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    賽能專欄◆UPS電池使用壽命分析

    蓄電池是UPS系統中的一個重要組成部分,其質量優劣直接關系到UPS系統的可靠程度。賽能通過對UPS維修工作中各種故障的統計可以得出這樣的結論:后備式UPS電源,由電池引發的故障超過了總故障的50%。在線式UPS電源,因為它的電路設計合理,驅動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,由電池組所引發的故障率上升至60%以上??梢?,正確地使用和維護好電池是延長電池組壽命、降低UPS電源總故障率的關鍵因素之一。下面就跟著賽能來一起分析影響UPS蓄電池使用壽命的幾方面原因,對于蓄電池的正確使用和維護提供了科學依據。

    一、UPS蓄電池壽命

    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系列的設計壽命是8-15年,12V系列的設計壽命是3-6年。由于12V系列的蓄電池價格較便宜,目前在UPS系統中使用12V系列的蓄電池比例較高。蓄電池的設計使用壽命指的是一種特定條件下的理論值(比如要求環境溫度為20-25℃,每個月的總放電不超過額定的容,而蓄電池實際壽命是與使用條件密切相關的,環境溫度、放電深度和斷電頻度等因素都對蓄電池實際使用壽命有著不同程度甚至很嚴重的影響。

    二、UPS蓄電池使用要求與各項注意事項

    1.使用環境要求

    ① 放置位置必須平穩;② UPS機箱各面距墻壁必須保持足夠的通風距離;③ 遠離熱源,無陽光直射,無腐蝕性;④ 保持正常的溫度和濕度;⑤ 保持室內潔凈。

    2.做好UPS的防感應雷害工作

    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。雷害主要是因雷云空對地或空對空放電所引起的一系列反應造成的。當云層放電時,附近架空電源線和通信線路因電磁感應現象會產生感應高電位脈沖。這些高電位脈沖沿著電源線或通信線進入UPS,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接地的前提下,一定要做好電源線和通信線(例如遠端監控信號線)的防雷過壓保護。

    3.充電電壓對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隨著溫度變化而調整。溫度升高,浮充電壓應降低,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,蓄電池壽命就會縮短。溫度降低,需要提高充電電壓,否則會因低溫而使得蓄電池充電接受能力下降,而導致蓄電池充電不足,蓄電池壽命同樣會縮短。目前國內的標準要求,在一組蓄電池中最浮充電壓的差異應50mV,所以應重視小浮充狀態蓄電池的電壓運行的差異。

    賽能提示:為了延長蓄電池的使用壽命,應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和充電要求,嚴格按照要求對蓄電池進行充電。一般蓄電池投入使用的日期距出廠日期時間較長,蓄電池經過長期的自放電,容量必然大損失,并且由于單體蓄電池自放電小的差異,致使蓄電池的比重、端電壓等出現不均衡,投入使用前應用均充電壓進行初充電,否則,個別蓄電池會進一步擴展成落后蓄電池并會導致整組蓄電池不可用。另外,如果蓄電池長期不投入使用,閑置時間超過3個月后,應該對蓄電池進行一次補充電。有關的研究結果表明板柵不同部位合金成分與結構的分布均有所不同,因而會導致板柵電化學性能的不均衡性,這種不均衡性又會使在浮充和充、放電狀態得電壓產生差異,且會隨著充、放電的循環往復,使用這種差異不斷增,形成所謂的“落后蓄電池(蓄電池失效)

    4.減少深度放電

    的使用壽命與它被放電的深度密切相關。UPS電源所帶的負載越輕,市電供電中斷時,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UPS電源因電池電壓過低而自動關機時電池被放電的深度就比較深。

    實際過程如何減少電池被深度放電的事情發生呢?方法很簡單:當UPS電源處于市電供電中斷,改由蓄電池向逆變器供電狀態時,絕大多數UPS電源都會以間隙4s左右響一次的周期性報警聲,通知用戶現在是由電池提供能量。當聽到報警聲變急促時,就說明電源已處于深度放電,應立即進行應急處理,關閉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關機才結束。

    5.保證電源環境溫度

    電池可供使用的容量與環境溫度密切相關。一般情況下,電池的性能參數都是室溫為20℃條件下標定的,當溫度低于20℃時,蓄電他的可供使用容量將會減少,而溫度高于20℃時,其可供使用的容量會略有增加。不同廠家不同型號的電池受溫度影響的程度不同。據統計,在-20℃時,蓄電池可供使用容量只能達到標稱容量的60%左右??梢姕囟鹊挠绊懖豢珊鲆?。

    6.重新浮充

    UPS電源停機10天以上,在重新開機之前,應在不加負載的條件下啟動UPS電源以利用機內的充電回路重新對蓄電池浮充1012h以上再帶載運行。

    UPS電源長期處于浮充狀態而沒有放電過程,相當于處在“儲存待用”狀態。如果這種狀態持續的時間過長,造成蓄電池因“儲存過久”而失效報廢,它主要表現為電池內阻增大,嚴重時內阻可達幾Ω。

    我們發現:在室溫20℃下,存儲1個月后,電池可供使用的容量為其額定值的97%左右,如果儲存6個月不用,它的可使用容量變為額定容量的80%。如果儲存溫度升高,它的可使用容量還會降低。

    因此建議用戶最好每隔20°C個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。但這種操作不宜時間過長,在負載為額定輸出的30%左右時,約放電10min即可。

    7.使用UPS時須考慮負載的大小及特性

    UPS額定輸出功率是標志該產品能驅動多大功率負載的重要參數,它隨負載功率因數的變化而變化,如1kVAUPS并不一定能驅動1kVA的負載,為了延長UPS的使用壽命,UPS不宜長期處于滿載狀態下運行。后備式UPS一般選取額定功率的60%~70%的負載量,在線式UPS一般選取額定功率的70%~80%的負載量。同時UPS也不宜長期處于過度輕載狀態下運行。

    8.定期檢查

    定期檢查各單元電池的端電壓和內阻。對12V單元電池來說,在檢查中如果發現各單元電池間的端電壓差超過0.4V以上或電他的內阻超過80mΩ以上時,應該對各單元電池進行均衡充電,以恢復電池的內阻和消除各單元電池之間的端電壓不平衡。均衡充電時充電電壓取13.5138V即可。經過良好均衡充電處理的電池絕大多數都可將其內阻恢復到30mΩ以下。

    UPS電源在運行過程中,由于各單元電池特性隨時間變化而產生的上述不均衡性是不可能再依靠UPS電源內部的充電回路來消除的,所以對這種特性已發生明顯不均衡性的電池組,若不及時采取脫機均充處理的話,其不均衡度就會越來越嚴重。

    9.注意充電器的選用

    UPS電源用的免維護密封電池不能用可控硅式的“快速充電器”進行充電。這是因為這種充電器會造成蓄電池同時處于既“瞬時過流充電”又“瞬時過壓充電的惡劣充電狀態。這種狀態會使電池可供使用容量大大下降,嚴重時會使蓄電池報廢。 在采用恒壓截止型充電回路的UPS電源時,注意不要將電池電壓過低保護工作點調得過低,否則,在它充電初期容易產生過流充電。

    當然,最好選用既具有恒流,又有恒壓的充電器對其進行充電。

    三、使用維護與保養注意事項

    ◇ 禁止在UPS輸出端口接帶有感性的負載。

    ◇ 使用UPS電源時,應務必遵守產品說明書或使用手冊中的有關規定,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。

    ◇ 嚴格按照正確的開機、關機順序進行操作。避免因負載突然加載或突然減載時,UPS電源的電壓輸出波動大,而使UPS電源無法正常工作。

    ◇ 嚴禁頻繁地關閉和開啟UPS電源。一般要求在關閉UPS電源后,至少等待6秒鐘后才能開啟UPS電源,否則,UPS電源可能進入“啟動失敗”的狀態,即UPS電源進入既無市電輸出,又無逆變輸出的狀態。

    ◇ 禁止超負載使用。UPS電源的最大啟動負載最好控制在80%之內,如果超載使用,在逆變狀態下,時常會擊穿逆變管。實踐證明:對于絕大多數UPS電源而言,將其負載控制在30~60%額定輸出功率范圍內是最佳工作方式。

    ◇ 電池的放電要求:一般UPS對電池放電有保護措施,但放電至保護關機后,電池又可以恢復到一定的電壓,但這時不允許重新開機,否則會造成電池過放電。UPS必須重新充電后才能投入正常使用。

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

    ◇ 對于長期無停電的UPS,應當每隔36個月對UPS放電,然后重新充電。這樣才能延長電池的使用壽命。

    ◇ 對于長期存放的UPS,應當每隔36個月對UPS開機使用和充電,否則UPS主機和電池都會損壞。

    ◇ 定期對UPS電源進行維護工作。清除機內的積塵,測量蓄電池組的電壓,檢查風扇運轉情況及檢測調節UPS的系統參數等。


    根據《電信電源維護規程》規定,蓄電池遇到下列情況之一時,應進行均衡充電

    (1)2只以上單體蓄電池的浮充電壓低于2. 18V。

    (2)放電深度超過20%。

    (3)閑置不用的時間超過3個月。

    (4)全浮充時間不超過3個月。

    因此,為了延長蓄電池的使用壽命,要檢測蓄電池放電情況,根據放電時間和放電電流積分計算放電容最,放電容20%要能在監控設備上記錄下來,并及時進行均充。同時在蓄電池監控設備上可以設置定期均充周期,一般推薦3個月。

    結束語:

    目前在UPS不間斷電源中,廣泛使用密封式免維護蓄電池作為儲存電能的裝置。當市電中斷時,UPS電源將靠儲存在蓄電池中的能維持其逆變器的正常工作。此時,蓄電池通過放電將化學能轉化為電能提供給UPS電源使用。市場上被廣泛使用的是密封免維護鉛酸蓄電池,其價格比較昂貴,對于長延時UPS電源而言,蓄電池的成本比較可觀。由此可見,正確地使用和維護好蓄電池組,盡可能地延長蓄電池的使用壽命非常重要,不可掉以輕心。如果維護使用正確的話,普及型蓄電池的壽命一般可達到3-5年,有些進口蓄電池的壽命可達到10年左右

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