賽能電池專欄◆UPS電池使用壽命分析

賽能電池是UPS系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)UPS系統(tǒng)的可靠程度。賽能電池通過對(duì)UPS維修工作中各種故障的統(tǒng)計(jì)可以得出這樣的結(jié)論：后備式UPS電源，由電池引發(fā)的故障超過了總故障的50％。在線式UPS電源，因?yàn)樗�的電路設(shè)計(jì)合理，驅(qū)動(dòng)功率元件容量所取的余量大，因而電源電路故障率很低，相比之下，由電池組所引發(fā)的故障率上升至60％以上�？梢�，正確地使用和維護(hù)好電池是延長(zhǎng)電池組壽命、降低UPS電源總故障率的關(guān)鍵因素之一。下面就跟著賽能電池來一起分析影響UPS蓄電池使用壽命的幾方面原因，對(duì)于蓄電池的正確使用和維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

一、UPS賽能電池壽命

目前蓄電池使用較多的是2V系列和12V系列。這兩種蓄電池的壽命差別較大，一般2V系列的設(shè)計(jì)壽命是8-15年，12V系列的設(shè)計(jì)壽命是3-6年。由于12V系列的蓄電池價(jià)格較便宜，目前在UPS系統(tǒng)中使用12V系列的蓄電池比例較高。（蓄電池的設(shè)計(jì)使用壽命指的是一種特定條件下的理論值(比如要求環(huán)境溫度為20-25℃，每個(gè)月的總放電量不超過額定的容量，而蓄電池實(shí)際壽命是與使用條件密切相關(guān)的，環(huán)境溫度、放電深度和斷電頻度等因素都對(duì)蓄電池實(shí)際使用壽命有著不同程度甚至很嚴(yán)重的影響。）

二、UPS賽能電池使用要求與各項(xiàng)注意事項(xiàng)

1.使用環(huán)境要求

① 放置位置必須平穩(wěn)；② UPS機(jī)箱各面距墻壁必須保持足夠的通風(fēng)距離；③ 遠(yuǎn)離熱源，無陽光直射，無腐蝕性；④ 保持正常的溫度和濕度；⑤ 保持室內(nèi)潔凈。

2.做好UPS的防感應(yīng)雷害工作

雷擊是所有電器的天敵，一定要注意保證UPS的有效屏蔽和接地保護(hù)。雷害主要是因雷云空對(duì)地或空對(duì)空放電所引起的一系列反應(yīng)造成的。當(dāng)云層放電時(shí)，附近架空電源線和通信線路因電磁感應(yīng)現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)高電位脈沖。這些高電位脈沖沿著電源線或通信線進(jìn)入U(xiǎn)PS，而UPS中采用了大量的CMOS集成電路模塊和控制用的CPU等微電子器件，它們對(duì)雷電的電磁脈沖非常敏感，因此很容易被擊壞。在UPS具備有效屏蔽和良好保護(hù)接地的前提下，一定要做好電源線和通信線（例如遠(yuǎn)端監(jiān)控信號(hào)線）的防雷過壓保護(hù)。

3.充電電壓對(duì)蓄電池使用壽命的影響

蓄電池的使用壽命與蓄電池的浮充電壓有很大的關(guān)系，浮充電壓過高，板柵腐蝕速度增加，電解液損失速度加快，蓄電池壽命縮短；浮充電壓過低，容易造成蓄電池充電不足，影響蓄電池容最。蓄電池的浮充電壓應(yīng)隨著溫度變化而調(diào)整。溫度升高，浮充電壓應(yīng)降低，如蓄電池浮充電壓不變，則浮充電流將增加，正極極化增大，板柵腐蝕速度隨之加快，蓄電池壽命就會(huì)縮短。溫度降低，需要提高充電電壓，否則會(huì)因低溫而使得蓄電池充電接受能力下降，而導(dǎo)致蓄電池充電不足，蓄電池壽命同樣會(huì)縮短。目前國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)要求，在一組蓄電池中最大浮充電壓的差異應(yīng)≤50mV，所以應(yīng)重視并減小浮充狀態(tài)下蓄電池的電壓運(yùn)行的差異。

賽能電池提示：為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，應(yīng)高度重視蓄電池的充放電控制。蓄電池的充電方式主要是浮充電和均衡充電兩種。必須了解不同充電方式的充電特點(diǎn)和充電要求，嚴(yán)格按照要求對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。一般蓄電池投入使用的日期距出廠日期時(shí)間較長(zhǎng)，蓄電池經(jīng)過長(zhǎng)期的自放電，容量必然大量損失，并且由于單體蓄電池自放電大小的差異，致使蓄電池的比重、端電壓等出現(xiàn)不均衡，投入使用前應(yīng)用均充電壓進(jìn)行初充電，否則，個(gè)別蓄電池會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展成落后蓄電池并會(huì)導(dǎo)致整組蓄電池不可用。另外，如果蓄電池長(zhǎng)期不投入使用，閑置時(shí)間超過3個(gè)月后，應(yīng)該對(duì)蓄電池進(jìn)行一次補(bǔ)充電。（有關(guān)的研究結(jié)果表明：板柵不同部位合金成分與結(jié)構(gòu)的分布均有所不同，因而會(huì)導(dǎo)致板柵電化學(xué)性能的不均衡性，這種不均衡性又會(huì)使在浮充和充、放電狀態(tài)下得電壓產(chǎn)生差異，且會(huì)隨著充、放電的循環(huán)往復(fù)，使用這種差異不斷增大，形成所謂的“落后蓄電池(蓄電池失效)”）

4.減少深度放電

電池的使用壽命與它被放電的深度密切相關(guān)。UPS電源所帶的負(fù)載越輕，市電供電中斷時(shí)，蓄電他的可供使用容量與其額定容量的比值越大，在此情況下，當(dāng)UPS電源因電池電壓過低而自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)電池被放電的深度就比較深。

實(shí)際過程如何減少電池被深度放電的事情發(fā)生呢？方法很簡(jiǎn)單：當(dāng)UPS電源處于市電供電中斷，改由蓄電池向逆變器供電狀態(tài)時(shí)，絕大多數(shù)UPS電源都會(huì)以間隙4s左右響一次的周期性報(bào)警聲，通知用戶現(xiàn)在是由電池提供能量。當(dāng)聽到報(bào)警聲變急促時(shí)，就說明電源已處于深度放電，應(yīng)立即進(jìn)行應(yīng)急處理，關(guān)閉UPS電源。不是迫不得以，一般不要讓UPS電源一直工作到因電池電壓過低而自動(dòng)關(guān)機(jī)才結(jié)束。

5.保證電源環(huán)境溫度

電池可供使用的容量與環(huán)境溫度密切相關(guān)。一般情況下，電池的性能參數(shù)都是室溫為20℃條件下標(biāo)定的，當(dāng)溫度低于20℃時(shí)，蓄電他的可供使用容量將會(huì)減少，而溫度高于20℃時(shí)，其可供使用的容量會(huì)略有增加。不同廠家不同型號(hào)的電池受溫度影響的程度不同。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在-20℃時(shí)，蓄電池可供使用容量只能達(dá)到標(biāo)稱容量的60％左右。可見溫度的影響不可忽視。

6.重新浮充

UPS電源停機(jī)10天以上，在重新開機(jī)之前，應(yīng)在不加負(fù)載的條件下啟動(dòng)UPS電源以利用機(jī)內(nèi)的充電回路重新對(duì)蓄電池浮充10～12h以上再帶載運(yùn)行。

UPS電源長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)而沒有放電過程，相當(dāng)于處在“儲(chǔ)存待用”狀態(tài)。如果這種狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間過長(zhǎng)，造成蓄電池因“儲(chǔ)存過久”而失效報(bào)廢，它主要表現(xiàn)為電池內(nèi)阻增大，嚴(yán)重時(shí)內(nèi)阻可達(dá)幾Ω。

我們發(fā)現(xiàn)：在室溫20℃下，存儲(chǔ)1個(gè)月后，電池可供使用的容量為其額定值的97%左右，如果儲(chǔ)存6個(gè)月不用，它的可使用容量變?yōu)轭~定容量的80％。如果儲(chǔ)存溫度升高，它的可使用容量還會(huì)降低。

因此建議用戶最好每隔20°C個(gè)月有意地拔掉市電輸入，讓UPS電源工作于由蓄電池向逆變器提供能量的狀態(tài)。但這種操作不宜時(shí)間過長(zhǎng)，在負(fù)載為額定輸出的30％左右時(shí)，約放電10min即可。

7.使用UPS時(shí)須考慮負(fù)載的大小及特性

UPS額定輸出功率是標(biāo)志該產(chǎn)品能驅(qū)動(dòng)多大功率負(fù)載的重要參數(shù)，它隨負(fù)載功率因數(shù)的變化而變化，如1kVA的UPS并不一定能驅(qū)動(dòng)1kVA的負(fù)載，為了延長(zhǎng)UPS的使用壽命，UPS不宜長(zhǎng)期處于滿載狀態(tài)下運(yùn)行。后備式UPS一般選取額定功率的60％～70％的負(fù)載量，在線式UPS一般選取額定功率的70％～80％的負(fù)載量。同時(shí)UPS也不宜長(zhǎng)期處于過度輕載狀態(tài)下運(yùn)行。

8.定期檢查

定期檢查各單元電池的端電壓和內(nèi)阻。對(duì)12V單元電池來說，在檢查中如果發(fā)現(xiàn)各單元電池間的端電壓差超過0.4V以上或電他的內(nèi)阻超過80mΩ以上時(shí)，應(yīng)該對(duì)各單元電池進(jìn)行均衡充電，以恢復(fù)電池的內(nèi)阻和消除各單元電池之間的端電壓不平衡。均衡充電時(shí)充電電壓取13.5～13．8V即可。經(jīng)過良好均衡充電處理的電池絕大多數(shù)都可將其內(nèi)阻恢復(fù)到30mΩ以下。

UPS電源在運(yùn)行過程中，由于各單元電池特性隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的上述不均衡性是不可能再依靠UPS電源內(nèi)部的充電回路來消除的，所以對(duì)這種特性已發(fā)生明顯不均衡性的電池組，若不及時(shí)采取脫機(jī)均充處理的話，其不均衡度就會(huì)越來越嚴(yán)重。

9.注意充電器的選用

UPS電源用的免維護(hù)密封電池不能用可控硅式的“快速充電器”進(jìn)行充電。這是因?yàn)檫@種充電器會(huì)造成蓄電池同時(shí)處于既“瞬時(shí)過流充電”又“瞬時(shí)過壓充電的惡劣充電狀態(tài)。這種狀態(tài)會(huì)使電池可供使用容量大大下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使蓄電池報(bào)廢。 在采用恒壓截止型充電回路的UPS電源時(shí)，注意不要將電池電壓過低保護(hù)工作點(diǎn)調(diào)得過低，否則，在它充電初期容易產(chǎn)生過流充電。

當(dāng)然，最好選用既具有恒流，又有恒壓的充電器對(duì)其進(jìn)行充電。

三、使用維護(hù)與保養(yǎng)注意事項(xiàng)

◇ 禁止在UPS輸出端口接帶有感性的負(fù)載。

◇ 使用UPS電源時(shí)，應(yīng)務(wù)必遵守產(chǎn)品說明書或使用手冊(cè)中的有關(guān)規(guī)定，保證所接的火線、零線、地線符合要求，用戶不得隨意改變其相互的順序。

◇ 嚴(yán)格按照正確的開機(jī)、關(guān)機(jī)順序進(jìn)行操作。避免因負(fù)載突然加載或突然減載時(shí)，UPS電源的電壓輸出波動(dòng)大，而使UPS電源無法正常工作。

◇ 嚴(yán)禁頻繁地關(guān)閉和開啟UPS電源。一般要求在關(guān)閉UPS電源后，至少等待6秒鐘后才能開啟UPS電源，否則，UPS電源可能進(jìn)入“啟動(dòng)失敗”的狀態(tài)，即UPS電源進(jìn)入既無市電輸出，又無逆變輸出的狀態(tài)。

◇ 禁止超負(fù)載使用。UPS電源的最大啟動(dòng)負(fù)載最好控制在80%之內(nèi)，如果超載使用，在逆變狀態(tài)下，時(shí)常會(huì)擊穿逆變管。實(shí)踐證明：對(duì)于絕大多數(shù)UPS電源而言，將其負(fù)載控制在30~60%額定輸出功率范圍內(nèi)是最佳工作方式。

◇ 電池的放電要求：一般UPS對(duì)電池放電有保護(hù)措施，但放電至保護(hù)關(guān)機(jī)后，電池又可以恢復(fù)到一定的電壓，但這時(shí)不允許重新開機(jī)，否則會(huì)造成電池過放電。UPS必須重新充電后才能投入正常使用。

◇ 新購(gòu)買的UPS（或存放一段時(shí)間的UPS），必須先對(duì)電池充電之后才能投入正常使用。否則無法保證備用時(shí)間。

◇ 對(duì)于長(zhǎng)期無停電的UPS，應(yīng)當(dāng)每隔3～6個(gè)月對(duì)UPS放電，然后重新充電。這樣才能延長(zhǎng)電池的使用壽命。

◇ 對(duì)于長(zhǎng)期存放的UPS，應(yīng)當(dāng)每隔3～6個(gè)月對(duì)UPS開機(jī)使用和充電，否則UPS主機(jī)和電池都會(huì)損壞。

◇ 定期對(duì)UPS電源進(jìn)行維護(hù)工作。清除機(jī)內(nèi)的積塵，測(cè)量蓄電池組的電壓，檢查風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況及檢測(cè)調(diào)節(jié)UPS的系統(tǒng)參數(shù)等。

根據(jù)《電信電源維護(hù)規(guī)程》規(guī)定，蓄電池遇到下列情況之一時(shí)，應(yīng)進(jìn)行均衡充電：

(1)2只以上單體賽能蓄電池的浮充電壓低于2. 18V。

(2)放電深度超過20%。

(3)閑置不用的時(shí)間超過3個(gè)月。

(4)全浮充時(shí)間不超過3個(gè)月。

因此，為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，要檢測(cè)蓄電池放電情況，根據(jù)放電時(shí)間和放電電流積分計(jì)算放電容最，放電容量達(dá)到20%要能在監(jiān)控設(shè)備上記錄下來，并及時(shí)進(jìn)行均充。同時(shí)在蓄電池監(jiān)控設(shè)備上可以設(shè)置定期均充周期，一般推薦3個(gè)月。

結(jié)束語：

目前在UPS不間斷電源中，廣泛使用密封式免維護(hù)蓄電池作為儲(chǔ)存電能的裝置。當(dāng)市電中斷時(shí)，UPS電源將靠?jī)?chǔ)存在賽能電池中的能量維持其逆變器的正常工作。此時(shí)，蓄電池通過放電將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給UPS電源使用。市場(chǎng)上被廣泛使用的是密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，其價(jià)格比較昂貴，對(duì)于長(zhǎng)延時(shí)UPS電源而言，蓄電池的成本比較可觀。由此可見，正確地使用和維護(hù)好蓄電池組，盡可能地延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命非常重要，不可掉以輕心。如果維護(hù)使用正確的話，普及型蓄電池的壽命一般可達(dá)到3-5年，有些進(jìn)口蓄電池的壽命可達(dá)到10年左右