UPS中蓄电池的几个问题的探讨

2.9 浮充与均充

由于电解液和极板中存在有杂质，这种杂质会在极板上形成局部放电，这种局部放电现象就是“自放电”，自放电随电池的老化程度而加剧。浮充电就是将充足电的蓄电池组与充电器同时并接在直流母线上，以补充电池的自放电，大体上使蓄电池经常保持在充满电的状态。浮充电的电压各个厂家稍有不同，在2.15± 0.05左右，浮充电流可按

I=0.0009Q0  

式中I是浮充所需要的电流值（A），Q0是蓄电池的额定容量(Ah）。该电流值只是用于补充自放电的损失，如果电池没有充满，则该电流需要增大。  

以浮充电进行运行的蓄电池，由于电池组中每个电池的不均衡性造成每个电池的自放电是不一样的，而对电池组的浮充电流是一致的，结果会出现部分电池处于欠充电状态。  

为了使蓄电池组中每个电池处于健康状态，一定的时间后必须对电池进行一次均充。均衡充电过程就是使蓄电池容量的恢复过程。均衡充电电压一般保持在2.35V。

对于大部分中小容量UPS，采用的先限流后衡压的充电方式，限流值是根据充电器本身和电池容量而定的，不超过充电器的电流最大输出能力和0.25 C10 A的充电电流。至于限压值一般处于浮充和均充电压值之间的一个值，这个也与一些电池厂家表明不需要均充的说法一致。  

长期的均充（高压充电）容易造成电池过充，易使电池发热鼓包，从而缩短电池的使用寿命。只浮充不均充便会使电池欠充，造成个别电池落后。  

不同的电池有一个最佳的浮充电压（一定的温度下），有一定时间的均充效果更好。充电时间取决于放电量、充电电流和温度。  

2.10 电池寿命与放电深度  

电池的使用寿命与电池的放电深度密切相关，对于标称寿命为3～5年密封电池而言，其关系如下表：  



因此为了延长电池的使用寿命，非迫不得已，不要让电池处于深度放电状态，一般UPS厂家设计方案，当UPS处于满载或半载条件下放电到自动关机的电池的放电深度为50%左右（标机深度浅，长机深度深），如果UPS电源在过度轻载（放电电流小于0．05 C20 A）放电到UPS电源自动关机，则电池会因为深度放电而提早损坏。也是UPS厂家建议用户配置负载不要太轻的原因之一。当然，高档次的UPS除了有长机和标机有不同的终止电压，还有根据负载的大小来决定终止电压。有效的延长电池的使用寿命。  

另外将UPS的交流输入电压范围拓宽，可以有效的减少电池的放电次数。

3 UPS电源中蓄电池容量的配置  

3.1UPS中电池电压设定  

一般来说，UPS中的标称电池电压（或12V电池的个数）没有哪个标准规定，是厂家根据采用的电路拓扑需要、机箱结构、功率等级、成本需要等来设计的。  

后备式方波输出的UPS，一般采用12V或24V电池，经过推挽及变压器升压得到220V的交流方波。一般功率在1kVA以下。在线互动式一般采用24V或48V的电池。  

单进单出传统在线式，一般采用16节*12V=192V，充电电压为216V左右，因为该电压与低限值交流整流后的电压相当（75%*220*1.414*0.9=210V）。以3～15kVA单进单出机器居多。  

对于三进单出的传统电路结构，一般先采用自耦变压器（或隔离变压器）降压，也适用16节*12V=192V或者32节384V。  

至于三进三出机器，则电池电压等级更多，有348V、360V、576V、720V。  

对于小功率高频机器，1kVA的电池电压以36V的居多，也有24V或48V的，2kVA一般为72V，也有2kVA和3kVA为了电池兼容，都采用96V的。原则是采用N个7AH的电池满足标机的时间（5—10分钟）需要，以达到最佳性价比。  

3.2 UPS中电池容量的配置计算  

我们知道，电池实际可使用的容量与放电电流大小、环境温度、电池的新旧等有关。要想精确计算容量是很难的事情。  

假设放电过程中为恒功率放电，（UPS输出功率不变，尽管逆变效率在变，但为了计算方便，忽略不计），在放电初期，电池电压高，放电电流小，此时逆变的效率也高。相反，在放电将要终止时，电池电压低，放电电流大。也就是在放电过程中电流是变化的，并且从电池的放电特性曲线看，不同的放电电流，电池的端电压也不同，工程设计公式为：  



P是UPS的标称输出功率（VA），cosф是用户负载的功率因数，一般取为0.7。η是UPS的逆变效率, N是电池个数，E是电池放电电压(V)，可以设定为12V(刚开始放电时电压高于12V，放电终止前电压低于12V，但是整个放电过程在12V左右支持时间最长)。

在得出电流后，根据用户需要的支持时间，I*t=Ah,便可以得到需要的安时数，然后再根据放电特性曲线或特性表进行修正。  

考虑到绝大多数用户实际使用的负载一般为额定值的50～80%，因此很多UPS代理商一般按照80%甚至60%计算。因此有两种计算方法，一是按UPS额定输出容量计算，二是按实际负荷所需功率计算。  

下面对一台10KVA电池电压为192V 或240V的UPS分别需要1h\3h\10h\24h的电池容量进行计算：  

放电电流：  



如果按100%的负载计算，则电池放电电流为42(A)  

如果用户需要支持时间为10小时,则容量100%可用,直接得出10h*42A=420Ah  

支持时间为24小时,则容量约105%可用,得24h*42A/105%=960Ah  

支持时间为3小时,则容量约75%可用,得3h*42A/75%=168Ah  

支持时间为1小时,则容量约52%可用,得1h*42A/52%=80Ah  

如果按80%的负载计算，则42*80%=33.6(A)  

如果用户需要支持时间为10小时,则容量100%可用,直接得出10h*33.6A=336Ah  

支持时间为24小时,则放电电流为1/24 C10A=0.042 C10A,查表知约105%容量可用,得24h*33.6A/105%=768Ah  

支持时间为3小时,则容量约75%可用,得3h*33.6A/75%=135Ah  

支持时间为1小时,则容量约52%可用,得1h*33.6A/52%=64Ah  

如果电池电压为240VDC，按100%的负载计算，电池电压高，相应逆变时效率比较高，  



则电池放电电流为32.4(A)，则单个电池的容量可以减小但是串连电池的数量增多。  

用户及销售工程师可能会根据实际需要情况、成本,决定是配置80%还是配置100%的电池容量。在资金容许的情况下,配置也可以选择高于计算值,但是也不宜超出太多，否则电池放电是处于小电流放电,寿命也会缩短。