UPS电池组选型配置与维护措施

文/杨凯

随着数字化信息技术的快速发展，UPS电池技术在计算机电源系统中得到了广泛应用，提高了计算机系统供电的稳定性，保障了人们的工作质量与效率。

1 UPS的工作价值

UPS设备是英文 Uninterruptable Power Supply的缩写，中文译为“不间断电源设备”，简称“不间断电源”。包含了整流、储能、逆变和开关控制等模块，在市电中断时，用以维持负载供电的连续性。

2 UPS电池组的配置

2.1 UPS电池功能和参数

UPS电池组容量大小决定了其维持放电（供电）的时间。其主要功能是：

（1）当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部。

（2）当市电故障时，将化学能转换成电能提供给逆变器。

UPS设备后备时间的长短，是由UPS电池组决定的，电池容量的大小由“安时数（AH）”表示，其含义为按相同的放电电流值进行放电所需要的时间。当电池电压相同的情况下，安时数越大则电池容量越大；而当电池的安时数相同，电压越高则电池的容量越大，通常以电压和安时数共同表示电池的容量，如12V/7AH、12V/24AH、12V/65AH、12V/100AH。

目前采用20小时放电率（C20）的安时数来体现电池额定容量的大小，即在25℃下以恒定电流放电20小时至终止电压（1.75V/单格），该电流的20倍即为电池的容量，一般用AH数表示。

例如，12V/200AH的电池是指该电池能够以10A（0.1C）的电流恒定放电至终止电压10.5V，可连续放电20小时。另外要注意，电池放电时间与放电电流不是线性关系，如100AH电池以100A的电流放电支持不了1个小时，只有数十分钟；而以1A的电流放电，则会超出100小时（不推荐如此方式放电）。

2.2 配置方案

2.2.1 电池容量的选择

确定UPS设备的容量(KVA)、电池只数、所需放电时间、终止电压、UPS系统效率、确定UPS功率因数。例如：50KVAUPS设备，直流电压384VDC，放电时间30分钟，终止电压345.6V，UPS效率95%，UPS功率因数0.8，UPS设备中，逆变器要求蓄电池组已恒定功率向逆变器供电。计算方法：根据UPS设备的容量(KVA),计算要求的蓄电池的功率50KVA X 0.8(功率因数)/0.95(逆变效率)=42.10KW。确定UPS设备的直流蓄电池单元只数，384V/2V= 192个2V单元。折合32只12V或64只6V蓄电池。确定在所需放电时间为30分钟。确定UPS直流端的终止电压及蓄电池单元终止电压345.6V/192单元 = 1.80V/单元。计算要求每只蓄电池单元的功率值，42.10KW/192单元 = 0.219KW/单元=219W/单元。查蓄电池放电功率表30分钟，终止电压1.80V/单元条件下，合适的电池型号。

2.2.2 可靠性设计

在对UPS电池组系统可靠性设计时，需要对电池组应用的具体场景进行深入研究分析，若是相关设备采用的是双回路交流电源供电，且为了保障设备的运行稳定配置了备用的柴油发电机。因此为了保障交流电源与柴油发电的电力可以安全可靠的对接，需要设计多台UPS电池组，并采取双机串联备份的方式进行连接，以提高相关设备运行的质量与安全。

2.2.3 供电方案的设计

图1

在UPS电池组系统设计时，需要根据UPS系统配置的用电设备，设计相对应的供电方案，主要有分散供电方案和集中供电计划。当UPS电池组系统的体积较大时，为了充分发挥出电池组的优势，保证电源系统运行的可靠性和稳定性，可以采用集中式的管理方案，科学的配置电力资源。在实际设备配置UPS系统时，分散管理供电方案也应用较多，主要是根据具体的负载情况和电池系统的运营经济成本，选择最佳的UPS电池组供电方案。

3 UPS电池组的维护措施

3.1 UPS电池组的维护

为确保UPS电池组稳定运行，且各单体电池参数均衡，现重点讨论以下几点电池维护内容。

3.1.1 定期保养

电池组在运行一段时间后要定期进行检查，检查内容包括，观察其外观是否异常、有无极主爬酸、漏液等现象，对单元电池的间端电压差和内阻进行定期检测，确保单元电池组的性能达到电源系统运行的基础要求。若是在检测过程中，发现了间端电压差超出了0.4V。或UPS设备长期不停电，电池组会一直处于充电状态这样会使电池的活性变差,因此即使不停电，则需要采取相对应的充电措施消除电源的不平衡情况，保持电池活性。无法通过充电措施进行故障消除，则可以采取脱机均衡处理。

新安装电池组常会出现单体电池电压、内容不平衡情况，在安装完成，且设备稳定运行后，也需要对电池组进行放电试验，经过放电后，电池组的各单体电池各项参数指标将趋于平衡，更有利于电池运行。

3.1.2 避免深度放电

UPS电源系统在实际应用时，需要避免出现深度放电的操作，因为UPS电源系统的特殊性，当出现深度放电时会间接的影响到电源系统的安全。在UPS电源系统工作时，通过开展实时监测了解系统放电充电的具体情况，科学的规避深度放电情况的发生，提高UPS电池组系统运行的安全性与可靠性。

电池容量的大小直接决定UPS在交流停电时能够保证不间断输出的时间长短，因此电池适时的发出电池低压告警可以使维护人员能够了解当前电池的剩余容量和后备保障时间，采取相应的应急措施。放电深度对电池组的使用寿命影响非常大，电池被放电的深度越深，对电池组的内部化学储能部分的影响就越大，严重的造成电池内部电能与化学能间不能转换，其循环使用次数就会减少,因此在使用时应避免深度放电。一般UPS设备都有电池低电位保护功能，一般单节电池放电至10.5V左右时，UPS就会自动关机，但是如果UPS处于轻载放电或空载放电的情况下,也会造成电池的深度放电。

3.1.3 充电方案

在UPS电源系统管理控制时，为了保证电源系统的使用寿命，需要对电源系统进行科学的充电维护。在对UPS电池组进行充电维护时，同时不能影响到相关用电设备的正常运行。在电源系统深度放电之后，需要经过10-12小时的时间对电池组完成充电工作。UPS设备一般采用分级充电电路，即在充电初期采用恒流充电，当蓄电池端电压达到其浮充电压后，再采用恒压充电。UPS电池组的典型充电特性如图1所示。可以保障UPS电源系统的充电稳定性。

此外、影响电池使用寿命的因素还有：安装工艺、运行环境、温度等，此处不再讨论。

4 结束语

综上所述，在UPS电池组系统应用配型时，需要根据实际应用的场景选择最佳的配型方案，同时确保后续检修维护工作的质量，充分发挥出UPS电源系统的工作价值。