蓄電池基礎知識

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蓄電池基礎知識

蓄電池是UPS電源中最關鍵、最昂貴、最易損壞的部件之一，它對UPS的品質有著重要的影響。正確的使用和維護好蓄電池，是延長蓄電池的壽命，提高放電效率的關鍵。下面再介紹一些鉛蓄電池的小知識。

1.

鉛酸蓄電池的結構及電動勢的產生：

鉛酸蓄電池的構造：

正極板（正極板上的活性物質為二氧化鉛PbO2)、

負極板（負極板上的活性物質為海綿狀純鉛Pb)、

電解液（電解液由水和硫酸[H2SO4]按一定的比例配制而成）、

電池槽等。

將制作好的正、負極板浸入裝有電解液的電池槽中后，負板表面的鉛離解產生二價的正鉛離子和電子（Pb

→

Pb2+

+

2e），其中正二價的鉛離子進入電解液中，電子留在負極板上，這樣負極板和電解液之間形成電位差。

同樣正極板上的二氧化鉛在電解液中離解成正四價的鉛離子和負氫氧根離子（PbO2

+

H2O

→

Pb4+

+

OH-

），其中負的氫氧根離子進入電解液，正4價鉛離子留在正極板上，這樣在正極板和電解液之間形成電位差。

由于正、負極板與電解液都有電壓差，所以正、負極板之間也存在電位差。正、負這間電壓的高低與電解液的濃度有關，鉛酸蓄電池的每單元電壓值可用公式表示：E

=

+

d(15℃)

式中表示鉛酸蓄電池的電動勢常數,

d(15℃)---表示15℃時極板活性質物質微孔中電解液的比重。

UPS電源中常使用的鉛酸蓄電池標稱電壓為12V，它由6個單元組成。

2.

鉛酸蓄電池的放電及常用的充電方法：

蓄電池的放電：蓄電池向外電路供電叫蓄電池放電，放電時，負極板上的電子通過負載流向正極，隨著放電的進行，負極板的鉛和硫酸反應生成硫酸鉛，正極上的氧化鉛和硫酸反應生成硫酸鉛，隨著放電的進行，蓄電池的端電壓逐慚下降，當端電壓下降至臨界電壓時，就應終止放電，否則蓄電池的壽命將大縮短甚至損壞。臨界電壓是蓄電池制造商為保護蓄電池免受不正常的放電而影響蓄電池的壽命，

恒流充電：這種充電方法在整個充電過程中，流過蓄電池的電流不變，充電器輸出的充電電壓隨蓄電池的端電壓上升而上升。這種充電方法有以下特點：充電時間短，但耗能大，充電后期易產生過壓充電而縮短電池使用壽命。目前在UPS電源中，不采用這種方法。

恒壓充電充：使用這種方法充電時，整個過程中充電電壓保持不變。常用的恒壓充電方式中有高壓恒壓充電和低壓恒壓充電之分。使用高壓恒壓方式充電時，充電器輸出的充電電壓

=

×蓄電池單元格個數。這種充電方法的特點：充電時間較長，充電初期易產生過流充電而縮短電池使用壽命。這種方法適用于加水鉛酸電池，目前在UPS電源中所使用的免維護鉛酸蓄電池，不能采用這種充電方法。

使用低壓恒壓方式充電時，充電器輸出的充電電壓

=

×蓄電池單元格個數。（充電電壓不能超出此上限值）。這種方法充電的特點：十分節(jié)能電能，電池溫升低，電解中的水份耗損少，對電池的損傷程度低。但充電時間較長，這種充電方法適合于免維護鉛酸蓄電池，目前在UPS電源中,這種方法用得較多。對中、小型鉛酸免維護蓄電池來說，使用這種方法充電時，其充電電流一般控制在—之間。

分級充電：前面的討論中我們知道，采用恒壓充電方法時，充電初期易產生過充電，其原因是充電初期因蓄電池的端電較低，而充電器的輸出電壓恒定不變，所以易產生過流充電而損壞電池。為克服這一問題，在分級限流充電方法中，充電時分兩級充電，當蓄電池（以12V鉛酸免維護蓄電池為例）端電壓下降到12V以下時，充電器在CPU（或充電專用IC）的控制下自動將輸出電壓調到12V，當蓄電池的端電壓上升接近12V時，充電器自動將輸出電壓上調到，這樣既保證了快速充電，又避免了過流充電。

脈沖充電：這種充電方法是一種較為新型的充電方法。充電器輸出的充電電壓是直流脈沖。這種充電方法充電速度很快，十分節(jié)能，對電池損傷程度很低。

具有脈沖充電和分級充電功能的充電器，其技術含量較高，目前多數UPS電源都不具有這種功能。山特公司在線式UPS采用：低壓恒壓、限流、浮充法充電；N系列采用CPU的控制下脈沖、低壓、分級法充電。3.

蓄電池的放電特性：

蓄電池的容量表示：

在蓄電池的外殼上，我們可以看到符號：12V

6AH/20HR。其中12V表示蓄電池的標稱電壓，20HR表示放電速率，6AH表示蓄電池的容量，這一容量是以20小時的速率的條件下進行放電，一直放到蓄電池的臨界電壓（用放電時其臨界電壓為時

，放電電流*時間的總數，即電池容量(AH)

=

放電電流(A)

×

持續(xù)時間

(H)。目前市面上一般鉛酸密封式免維護鉛酸電池(SLA)所標示的AH數是定在20小時率（即放電電流為）

,

若放電電流增大，則蓄電池所釋放出的容量亦將隨之降低

。

在描述電池放電特性時，常用C來表示放電速率，１C放電速率，表示蓄電池放電電流以等于該蓄電池的額定容量安時數。例如，100安時的蓄電池，若以的速率放電，其放電電流為*100=50A。

影響蓄電池供電時間的因素：

影響蓄電池供電時間（即蓄電池實際可供使用的容量）的因素較多，其中負載量大小（即放電電流大?。┖托铍姵胤烹姇r的溫度高低對蓄電池供電時間有著十分明顯的影響。下面我們稍作討論。3.2.1

蓄電池放電電流大小對蓄電池供電時間的影響。

從上表我們可以看出，同一蓄電池以不同大小的電流恒流放電時，蓄電池實際釋放的容量并不是怛定。為說明蓄電池放電電流大小對蓄電池實際可供釋放的容量的影響,下表提供一組24AH蓄電池，25℃實驗數據供參考。

放電電流（A）

放電時間

實際釋放容量

實際可供利用率

０.４Ｃ

1.９小時

１７.６ＡＨ

７３.３％

１Ｃ

２０分鐘

８ＡＨ

３３.３％

２Ｃ

１０分鐘

８ＡＨ

３３.３％

７Ｃ

２０秒

０.９３ＡＨ

４％上表中的放電時間是當蓄電池以規(guī)定的電流進行恒流放電時,蓄電池的端電壓下降到它所允許的監(jiān)界電壓時所經過的時間，實際利用率用（實際釋放容量/額定容量）來表示。從上表的數據中可以看出，蓄電池放電電流越大，其實際可供利用率就越低，為了提高蓄電池實際可供利用率，對中小型鉛酸免維護蓄電池而言，其最大放電電流應控制在3CA以下。3.2.2

蓄電池工作時溫度高低對蓄電池供電時間的影響：

不同溫度不同放電電流與蓄電池實際釋放容量特性曲線。

從上圖可以看出，同一條件下，蓄電池釋放的容量隨溫度升高而上升。但蓄電池長期工作在40度以上的環(huán)境中其壽命會大大縮短。4.

蓄電池使用壽命：

蓄電池的壽命是衡量蓄電池質量的重要參數，壽命和長短受蓄電池的種類、放電深度、充電方式、環(huán)境溫度、電池維護等因素的影響。蓄電池的壽命一般有循環(huán)壽命和涓流壽命之分。

循環(huán)壽命：指蓄電池的充、放電循環(huán)壽命，充滿電的蓄電池放電至臨界電壓后，再從重充滿電算一次循環(huán)。一般說來，質量較好的小型鉛酸蓄電池，其循環(huán)壽命不少于200次，在蓄電池制造商推薦的條件下使用，其循環(huán)壽命可達400次。中型蓄電池為小型蓄電池的2倍左右。

涓流壽命：指蓄電池放時，并不放電至臨界電壓，只釋放出部分容量，然后再充電，涓流壽命受放電深度影響很大，一般說來，質量較好的小型鉛酸蓄電池，在蓄電池制造商推薦的條件下使用，其涓流壽命為600

—

1000次，中型蓄電池在1200次以上。

不當的使用將使電池的壽命大大縮短

,

如

：過量放電、突然的大電流放電、大電流充電、過量充電、在過高或過低溫度的環(huán)境中使用等。

電池不能過度放電，否則極易影響電池的使用年限，所以UPS均設有電池低電壓保護，當電池放電至低電壓設定點時將會自動停機。較值得注意的是過。過度放電常是人為疏忽所致，如過度輕載情況下長時間放電。UPS因電池電壓低過而自動關機后操作人員再開機使作等。5.

UPS后備時間（蓄電池放電時間）的計算。

計算蓄電池的放電時間時，先要計算出蓄電池最大放電電流，然后在蓄電池制造商提供的放電特性曲線圖上查找放電時間。蓄電池的最大放電電流I

=

(P*COSθ)

/

(η*Ei)

式中P表示UPS標稱輸出功率,COSθ表示負載功率因素(一般為，η

表示逆變器的效率(一般取,Ei表示UPS中蓄電池放電臨界電壓。

6.

蓄電池的安裝。

在UPS電源中，安裝長效機的蓄電池時應盡量注意以下幾個點：

安裝前，應先測量蓄電池的開路電壓，以12V電池為例，

若開路電壓在以下時，在使用UPS前，必須先充電。當蓄電池的開路電壓低于時，則表示蓄電池現有容量約為額定容量的20%

，此時應立即對蓄電池進行充電，待蓄電池端電壓長至后,斷開蓄電池與充電器的連線，靜置1小時，再測量蓄電池的開路電壓，若電壓降至以下，表示此蓄電池有可能已損壞，此時可用測定容量方法來進一步判定其好壞（參考8）。

電池應安裝在清潔

、陰涼通風及干燥的地方

,

使電池免受陽光、加熱器或其它熱輻射源影響

。

正常工作中，蓄電池應正立放置，少數品牌可接受橫置

,

但一般都不允許傾斜某個角度放置，更不能倒置。

蓄電池和蓄電池之間的跳線、電池箱和UPS這間的聯線要盡量短而粗，端子和跳線的連接要牢靠

。7.

★蓄電池的維護：

蓄電池是UPS設備中造價最貴的元件之一，使用和維護不當時易損壞。所以正確的使用和維護尤為重要。下面介紹一些簡單的維護方法。

蓄電池使用一年后要定期（4—6個月）檢查電池（組）中各單個電池的端電壓，蓄電池組中若單個電池間端電壓相差以上時就需進行特別的維護（一般可用均衡衡壓限流充電或更換電池）。

蓄電池（組）盡量避免在過高或過低溫度的環(huán)境中使用，一般應要求在0-30℃的環(huán)境中使用,溫度過高蓄電池的壽命將大大縮短，一般說來，環(huán)境溫度達到40℃后，每上升10℃，蓄電池壽命比正常情況下的壽命縮短一半左右。溫度過低，蓄電池實際可釋放的容量將大大減少。電池可供使用的容量與環(huán)境溫度密切相關，下表可供參考。

儲存蓄電池或UPS長期不使用時，每隔一段時間須充電一次，否則蓄電池有可能因自放電過深而損壞。充電間隔時間與蓄電池所處的環(huán)境溫度有關，下表提供組數據供參考。若將蓄電池置于50℃的環(huán)境下,在個內不給電池做任何操作,極可能導致蓄電池永久性損壞。充電時，用UPS的充電器對蓄電池組充電4小時左右即可。

UPS長期處于市電供電而很少斷電時（即長時間沒有讓蓄電池供電），要定期給蓄電池充放電一次。用戶可間隔10個月左右，讓UPS帶額定負載量的60%以上放電至UPS自動關機后，再給蓄電池充滿電即可。

蓄電池深度放電時對電池的壽命有很大的影響，在非不得已的情況下應盡量避免蓄電池深度放電。尤其要避免讓UPS在過度輕載的條件下（蓄電池放電放電電流小于長時間的運行。若讓UPS在電池模式下過度輕載運行至UPS自動關機,一般說來,電池會因放電深度過深而提早損壞。下表提供一組蓄電池放電深度與使用壽命的數據供參考。

UPS電源中的充電器，是專門為免維護蓄電池充電而設計的，充電過程中，它輸出的電壓高低、電流大小，輸出的波形等參數都有嚴格的要求，它對蓄電池有著良好的保護作用，所以用戶不要隨意加裝充電器或隨意改用其他類型充電器。免維護的蓄電池不能用可控硅控制的快速充電器來充電，否則易損壞蓄電池。

UPS在使用過量中，應盡量避免以下情況發(fā)生：

深度放電、突然的大電流放電、大電流充電、過壓充電、在過高或過低溫度的環(huán)境中使用等。

8.

★蓄電池好壞的判定：

測試蓄電池實際釋放容量來判定好壞。

蓄電池的好壞判定一般通過測試蓄電池的釋放容量來判定，操作方法是對蓄電池作三次充、放電實驗，用恒流放電，測出實際釋放容量，三次實驗中

實際釋放出的容量至少有一次達到額定容量的95%，該蓄電池為新電池。

三次所釋放的容量都沒有超過額定容量的50%，該蓄電池已報廢。

實際釋放出