UPS系统中蓄电池充电的研究

摘 要： 蓄电池这种储能设备的问世，推动了UPS的诞生。在UPS技术中，蓄电池是不可或缺的构成要件。UPS的蓄电池配套选择和充电模式的研究，不仅关系到经济成本问题，还直接影响UPS电源的不间断供电性能。本文首先分析了配套UPS蓄电池的种类、工作原理及性能，随后研究了UPS蓄电池的选型及充电模式。

关键词：UPS；蓄电池；电池选型；充电模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.136

0 引言

配套的蓄电池是UPS系统不可或缺的构成要件，对于整个系统的可靠性而言，其良好的性能具有决定性的作用。同时，由于蓄电池在整个系统成本中所占比例较高、事故率也较高。对配套蓄电池的性能、种类加以优化和完善，是当前亟待解决的重要课题之一。

1 UPS配套蓄电池简介

1.1 UPS配套蓄电池的分类及原理

能够在短时间内输出较大电流，是UPS系统对配套蓄电池提出的要求，现阶段，防酸隔爆蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池，是国内常用的两种UPS蓄电池，而后者的普及度较高。

（1）防酸隔爆式铅酸蓄电池。早期的UPS系统主要应用这种蓄电池，如果得到较为科学的维护，其使用年限将得以延长。在充电过程中，硫酸逐渐自正负极板的硫酸铅中被释放出来，电解液硫酸浓度及比重也随之提高。

（2）阀控式密封铅酸蓄电池。在UPS系统电源中，得益于维修难度小、良好的密封性、较小的体积等特点，阀控式密封铅酸蓄电池得到了普遍应用。借助下述两种手段，VRLA能够对电池中电解液的流动加以遏止：其一，借助超细玻璃纤维棉，不饱和地吸附电解液；其二，在电池中注入二氧化硅胶体和硫酸电解液，在工作时，阀控式密封铅酸蓄电池的阳极、阴极分别表现为：形成了氧气、还没有产生海绵状铅，这意味着还处于充电状态，因此没有形成氢气。

1.2 UPS配套蓄电池的性能指标

（1）在20小时率条件下测量所得的标称容量；

（2）禁止蓄电池继续放电时的放电终止电压，一般被定义为1.75/单格；

（3）蓄电池的输出电流，即放电电流，其表示除安培外，也可为蓄电池的容量和某系数之积；

（4）放电至终止的时间、电流等的表示——放电功率，一般表示为电流；

（5）在储存满时，电池可提供能量的最大值，即为容量，可为放电时间乘以放电电流。

2 UPS配套蓄电池的选型

就UPS系统的运行来说，无论蓄电池的容量低于还是高于标准，都无好处，其中，前一种情况难以使负载不间断供电需要得到保证，此外，蓄电池使用年限也会因大电流的充放电而减少；而后一种情况容易造成成本的提高，以及蓄电池小电流深放电的情况，甚至会彻底地损坏蓄电池。所以，要想有效降低UPS系统成本，并实现持续供电，就要采用合适型号的蓄电池。

（1）蓄电池放电时间。以后备时间为依据，可将UPS系统划分为下述两种：其一，不含电池，能够适用外接蓄电池，不具备具体数量要求，能够在停电时间较长时保证供电需要，通常满载配置能够超过数小时；其二，含有蓄电池，在断电后能够提供短时间供电。

在UPS系统中，市电供电类别，是配套蓄电池后备时间的决定性因素。每种蓄电池都有自己的后备时间：一、二、三、四类市电供电的UPS系统的配置，分别为0.5h-1h、1h-2h、2h-8h、8h-10h。然而，处于对各方面因素如系统安装空间、蓄电池成本的考虑，应将后备时间控制在2h以下。为对UPS系统供电保障性加以保障，如果某一地区的供电能力不足，供电方式宜采用发电机组结合UPS系统。

（2）电池容量计算。了解UPS配套蓄电池的容量算法，有助于对蓄电池型号加以确定。在某种负载下，结合电池容量=负载容量*放电时间（h）/（机器装换功率*电池放电功率*机器终止电压）这一公式，能够对UPS蓄电池容量进行计算。

3 UPS配套蓄电池的充电模式

恒压限流充电：从本质上看，这种充电手段融合了恒流充电及恒压充电，开始充电时蓄电池电压不足，为对电池加以保护，选择恒流充电法对充电电流加以控制；在实现特定电压时，启动恒压充电。作为充电方式的一种，恒压限流效果十分显著，如引入温度补偿、过充判断等，即可构建能够更好地保证蓄电池工作性能的充电管理系统。

恒流充电：这种充电手段较为简便，然而存在明显不足，即充电电流过大容易导致蓄电池使用年限的减少及温度的提高，反之则会导致充电时间的延长。

Reflex 充电：作为升级版的脉冲充电法，这种充电手段每个周期都为正脉冲和负脉冲的组合，空闲时段紧随其后。

脉冲充电：充电时，若充电电流保持在蓄电池能承受的电流范围内，蓄电池内部出现的气泡量就会较低。极化现象的发生，会对蓄电池的充电造成阻碍，同时提升出气率和温度。所以，对于充电速度来说，最关键的制约因素是极化电压。在给电池充电时，选择周期性的脉动电流，能够帮助电池更好地恢复原状，对极化现象的制约作用加以弱化，促进快速充电的实现。然而，当下该充电方式的发展依旧处于起步期，人们尚未在各种具体问题如占空比的大小、脉冲周期的大小等上达成统一意见。

4 结论

对于整个系统的可靠性、稳定性而言，UPS系统配套蓄电池的质量具有决定性作用，所以，无论对于成本的控制，还是对于UPS电源的使用年限和持续供电性能而言，全面探讨UPS配套蓄电池选型和充电模式，都具有至关重要的意义。当前时代，网络化、电气化已成为大势所趋，在世界范围内，备用电源都得到了推广，在选型配置上的匹配，及分析其放电机制，是在蓄电池配套方面，常办公和家用UPS系统未来的热点之一。

参考文献：

[1]吴敏，王梦阳，田李燕等.铅酸蓄电池板栅设计与制造特点的比较[J].蓄电池，2007，03（03）：138-141.

[2]郭锡民，张秀艳.胶体阀控密封铅酸蓄电池性能特点浅析[J]. 蓄电池，1999，02（02）：3-6.

作者简介：白鹏菲（1987-），女，山东济南人，本科，电气助理工程师，研究方向：电气自动化。