UPS蓄电池几个问题的探讨

　　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。

4 UPS中蓄电池的管理

　　UPS中采用电池的作用就是在停电时电池能起到不间断的作用,同时需要采用的电池的寿命尽可能长.电池管理的可靠性和完善性成为各个UPS厂家竞争的重点之一.

4.1 电池的充电管理

　　（1） 基本的限流限压控制
　　充电电流既不能太大，也不能太小。正常充电电流较小，电池负极析出的H2和正极析出的O2，几乎完全复合成H2O，如果充电电流过大，气体来不及全部复合，导致电池内部压力增大，引起排气阀门开启，造成电池失水，因此必须限制充电电流，一般不要超过0.25C（A）比较合适。由于电池在充电过程中，电池内阻会发生变化，所以以恒定的电流值充电会获得满意的结果。
　　当充电电流减少，电压慢慢升高，电池容量慢慢增加，则电压便维持在一个恒定的值保持不变。此后便维持一个很小的电流对电池进行浮充。
　　（2）能进行均浮充转换
　　首先进行限流限压充电，但是该“限压”是一个均衡的充电电压，比较高。均充一定时间后，再自动转为电压较低的浮充。
　　在以下几种情况下，开始进行均充浮充的循环：
　　UPS的交流输入停电后再来电；
　　手动开机后；
　　电池进行自测完成后；
　　长期浮充后。
　　（3）分阶段充电方式
　　长期浮充会导致电池极板活性老化，使电池内阻增大，使充进去的能量除了补充电池自放电的消耗外，大部分转化为内阻发热的功率。采用分阶段充电克服该问题：
　　分阶段充电方式方案：第一阶段是限流均衡充电阶段，均充到电池容量的大约90%（时间约5小时到48小时适宜）；第二阶段是间隙阶段，这时停止充电一个短时间（数分钟到数小时），让第一阶段析出的H2和析出的O2充分复合；第三阶段是浮充阶段，这阶段对电池进行浮充充电，将电池充到容量接近100%（一周左右）；第四阶段是休眠阶段，这阶段不给电池充电，利用电池的自身的漏电流放电，一直到规定的电压下限（20――30天左右）。据试验该充电方式可以提高电池寿命40%左右。
　　（4）温度补偿
　　环境温度变化时，必须对浮充电压进行校正，校正系数为18mV/℃（标称12V的电池）。为简单计，可以分级校正，如：