1.概述

UPS供電(diàn)系統在各行業機房數據中(zhōng)心中(zhōng)起到重要的電(diàn)源保障作用，要爲負載提供不間斷的供電(diàn)，就必須具有電(diàn)能儲存的功能。因此，蓄電(diàn)池成爲UPS供電(diàn)系統的重要組成部分(fēn)。而由于蓄電(diàn)池本身或者管理上的原因，目前有許多UPS故障是由蓄電(diàn)池引起。因此有必要加強對蓄電(diàn)池特性的了解，正确選配和使用蓄電(diàn)池，盡可能地延長蓄電(diàn)池的使用壽命。同時，如何管理蓄電(diàn)池成爲各個UPS廠家及行業用戶重點研究的問題。

以下(xià)對目前大(dà)型UPS系統廣泛采用的閥控式密封鉛酸（VRLA）蓄電(diàn)池在UPS供電(diàn)系統中(zhōng)的作用、工(gōng)作原理、配置、選用、安裝、維護等方面進行探讨。

2.蓄電(diàn)池在UPS供電(diàn)系統中(zhōng)的作用和意義

在UPS供電(diàn)系統中(zhōng)，蓄電(diàn)池大(dà)多采用免維護蓄電(diàn)池。蓄電(diàn)池在UPS供電(diàn)系統中(zhōng)的主要作用就是儲存電(diàn)能，一(yī)旦市電(diàn)中(zhōng)斷，由電(diàn)池放(fàng)電(diàn)供給逆變器，由逆變器将電(diàn)池釋放(fàng)出的直流電(diàn)轉變爲正弦交流電(diàn)，維持UPS的電(diàn)源輸出，确保負載在一(yī)定的時間内正常用電(diàn)。

在市電(diàn)正常供電(diàn)時，電(diàn)池在整流－充電(diàn)電(diàn)路中(zhōng)儲存電(diàn)能，同時對直流電(diàn)路起到平滑濾波的作用，并在逆變器發生(shēng)過載時，起到緩沖器的作用。

而在日常工(gōng)作中(zhōng)，人們往往片面地認爲蓄電(diàn)池是免維護的而不加重視。然而由于對蓄電(diàn)池的不合理使用，産生(shēng)了蓄電(diàn)池的電(diàn)解液幹涸、熱失控、早期容量損失、内部短路等問題，進而嚴重影響到供電(diàn)系統的可靠性。有資(zī)料表明，蓄電(diàn)池故障而引起UPS主機故障或工(gōng)作不正常的比例大(dà)約爲60%。由此可見，加強對UPS電(diàn)池的正确使用與維護，對延長蓄電(diàn)池的使用壽命，降低UPS供電(diàn)系統故障率，有着越來越重要的意義。

3.蓄電(diàn)池的種類

蓄電(diàn)池在UPS中(zhōng)已得到廣泛的應用，其品種繁多，型号齊全，規格各異，但按其基本性質可以分(fēn)爲酸性電(diàn)池和堿性電(diàn)池兩大(dà)類：

酸性電(diàn)池：酸性電(diàn)池的電(diàn)解液一(yī)般是由稀硫酸（H2SO4）或者膠體(tǐ)硫酸構成，極闆由鉛Pb和過氧化鋁PbO2構成，通過化學反應貯存電(diàn)荷，起到電(diàn)池儲能的作用。

堿性電(diàn)池：堿性電(diàn)池的電(diàn)解液一(yī)般是由氫氧化鉀KOH或者氫氧化鈉NaOH（燒堿）組成。極闆由于電(diàn)池的結構不同而各異。如镉鎳電(diàn)池正極闆是氫氧化鎳Ni(OH)3，負極闆是镉Cd；鐵鎳電(diàn)池的正極闆是氫氧化鎳Ni(OH)3，負極闆是鐵Fe；銀鋅電(diàn)池的正極闆是過氧化銀Ag2O3，負極闆是鋅Zn。

4.鉛酸蓄電(diàn)池的工(gōng)作原理

UPS、直流電(diàn)源設備常用的蓄電(diàn)池是鉛酸蓄電(diàn)池。傳統的鉛酸蓄電(diàn)池是開(kāi)口式結構，電(diàn)池在使用過程中(zhōng)，有氫氣和氧氣以及酸霧逸出，不僅污染環境還具有危險性，維護時需要加水、加酸，已逐漸被市場淘汰。現在UPS供電(diàn)系統中(zhōng)蓄電(diàn)池大(dà)多采用閥控式密封鉛酸（VRLA）蓄電(diàn)池。閥控式鉛酸蓄電(diàn)池的主要優點是在充電(diàn)時正極闆上産生(shēng)的氧氣，通過再化合反應在負極闆上還原成水，使用時在規定浮充壽命期内不必加水維護，所以又(yòu)稱爲免維護鉛酸蓄電(diàn)池。可見，免維護隻是與普通蓄電(diàn)池相比，運行中(zhōng)免去(qù)了添加純水或蒸餾水，調整電(diàn)解液液面的項目，并非免去(qù)一(yī)切維護工(gōng)作。

閥控式密封鉛酸蓄電(diàn)池的工(gōng)作原理，基本上沿襲于傳統的鉛酸蓄電(diàn)池，其正極活性物(wù)質是二氧化鉛（PbO2），負極活性物(wù)質是海綿狀鉛（Pb），電(diàn)解液是稀硫酸（H2SO4），其電(diàn)極反應方程式如下(xià)：

PbO2+2H2SO4+Pb≒2PbSO4+2H2O

5.兩種閥控式密封鉛酸蓄電(diàn)池比較

目前閥控式密封鉛酸蓄電(diàn)池主要有兩類，即玻璃纖維隔闆陰極吸收式密封鉛蓄電(diàn)池（如GNB、霍克電(diàn)池）和矽凝膠密封鉛蓄電(diàn)池（如德國的陽光電(diàn)池）。

兩種電(diàn)池極闆相同：正極闆栅采用鉛鈣錫鋁四元合金或低銻多元合金，負極闆栅采用鉛鈣錫鋁四元合金。并使用緊裝配和貧液設計，在電(diàn)池的上蓋中(zhōng)設置了一(yī)個單向的安全閥。由于采用無銻的鉛鈣錫鋁四元合金，提高了負極析氫過電(diàn)位，從而抑制氫氣的析出，同時，采用特制安全閥使電(diàn)池保持一(yī)定的内壓。

兩種電(diàn)池隔闆不同：即分(fēn)别采用超細玻璃纖維棉（AGM）隔闆和矽凝膠二種不同方式來“固定”硫酸電(diàn)解液。它們都是利用陰極吸收原理使電(diàn)池得以密封的，但給正極析出的氧氣到達負極提供的通道是不同的。對AGM密封鉛酸蓄電(diàn)池而言，AGM隔膜中(zhōng)雖然保持了電(diàn)池的大(dà)部分(fēn)電(diàn)解液，但必須使10%的隔膜孔隙中(zhōng)不進入電(diàn)解液。正極生(shēng)成的氧氣就是通過這部分(fēn)孔隙到達負極而被負極吸收的。對膠體(tǐ)密封鉛酸蓄電(diàn)池而言，電(diàn)池内的矽凝膠是以SiO2質點作爲骨架構成的三維多孔網狀結構，它将電(diàn)解液包藏在裏邊。電(diàn)池灌注的矽溶膠變成凝膠後，骨架要進一(yī)步收縮，使凝膠出現裂縫貫穿于正負極闆之間，給正極析出的氧氣提供了到達負極的通道。

由此看出，兩種電(diàn)池的區别就在于電(diàn)解液的“固定”方式和提供氧氣到達負極通道的方式有所不同，因而兩種電(diàn)池的性能也各有千秋。

6.UPS供電(diàn)系統中(zhōng)蓄電(diàn)池的配置和選擇

在UPS供電(diàn)系統中(zhōng)，可以說蓄電(diàn)池是這個系統的支柱。沒有蓄電(diàn)池的UPS隻能稱做穩壓穩頻(pín)電(diàn)源。UPS之所以能實現不間斷供電(diàn)，就是因爲有了蓄電(diàn)池。在設計UPS時，首先應考慮選擇什麽型号的蓄電(diàn)池，即蓄電(diàn)池的額定電(diàn)壓、額定容量及應由多少節蓄電(diàn)池組合等。

（1）蓄電(diàn)池的額定容量選擇

由于蓄電(diàn)池的實際可使用容量與放(fàng)電(diàn)電(diàn)流大(dà)小(xiǎo)、系統電(diàn)壓、放(fàng)電(diàn)時間、蓄電(diàn)池工(gōng)作環境溫度、蓄電(diàn)池儲存時間的長短、負載種類和特性等因素密切相關。蓄電(diàn)池的容量一(yī)般是指在20°C，以20h放(fàng)電(diàn)率放(fàng)電(diàn)到1.75V／單體(tǐ)時，蓄電(diàn)池輸出的功率數（W）。

(2)蓄電(diàn)池的指标選擇

内阻：應選擇内阻小(xiǎo)的蓄電(diàn)池，這樣才能持續大(dà)電(diàn)流放(fàng)電(diàn)。如果内阻較大(dà)，在充放(fàng)電(diàn)過程中(zhōng)功耗加大(dà)，使蓄電(diàn)池發燙。

浮充電(diàn)壓：在相同溫度下(xià)，浮充電(diàn)壓值高意味着儲能量大(dà)，質量差的蓄電(diàn)池浮充電(diàn)壓值一(yī)般較小(xiǎo)。蓄電(diàn)池浮充電(diàn)壓值在不同的溫度時應進行修正。

在大(dà)中(zhōng)型（幾kVA-幾千kVA）UPS中(zhōng)采用2V單體(tǐ)系列蓄電(diàn)池，避免采用小(xiǎo)容量組合蓄電(diàn)池進行混聯。

7.蓄電(diàn)池的使用和維護

7.1VRLA蓄電(diàn)池的運行環境與安裝

作爲備用蓄電(diàn)池，蓄電(diàn)池平時都處于浮充狀态，此時蓄電(diàn)池内部仍進行着複雜(zá)的能量轉換。浮充過程中(zhōng)所用的電(diàn)能基本上轉換爲熱能。因此要求蓄電(diàn)池所處的環境應有良好的通風散熱能力或有空調設備。

電(diàn)池盡可能安裝在清潔、陰涼、通風、幹燥的地方，并要避免受到陽光、加熱或輻射熱源的影響，讓電(diàn)池有一(yī)個良好的工(gōng)作、儲存環境。

蓄電(diàn)池一(yī)般應在5℃～35℃範圍内進行充電(diàn)，低于5℃或高于35℃都會降低壽命，充電(diàn)的設定電(diàn)壓應在指定範圍内，如超出指定範圍将造成蓄電(diàn)池損壞、容量降低、壽命縮短。

（1）初充電(diàn):蓄電(diàn)池在安裝或大(dà)修後的第一(yī)次充電(diàn)，稱爲初充電(diàn)。初充電(diàn)是否良好，将嚴重影響蓄電(diàn)池的壽命。

（2）浮充充電(diàn):爲了确保直流電(diàn)源不間斷，延長蓄電(diàn)池的使用壽命，通常都采用充電(diàn)電(diàn)源與蓄電(diàn)池組并聯的浮充供電(diàn)方式。

（3）均衡充電(diàn):在正常運行狀态下(xià)的電(diàn)池組，通常不需要均衡充電(diàn)。但如果發現電(diàn)池組中(zhōng)單體(tǐ)電(diàn)池之間電(diàn)壓不均衡時，則應對電(diàn)池組進行均衡充電(diàn)。

（4）補充充電(diàn):電(diàn)池在存放(fàng)、運輸、安裝過程中(zhōng)，會因自放(fàng)電(diàn)而失去(qù)部分(fēn)容量。因此，在安裝後投入使用前，應根據電(diàn)池的開(kāi)路電(diàn)壓判斷電(diàn)池的剩餘容量，然後采用不同的方法對蓄電(diàn)池進行補充充電(diàn)。對備用擱置的蓄電(diàn)池，每3個月應進行一(yī)次補充充電(diàn)。

7.2 VRLA蓄電(diàn)池的使用與維護

随着科技的不斷發展，UPS的性能越來越好，平均無故障時間越來越長，整機的可靠性越來越高。做好UPS中(zhōng)蓄電(diàn)池的使用與維護變得尤爲重要。

(1)新電(diàn)池的充電(diàn)

新的蓄電(diàn)池在安裝完畢後，一(yī)般要進行一(yī)次較長時間的充電(diàn)，充電(diàn)要按說明書(shū)中(zhōng)的規定進行，待電(diàn)池組充電(diàn)完畢後，進行一(yī)次放(fàng)電(diàn)，放(fàng)電(diàn)後再次充電(diàn)，目的是延長電(diàn)池的使用壽命，提高電(diàn)池的活性和充放(fàng)電(diàn)特性。

(2)定期充放(fàng)電(diàn)

UPS蓄電(diàn)池長期閑置不用或使蓄電(diàn)池長期處于浮充狀态而不放(fàng)電(diàn)，會導緻電(diàn)池中(zhōng)大(dà)量的硫酸鉛吸附到電(diàn)池的陰極表面，導緻内阻增大(dà)、活性下(xià)降，使蓄電(diàn)池的使用壽命大(dà)大(dà)縮短。對于市電(diàn)供電(diàn)良好的單位，需要每隔三個月進行一(yī)次“治療性”充、放(fàng)電(diàn)過程，即電(diàn)池帶載放(fàng)電(diàn)、再充電(diàn)操作，并記錄相關數據，與以前放(fàng)電(diàn)記錄進行比較分(fēn)析電(diàn)池性能狀況，對電(diàn)池組整體(tǐ)進行維護檢查，真正遇到市電(diàn)停電(diàn)時，才能有效保護負載安全。

(3)嚴禁深度放(fàng)電(diàn)

蓄電(diàn)池的使用壽命與蓄電(diàn)池的放(fàng)電(diàn)深度密切相關。深度放(fàng)電(diàn)會造成蓄電(diàn)池内部極闆表面硫酸鹽化，導緻蓄電(diàn)池内阻增大(dà)，嚴重時會使個别電(diàn)池出現“反極化”現象和電(diàn)池的永久性損壞。電(diàn)池的放(fàng)電(diàn)深度嚴重影響電(diàn)池的使用壽命，非迫不得已，不要讓電(diàn)池處于深度放(fàng)電(diàn)狀态。

(4)定期測量電(diàn)池浮充電(diàn)壓、内阻

随着UPS使用時間的延長，總有部分(fēn)電(diàn)池的充放(fàng)電(diàn)特性會逐漸變壞，内阻增大(dà)、端電(diàn)壓明顯下(xià)降，需要及時發現、及時更換，否則會影響整組電(diàn)池的使用。這種電(diàn)池的性能不可能在依靠UPS内部的充電(diàn)電(diàn)路來解決，繼續使用會存在隐患，需要維護人員(yuán)定期進行測量檢查每個單體(tǐ)電(diàn)池的電(diàn)壓、内阻，發現超出範圍的電(diàn)池進行确認、及時更換。

(5)其他注意事項

①每次蓄電(diàn)池組放(fàng)電(diàn)後應及時充電(diàn)；

②不要使蓄電(diàn)池組被過電(diàn)流或過電(diàn)壓充電(diàn)；

③蓄電(diàn)池應避免長期擱置不用，也不能長期浮充而不放(fàng)電(diàn)。

8.蓄電(diàn)池的智能管理

蓄電(diàn)池在正常情況下(xià)處于靜态存放(fàng)、備用工(gōng)作狀态，爲防止用戶在完全不知(zhī)情的情況下(xià)，由于市電(diàn)供電(diàn)中(zhōng)斷而造成UPS在極短時間内進入“蓄電(diàn)池電(diàn)壓過低自動關機”的工(gōng)作狀态，從而停止向負載供電(diàn)。這就要求維護人員(yuán)不僅需要每日按照規定的時間段進行現場巡視外(wài)，還需要将蓄電(diàn)池管理納入UPS監控系統，UPS實時對電(diàn)池的狀态進行檢測，并将電(diàn)池的相關信息通過網絡傳送到值班室或控制室以便工(gōng)作人員(yuán)了解電(diàn)池的狀态，以保證電(diàn)池的工(gōng)作質量。爲了提高電(diàn)池的使用壽命，減少維護工(gōng)作，降低維護成本。應建立良好的電(diàn)池維護系統，一(yī)定要具備：

（1）自動均/浮充轉換。即供電(diàn)正常時對電(diàn)池進行均恒充電(diàn)。電(diàn)池放(fàng)電(diàn)後自動對電(diàn)池進行均恒充電(diàn)，當電(diàn)池充滿後，自動轉爲浮充電(diàn)。

（2）充電(diàn)限流。采取先恒流後恒壓的充電(diàn)方式。充電(diàn)初期，充電(diàn)電(diàn)流較大(dà)，UPS根據所配置的蓄電(diàn)池電(diàn)池容量，自動将充電(diàn)電(diàn)流限制在0.1～0.2C，對蓄電(diàn)池進行恒流充電(diàn)，确保蓄電(diàn)池充電(diàn)時安全快速。當蓄電(diàn)池容量達到80%以後，UPS轉爲浮充電(diàn)壓對蓄電(diàn)池進行恒壓充電(diàn)。

（3）後備時間顯示及低電(diàn)壓報警。當UPS由于各種原因切換到蓄電(diàn)池供電(diàn)時，用戶需要及時地了解系統的後備時間，且采取相應的措施。當蓄電(diàn)池電(diàn)壓降到低限時，報警通知(zhī)用戶，然後自動關機以防止蓄電(diàn)池深度放(fàng)電(diàn)。

（4）溫度補償。環境溫度變化時，必須對浮充電(diàn)壓進行校正，校正系數爲18mV/℃（标稱12V的電(diàn)池）。爲簡單計，可以分(fēn)級校正。

電(diàn)池靜置時，溫度太高，電(diàn)池的自放(fàng)電(diàn)加劇。電(diàn)池使用條件推薦爲20℃～25℃，溫度太低，電(diàn)池放(fàng)電(diàn)容量降低，充電(diàn)接受能力下(xià)降。溫度太高，反應加劇，導緻失水，極闆腐蝕加劇。電(diàn)池的充電(diàn)電(diàn)壓通過溫度補償來改變，溫度高時，充電(diàn)電(diàn)壓降低，使電(diàn)池處于最佳浮充狀态。

因此，保證電(diàn)池服務最佳方案是将環境溫度控制在20℃～25℃，控制放(fàng)電(diàn)次數、放(fàng)電(diàn)深度、放(fàng)電(diàn)和充電(diàn)電(diàn)流以及定時充放(fàng)電(diàn)的周期。

9.結語

以上通過對閥控式密封鉛酸蓄電(diàn)池在UPS供電(diàn)系統中(zhōng)的作用、工(gōng)作原理、配置維護等方面進行進行全面分(fēn)析，并結合實際工(gōng)作經驗，提出一(yī)些行之有效的方法，幫助用戶提高蓄電(diàn)池維護管理水平，更加明确了蓄電(diàn)池在保障UPS供電(diàn)系統安全運行中(zhōng)的重要作用。