论2∨系列电池在不间断智能电源系统中的应用

谷启存 李梦轩 邓传强

摘 要：通信网UPS系统一般采用阀控式密封12V蓄电池组，在实际使用中存在一些问题，与之相对比，阀控式密封2V系列铅酸蓄电池较好的克服了这些缺点。本文论述了其在UPS中应用的可行性与优势，列举了应用实例，详述了具体的配置标准及应用前景等。

关键词：阀控式密封铅酸蓄电池;不间断电源

1、 蓄电池在不间断智能电源系统中使用的基本情况

不间断电源系统在各行各业中应用广泛，在通信网络应用较多，从服务器到维护终端，为了保证设备运行稳定性，防止数据丢失，各种容量和制式的不间断电源系统应用在通信机房。随着近几年IDC、ICT设备和大数据机房的投入使用，不间断电源呈几何级上升，配备的不间断电源系统容量从几十千伏安到数百千伏安。不间断电源类型也多种多样，有1+1、2+1、3+1冗余热备份方式，还有模块式N+1冗余热备份运行等种类。

为保证不间断电源的可靠和安全运行，不间断电源必须配备蓄电池组，以确保在不间断电源输入交流电中断时进行有效逆变为负载供电，通信行业中采用的在线式不间断电源系统，其蓄电池组一般采用阀控式密封12V铅酸蓄电池。对于12V铅酸蓄电池而言，其电池正负极板面积大而厚度小，适合大电流、短时间放电，也比较适合在不间断电源系统中使用。由于12V系列铅酸蓄电池极板比较薄，系统设计充放电次数和寿命相对不足，在市电可靠性高和蓄电池组运行环境较好（25℃环境下）的情况下，该蓄电池组使用寿命可达6年。如果蓄电池组的运行环境稍差，尤其在温度偏高的情况下，没有环境温度保证，或蓄电池的放电电流过大或过小，甚至蓄电池组的维护不到位，其使用寿命会大大缩短（试验和统计数据表明，以25℃为准，环境温度每升高10℃，蓄电池组使用寿命会缩短一半）。现实使用情况统计表明，在通信系统中不间断电源配备蓄电池组的使用期限一般為三到五年。按照通信动力设备维护规程规定，不间断电源主机的设备更新周期为8年，在不间断电源主机得到正常维护下，主机运行时间一般在10年以上。因此，不间断电源12V系列蓄电池组在主机使用周期内一般需要更换两次以上。由于蓄电池组更换需要整组进行，也就造成蓄电池组更新成本较高。一套POWER LAND 1+1双机热备80KVA 不间断电源蓄电池组更换，需更换192节12V 100AH蓄电池组，其费用约20万元。

因此，在目前不间断电源系统采用的12V蓄电池组，比较突出的问题就是其使用寿命较短，造成更新成本较高，给不间断电源的更新和维护带来较大的费用压力。且不间断电源负载均很重要，更换蓄电池组割接风险和工作量均很大。

2 阀控式密封2V铅酸蓄电池组在不间断电源系统中使用的可行性和应用实例

阀控式密封2V铅酸蓄电池组（以下简称2V电池）与同类型12V电池相比，其单体极板厚度大，按照“结构决定性质”的理论，其主要的区别是理论上的合理放电电流大小不同，蓄电池组的循环放电次数和寿命也不同。实际使用情况也表明，阀控式密封2V铅酸蓄电池组的平均使用寿命为10年左右，部分性能优异蓄电池寿命可达15年，而同类型的12V蓄电池平均使用寿命为5年。近年来，随着相位跟踪技术和同步技术的不断进步，模块式不间断电源也应运而生，使得不间断电源也可以像开关电源一样实现N+1冗余热备份运行方式，在此类不间断电源中，其蓄电池组直流电压等级有48、240、360、480V等。对于48V等直流电压不高的系统而言，就可以采用通信系统普遍采用的阀控式密封2V系列蓄电池组。只要科学计算蓄电池组的放电电流，使蓄电池组的容量配备合理，避免蓄电池组超大电流放电和过放电情况的发生， 2V电池完全可以在不间断电源系统中使用。

近年来，我公司安装使用了多套模块式不间断电源，配备的蓄电池组多为2V电池组，蓄电池组容量从500AH至2000AH不等，不间断电源系统容量从24KVA至100KVA。与12V系列电池使用对比表明，2V系列蓄电池组在不间断电源系统中使用正常，运行可靠，寿命为12V电池的两倍以上，完全胜任在不间断电源中的使用。

3 阀控式密封2V铅酸蓄电池组在不间断电源系统中的配置标准

对2V系列蓄电池组，其额定容量是指在25℃时，以10小时放电率放电电流放出的实际电量值，一般用C10来表示额定容量，10小时率放电电流值用0.1C10来表示。阀控式密封2V系列铅酸蓄电池组的不同倍率放电曲线如图1所示：

通过图1可以看出， 2V系列蓄电池组，其放电电流越大，达到相同终止电压的时间越短，突出的特点是他们并非线性关系，例如在0.1C10即10小时放电率下，放电10小时后，蓄电池单体电压还在1.9V以上，而以1.0C10倍率电流放电时，经过0.1小时（即6分钟），蓄电池单体电压即到1.9V左右，虽然它们的放电电流是10倍关系，而达到相同放电终止电压的放电持续时间却相差100倍。

使用2V系列蓄电池组的模块式不间断电源，其蓄电池组低门限电压值为45V，故2V电池单体放电终止电压为45/24=1.875V。若不间断电源系统的蓄电池后备放电时间按0.5小时计算，对照图1可知，放电时间0.5小时，而单体电压在1.875V左右所对应的放电特性曲线是0.7C10，故采用48V阀控式密封2V系列铅酸蓄电池组的不间断电源，当蓄电池组后备时间30分钟时，蓄电池放电倍率最大应为0.7C10（放电终止电压约为1.88V）。

因此，对于模块式不间断电源，如采用配备两组48V阀控式密封铅酸蓄电池，其配备蓄电池组容量简化计算公式可简化为：C10（AH）=P/（48*2*0.7*0.9）

其中P为不间断电源系统的容量，单位为VA;蓄电池组放电按照恒电流放电考虑，不间断电源功率因数暂不考虑（按功率因数为1计算）;蓄电池组逆变效率η取0.9;0.7为蓄电池组放电倍率参数（该参数与GFM型48V蓄电池0.5小时放电时长相关联）。

例如：若不间断电源的容量为120KVA，则配备两组48V蓄电池的最低容量应为C10=120*1000/（48*2*0.7*0.9）=1984AH，实际配置选临近容量2000AH两组进行配备。如要求蓄电池后备放电时间大于0.5小时，则需配备更大容量蓄电池组。

4 阀控式密封2V铅酸蓄电池组在不间断电源系统中的应用前景

2V系列电池组，相对于12V蓄电池组具有一定的比较优势：使用寿命长，造价低，且2V系列蓄电池组在通信系统中使用广泛，技术人员在长期维护中积累了丰富的经验，因此维护比较方便、到位。

但对于容量较大的不间断电源，如容量超过180KVA，所需48V阀控式密封2V铅酸蓄电池组的容量将超过3000AH，其所占用机房面积也较大，则不再适合采用2V系列铅酸蓄电池。

综上所述， 2V系列铅酸蓄电池可以改变频繁更换不间断电源系统12V系列蓄电池造成的维护量大、总体费用高的不利局面，在中、小容量不间断电源系统中具有广阔的应用前景。

作者简介：

谷启存（1973—2），男，山东成武人，本科，工程师，研究方向：通信电源、空调及其监控系统的运行维护管理，动力设备节能降耗.

（菏泽市联通公司云网运营中心  山东 菏泽  274000）