王家美

【摘 要】蓄電池是UPS系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，其質(zhì)量優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)UPS系統(tǒng)的可靠程度。本文重點(diǎn)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(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】UPS蓄電池 放電深度 充放電

【中圖分類號】 TM912【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A【文章編號】1672-5158（2013）07-0007-01

一、引言

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電源將靠儲(chǔ)存在蓄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，對于長延時(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。

二、蓄電池設(shè)計(jì)使用壽命

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。

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。

三、環(huán)境溫度對蓄電池使用壽命的影響

假如，在25℃時(shí)蓄電池的容量為100﹪；在25℃以下時(shí)，每下降10℃蓄電池的容量會(huì)減少一半；在25℃以下時(shí)，溫度與蓄電池容量的關(guān)系見表1所示。

從表1可以看出，蓄電池的容量是隨著溫度的變化而變化的，維護(hù)人員必須認(rèn)真做到根據(jù)實(shí)際溫度的變化合理地調(diào)整蓄電池的放電電流，同時(shí)要控制好蓄電池的溫度使用其保持在22～25℃范圍內(nèi)。

高溫使用環(huán)境是蓄電池的實(shí)際壽命不能達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的最主要原因。蓄電池溫度每升高10℃，恒定電壓下的充電電流的接受量將增加一倍，蓄電池壽命就會(huì)受過度充電總累積電量增加的影響而縮短。高溫時(shí)，浮充電流的增加加快了過充電量的積累，同時(shí)也加快了板柵腐蝕速度和氣體的生成析出，從而縮短了蓄電池的壽命。經(jīng)研究分析，蓄電池使用溫度每升高10℃，在恒定的浮充電壓下，蓄電池壽命會(huì)縮短50﹪。[1]

低溫環(huán)境同樣會(huì)對蓄電池產(chǎn)生有害影響。蓄電池負(fù)極活性物質(zhì)為絨狀鉛粒，充放電過程中，鉛的溶解和結(jié)晶在電板極反應(yīng)過程中占主要地位。具有化學(xué)活性的硫酸鉛是一種直徑為10-5～10-3cm的斜方形晶粒，如在低溫狀態(tài)下放電，極易產(chǎn)生細(xì)微的晶粒，這種粒子排列過于緊密，孔隙少，構(gòu)成細(xì)微致密的硫酸鉛層，減小了充電過程電極反應(yīng)面積，因此，在停電較為頻繁的地區(qū)，蓄電池會(huì)產(chǎn)生充電不足現(xiàn)象，長期累積就可能導(dǎo)致負(fù)極板產(chǎn)生不可逆硫酸鹽化。

為將溫度對蓄電池壽命的影響減小到最低限度，一方面要求用戶安裝空調(diào)來改善蓄電池使用環(huán)境；另一方面建議選用溫度適應(yīng)性較廣的蓄電池。

四、放電深度對蓄電池使用壽命的影響

放電深度是按實(shí)際放電容量與相同放電倍率情況下的額定放電量的比率來衡量的。放電深度越大，蓄電池壽命越短。過度放電對蓄電池的危害主要表現(xiàn)為：正極板活性物質(zhì)軟化松動(dòng)，利用率下降；放電生成的硫酸鉛在充電式不能復(fù)原，導(dǎo)致蓄電池容量下降。實(shí)際使用過程中，由于蓄電池提供負(fù)載的放電電流本來就小，反應(yīng)生成物晶核生長速度慢、數(shù)量少，放電時(shí)生成粗大硫酸鉛晶粒，充電式很難再硫酸溶液中溶解。

蓄電池的過放電會(huì)對蓄電池的使用壽命造成很大的影響，所以UPS系統(tǒng)的過放電保護(hù)功能也是其一項(xiàng)重要的指標(biāo)，過放電控制功能可以對蓄電池進(jìn)行過放電保護(hù)。即當(dāng)UPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)為蓄電池放電供電時(shí)，在蓄電池電壓低于設(shè)定的某一電壓值后，切斷耗電量較大的次要負(fù)載，以維持重要負(fù)載較長的工作時(shí)間；在低于過放電控制電壓值后切斷所以負(fù)載，保護(hù)蓄電池防止過放電。為了提高系統(tǒng)的可靠性，一般要求過放電控制電路具備軟硬件雙重保護(hù)。

五、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(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，影響蓄電池容量。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。

為了延長蓄電池的使用壽命，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。為了延長蓄電池的使用壽命，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，蓄電池經(jīng)過長期的自放電，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，如果蓄電池長期不投入使用，閑置時(shí)間超過3個(gè)月后，應(yīng)該對蓄電池進(jìn)行一次補(bǔ)充電。

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：

⑴2只以上單體蓄電池的浮充電壓低于2.18V。

⑵放電深度超過20﹪。

⑶閑置不用的時(shí)間超過3個(gè)月。

⑷全浮充時(shí)間不超過3個(gè)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(jù)放電時(shí)間和放電電流積分計(jì)算放電容量，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。

六、充放電過程個(gè)別蓄電池端電壓不一致

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）”。目前國內(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。[2]

蓄電池組每只蓄電池端電壓的一致性對整組蓄電池的性能有著直接的影響，由12V蓄電池組成的蓄電池組，各個(gè)蓄電池的開路電壓最高值與最低值之差為≤60mV，浮充電壓最高值與最低值之差為≤300mV。當(dāng)蓄電池處于浮充狀態(tài)下時(shí)，若個(gè)別蓄電池電壓<12.6V，則蓄電池內(nèi)部存在短路的可能；若個(gè)別蓄電池電壓>15.0V，蓄電池內(nèi)部則存在開路的可能。因此，應(yīng)加強(qiáng)對蓄電池的日常維護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)蓄電池電壓異常，應(yīng)及時(shí)財(cái)采取措施處理，如均衡充電或更換蓄電池。

七、結(jié)束語

廣播發(fā)射臺站使用了大量了蓄電池，由于蓄電池屬于免維護(hù)設(shè)備，實(shí)際工作中，廣大技術(shù)維護(hù)人員往往忽略了蓄電池的檢查維護(hù)，更是很少關(guān)注如何提高蓄電池使用壽命，希望本文能對同行們有所借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華. UPS應(yīng)用與故障診斷.北京：中國電力出版社

[2] 王其英，劉秀榮.新型不停電電源的管理使用與維護(hù). 北京：人民郵電出版社