.過放電(over discharge):低于蓄電池規(guī)定的終止電壓后繼續(xù)放電.
2、恢復充電(recover charge):為下一次放電做準備,對已放電的電池充電使其恢復容量.
3.過充電(over charge):達到完全充電狀態(tài)之后繼續(xù)進行的充電.
4.完全放電(full discharge):把蓄電池按規(guī)定的放電電流放電至規(guī)定的終止電壓.
5.額定電壓(nominal voltage):表示電池電壓時使用的標準電壓.一般情況下比初始電壓稍低一些的理論值.
6.循環(huán)服務方式(cycles service system):以充電后放電作為一個循環(huán)來使用的方式.
7.最大放電電流(maximum discharge current):在不引起變形,外觀異常,極柱熔斷等情況下蓄電池可以放出的最大電流.
8.自放電(self discharge):不向外部提供電流,電流容量內部流失減少的現(xiàn)象.
9.額定容量(nominal capacity):在標準規(guī)定的溫度,放電電流和終止電壓條件下,蓄電池完全充電后能提供的由制造廠標明的安時電量.
10.小時率(hour rate):以恒定電流放電至設定的終止電壓的時間率,一般以小時作為單位來體現(xiàn)電池的容量.
11.實際容量(actual capacity):蓄電池實際擁有按一定小時率放電的容量,表示為Ah.
12.涓流式連續(xù)補充電(trickle charge):為彌補蓄電池的自放電,在脫離負載的狀態(tài)下,不停地以微小電流充電.
13.浮充充電(floating charge):蓄電池和負載并聯(lián)接到整流充電器上,由充電器不斷的向蓄電池以一定的電壓保持充電狀態(tài)的充電方式,在停電或負載發(fā)生變動時,電池能夠直接不間斷向負載提供電力.
14.定電壓充電(constant voltage charge):保持端子間電壓恒定的充電方式.
15.定電流充電(constant current charge):用恒定的電流充電的方式.
16.備用式(stand-by use):一直處于充電狀態(tài)的浮充充電和涓流式連續(xù)充電,備應急使用.
17.內阻(internal resistance):蓄電池內部電解液和極群組電阻的總和.
18.放電終止電壓(cut-off voltage of discharge):根據放電電流大小和電池類別不同而設定的放電到理論上應停止放電時的端子電壓.
19.容量保存性能(capacity conservation performance):蓄電池完全充電后,在一定條件下以開路狀態(tài)放置一段時間仍然保有的容量.
20.內短路(internal short-circuit):在單個電池內部的極群里,正負極板之間短路的現(xiàn)象.
蓄電池的好壞判斷有專用的蓄電池測量儀,但是一般的用戶很少有這種儀器,都只有一只萬用表.下面幾點維修中判斷蓄電池好壞的幾點總結,以供參考.
1、從外觀判斷:觀察外觀有無變形、凸出、漏液、破裂炸開、燒焦、螺絲連接處有無氧化物滲出等。
2、 帶載測量:若外觀無異常,UPS工作于電池模式下,帶一定量的負載,若放電時間明顯短于正常放電時間,充電8小時以后,乃不能恢復正常的備用時間,判定電池老化。
3、 用萬用表測量:
A 、電池放電模式下測量:測量電池組中各個電池端電壓,若其中一個或多個電池端電壓顯明高于或低于標稱電壓(標稱電壓12V/節(jié)),判斷電池老化。
B 、 市電模式下測量:電池組中各個電池端的充電電壓,若其中一個或多個電池的充電電壓顯明高于或低于其他電壓,判定電池老化。
C、 測電池組的總電壓:電池組總電壓明顯低于標稱值(以C1K電池組標稱值是36V為例),充電8小時后乃不能恢復到正常值,即使恢復到正常值,放電時間達不到正常放電時間,判定電池老化。
D、電池開機測量:UPS不開機,也不要接市電,先用萬用表測量電池組總電壓,以C1K為例,此時電壓可能在36V-40V之間,屬于正常值,表筆不要離開,一直盯住萬用表的指示,然后接開機鍵,若此時電池總電壓馬上降至30V以下乃至十幾伏,UPS馬上自動關機,關機后電壓立即恢復到原有值。判定電池老化。