谷啟存 李夢(mèng)軒 鄧傳強(qiáng)

摘 要：通信網(wǎng)UPS系統(tǒng)一般采用閥控式密封12V蓄電池組，在實(shí)際使用中存在一些問題，與之相對(duì)比，閥控式密封2V系列鉛酸蓄電池較好的克服了這些缺點(diǎn)。本文論述了其在UPS中應(yīng)用的可行性與優(yōu)勢(shì)，列舉了應(yīng)用實(shí)例，詳述了具體的配置標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用前景等。

關(guān)鍵詞：閥控式密封鉛酸蓄電池;不間斷電源

1、 蓄電池在不間斷智能電源系統(tǒng)中使用的基本情況

不間斷電源系統(tǒng)在各行各業(yè)中應(yīng)用廣泛，在通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用較多，從服務(wù)器到維護(hù)終端，為了保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，防止數(shù)據(jù)丟失，各種容量和制式的不間斷電源系統(tǒng)應(yīng)用在通信機(jī)房。隨著近幾年IDC、ICT設(shè)備和大數(shù)據(jù)機(jī)房的投入使用，不間斷電源呈幾何級(jí)上升，配備的不間斷電源系統(tǒng)容量從幾十千伏安到數(shù)百千伏安。不間斷電源類型也多種多樣，有1+1、2+1、3+1冗余熱備份方式，還有模塊式N+1冗余熱備份運(yùn)行等種類。

為保證不間斷電源的可靠和安全運(yùn)行，不間斷電源必須配備蓄電池組，以確保在不間斷電源輸入交流電中斷時(shí)進(jìn)行有效逆變?yōu)樨?fù)載供電，通信行業(yè)中采用的在線式不間斷電源系統(tǒng)，其蓄電池組一般采用閥控式密封12V鉛酸蓄電池。對(duì)于12V鉛酸蓄電池而言，其電池正負(fù)極板面積大而厚度小，適合大電流、短時(shí)間放電，也比較適合在不間斷電源系統(tǒng)中使用。由于12V系列鉛酸蓄電池極板比較薄，系統(tǒng)設(shè)計(jì)充放電次數(shù)和壽命相對(duì)不足，在市電可靠性高和蓄電池組運(yùn)行環(huán)境較好（25℃環(huán)境下）的情況下，該蓄電池組使用壽命可達(dá)6年。如果蓄電池組的運(yùn)行環(huán)境稍差，尤其在溫度偏高的情況下，沒有環(huán)境溫度保證，或蓄電池的放電電流過大或過小，甚至蓄電池組的維護(hù)不到位，其使用壽命會(huì)大大縮短（試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，以25℃為準(zhǔn)，環(huán)境溫度每升高10℃，蓄電池組使用壽命會(huì)縮短一半）?，F(xiàn)實(shí)使用情況統(tǒng)計(jì)表明，在通信系統(tǒng)中不間斷電源配備蓄電池組的使用期限一般為三到五年。按照通信動(dòng)力設(shè)備維護(hù)規(guī)程規(guī)定，不間斷電源主機(jī)的設(shè)備更新周期為8年，在不間斷電源主機(jī)得到正常維護(hù)下，主機(jī)運(yùn)行時(shí)間一般在10年以上。因此，不間斷電源12V系列蓄電池組在主機(jī)使用周期內(nèi)一般需要更換兩次以上。由于蓄電池組更換需要整組進(jìn)行，也就造成蓄電池組更新成本較高。一套POWER LAND 1+1雙機(jī)熱備80KVA 不間斷電源蓄電池組更換，需更換192節(jié)12V 100AH蓄電池組，其費(fèi)用約20萬元。

因此，在目前不間斷電源系統(tǒng)采用的12V蓄電池組，比較突出的問題就是其使用壽命較短，造成更新成本較高，給不間斷電源的更新和維護(hù)帶來較大的費(fèi)用壓力。且不間斷電源負(fù)載均很重要，更換蓄電池組割接風(fēng)險(xiǎn)和工作量均很大。

2 閥控式密封2V鉛酸蓄電池組在不間斷電源系統(tǒng)中使用的可行性和應(yīng)用實(shí)例

閥控式密封2V鉛酸蓄電池組（以下簡(jiǎn)稱2V電池）與同類型12V電池相比，其單體極板厚度大，按照“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的理論，其主要的區(qū)別是理論上的合理放電電流大小不同，蓄電池組的循環(huán)放電次數(shù)和壽命也不同。實(shí)際使用情況也表明，閥控式密封2V鉛酸蓄電池組的平均使用壽命為10年左右，部分性能優(yōu)異蓄電池壽命可達(dá)15年，而同類型的12V蓄電池平均使用壽命為5年。近年來，隨著相位跟蹤技術(shù)和同步技術(shù)的不斷進(jìn)步，模塊式不間斷電源也應(yīng)運(yùn)而生，使得不間斷電源也可以像開關(guān)電源一樣實(shí)現(xiàn)N+1冗余熱備份運(yùn)行方式，在此類不間斷電源中，其蓄電池組直流電壓等級(jí)有48、240、360、480V等。對(duì)于48V等直流電壓不高的系統(tǒng)而言，就可以采用通信系統(tǒng)普遍采用的閥控式密封2V系列蓄電池組。只要科學(xué)計(jì)算蓄電池組的放電電流，使蓄電池組的容量配備合理，避免蓄電池組超大電流放電和過放電情況的發(fā)生， 2V電池完全可以在不間斷電源系統(tǒng)中使用。

近年來，我公司安裝使用了多套模塊式不間斷電源，配備的蓄電池組多為2V電池組，蓄電池組容量從500AH至2000AH不等，不間斷電源系統(tǒng)容量從24KVA至100KVA。與12V系列電池使用對(duì)比表明，2V系列蓄電池組在不間斷電源系統(tǒng)中使用正常，運(yùn)行可靠，壽命為12V電池的兩倍以上，完全勝任在不間斷電源中的使用。

3 閥控式密封2V鉛酸蓄電池組在不間斷電源系統(tǒng)中的配置標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)2V系列蓄電池組，其額定容量是指在25℃時(shí)，以10小時(shí)放電率放電電流放出的實(shí)際電量值，一般用C10來表示額定容量，10小時(shí)率放電電流值用0.1C10來表示。閥控式密封2V系列鉛酸蓄電池組的不同倍率放電曲線如圖1所示：

通過圖1可以看出， 2V系列蓄電池組，其放電電流越大，達(dá)到相同終止電壓的時(shí)間越短，突出的特點(diǎn)是他們并非線性關(guān)系，例如在0.1C10即10小時(shí)放電率下，放電10小時(shí)后，蓄電池單體電壓還在1.9V以上，而以1.0C10倍率電流放電時(shí)，經(jīng)過0.1小時(shí)（即6分鐘），蓄電池單體電壓即到1.9V左右，雖然它們的放電電流是10倍關(guān)系，而達(dá)到相同放電終止電壓的放電持續(xù)時(shí)間卻相差100倍。

使用2V系列蓄電池組的模塊式不間斷電源，其蓄電池組低門限電壓值為45V，故2V電池單體放電終止電壓為45/24=1.875V。若不間斷電源系統(tǒng)的蓄電池后備放電時(shí)間按0.5小時(shí)計(jì)算，對(duì)照?qǐng)D1可知，放電時(shí)間0.5小時(shí)，而單體電壓在1.875V左右所對(duì)應(yīng)的放電特性曲線是0.7C10，故采用48V閥控式密封2V系列鉛酸蓄電池組的不間斷電源，當(dāng)蓄電池組后備時(shí)間30分鐘時(shí)，蓄電池放電倍率最大應(yīng)為0.7C10（放電終止電壓約為1.88V）。

因此，對(duì)于模塊式不間斷電源，如采用配備兩組48V閥控式密封鉛酸蓄電池，其配備蓄電池組容量簡(jiǎn)化計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：C10（AH）=P/（48*2*0.7*0.9）

其中P為不間斷電源系統(tǒng)的容量，單位為VA;蓄電池組放電按照恒電流放電考慮，不間斷電源功率因數(shù)暫不考慮（按功率因數(shù)為1計(jì)算）;蓄電池組逆變效率η取0.9;0.7為蓄電池組放電倍率參數(shù)（該參數(shù)與GFM型48V蓄電池0.5小時(shí)放電時(shí)長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)）。

例如：若不間斷電源的容量為120KVA，則配備兩組48V蓄電池的最低容量應(yīng)為C10=120*1000/（48*2*0.7*0.9）=1984AH，實(shí)際配置選臨近容量2000AH兩組進(jìn)行配備。如要求蓄電池后備放電時(shí)間大于0.5小時(shí)，則需配備更大容量蓄電池組。

4 閥控式密封2V鉛酸蓄電池組在不間斷電源系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

2V系列電池組，相對(duì)于12V蓄電池組具有一定的比較優(yōu)勢(shì)：使用壽命長(zhǎng)，造價(jià)低，且2V系列蓄電池組在通信系統(tǒng)中使用廣泛，技術(shù)人員在長(zhǎng)期維護(hù)中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此維護(hù)比較方便、到位。

但對(duì)于容量較大的不間斷電源，如容量超過180KVA，所需48V閥控式密封2V鉛酸蓄電池組的容量將超過3000AH，其所占用機(jī)房面積也較大，則不再適合采用2V系列鉛酸蓄電池。

綜上所述， 2V系列鉛酸蓄電池可以改變頻繁更換不間斷電源系統(tǒng)12V系列蓄電池造成的維護(hù)量大、總體費(fèi)用高的不利局面，在中、小容量不間斷電源系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

作者簡(jiǎn)介：

谷啟存（1973—2），男，山東成武人，本科，工程師，研究方向：通信電源、空調(diào)及其監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理，動(dòng)力設(shè)備節(jié)能降耗.

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