UPS蓄电池的测试、使用和维护

2011-05-31 22:06:36来源: 互联网
UPS蓄电池在UPS电源设备中占有十分重要的地位.目前,中小型UPS电源中广泛使用的免维护密封式铅酸蓄电池,占据UPS电源总成本的1/4~1/2之多。不仅如此,实际维修也表明,约有50%以上的UPS电源故障与UPS蓄电池有关。无论作为UPS故障的起因还是结果,UPS蓄电池的失效都会直接表现为内阻增大、端电压不够、容量不足或瞬间放电电流不满足带载启动要求等。因此,在使用和维修UPS电源时,正确认识UPS蓄电池、科学使用UPS蓄电池、掌握测试和挑选UPS蓄电池的方法就显得尤其重要(为说明问题方便,UPS蓄电池简称为电池。)   
   一、UPS蓄电池的主要技术指标   
   在衡量UPS电池的指标中,电池的额定电压和额定容量是两个最常用的技术指标。例如,日本汤浅NP6—12型蓄电池的额定电压为12V,额定容量是6Ah/20h;德国阳光A406/165型蓄电池的额定电压为6V,额定容量是165Ah/20h。
   电池的容量是指充足电的电池放电到终止电压时输出的电量。在恒流放电的情况下,容量 Q=It? 式中 Q——电池放出的电量,Ah; ?
   I——放电电流,A; ?
   t——放电时间,h。   
   所谓终止电压指电池低于这一规定的电压时,电池就无法正常工作的电压。换言之,电池在低于终止电压的情况下继续放电使用,可能会造成电池永久性损坏。电池的额定容量或标称容量用字母C表示。例如,额定容量为6Ah的电池,C=6Ah;额定容量为24Ah的电池,C=24Ah。   
   容量的概念实质是电池能量转化的表示方式。例如,考虑到电池的端电压E=12V在实际使用时保持近乎不变的事实及输出能量表达式W(t)=IVt=IEt,因此,6Ah从能量效果的角度,可理解为NP6—12型蓄电池在保持端电压不变的情况下释放能量,若以6A电流放电可释放1h或以1A的电流放电6h。
   二、放电制与放电速率   
   在研究电池时,常常规定统一的放电时间,称为放电制。利用给出的放电制就能通过额定的容量求出放电电流。放电电流(A)=电池的额定容量(Ah)/放电制时间(h) ,为了对容量不同的电池进行比较,放电电流不用绝对值(安培)表示,而用额定容量C与放电制时间的比来表示,称作放电速率或放电倍率。20h制的放电速率就是C/20=0.05C,单位为A。
  因此,上述NP6—12型电池的容量指标6Ah是在20h制的放电速率,即0.05C放电速率下测定的。对于NP6—12型电池,0.05C等于0.3A的电流。   
   三、测试UPS蓄电池   
   测试UPS电池的目的是确定该电池是否满足UPS电源的使用要求。这在更换UPS电池和判定原有UPS电池是否失效时是必须的。   
   在实际维修UPS时,一般的UPS电源对电池的要求:满足原来使用电池的端电压;电池应具有在启动放电瞬间就能输出大电流的特性;满足一定容量和内阻,以保证逆变供电的时间。   
   从以上UPS电源对电池的要求可见,单凭测量UPS电池的端电压是不能确定电池好坏的。   
   1.测量UPS电池的端电压   
   (1)离线测量电池的端电压   
   离线测量电池的端电压是指电池在脱离原连接线路的情况下,使用万用表的DC电压档或电压表直接测量电池两端的电压。被测电池端电压为12V左右,最低不能低于10.5V。不足10.5V的电池即为欠压或可能已失效的电池。若这种电池在经过充电或激活充电后端电压仍达不到12V,即为失效电池。   
   (2)在线测量电池的端电压   
   在线测量电池的端电压是指在UPS电源工作的情况下,使用万用表的DC电压档或电压表测量电池两端的电压。市电供电状态的UPS,由于电池处于充电状态,端电压大于12V。当电池的端电压下降到10.5V时,正常的UPS电源会启动机内的电池欠压自动保护电路,使UPS进入既无市电供电又无逆变供电的保护状态。   
   2.测试UPS电池是否具有启动瞬间输出大电流的特性   
   后备式UPS电源由市电供电向逆变供电的切换时间要求小于7ms,一般设计为4~5ms左右。这就是说,一旦市电供电中断,UPS电池必须在小于4~5ms时间内输出负载所需的电流。有些失效的电池能够满足端电压和容量的要求,但不能在少于4~5ms内放电电流达到大电流的要求。由这种电池造成的UPS故障表现为:UPS在空载或轻载时能逆变切换成功,增大到正常负载时逆变失败。   
   3.判别UPS电池的内阻和容量   
   质量良好的UPS电池内阻在20~30mΩ左右,当内阻超过80mΩ时,需要对电池做均衡充电处理或活化处理。电池内阻的增大,必然伴随实际输出能量的降低,从而表现为电池的容量减小。此外,还有造成电池的容量减小其他因素,如电解液损失等。   
   测试电池内阻是否增大,决不可用万用表的电阻档直接测量,应采用间接测量计算的方法,实际维修时可用如下简单方法判别电池的内阻是否增大:   
   用一节好的电池和一节怀疑内阻增大的电池做串联充电实验(如在500VA的UPS中两节12V电池串联使用)。在充电过程中同时测量对比两节电池的端电压,内阻增大的电池获得的充电电压比好电池高,充电电压差别大小反映出内阻差别的程度。   
   若电池仅仅是容量不足,则主要表现为UPS可逆变供电的时间缩短,而UPS的带载能力、市电供电与逆变供电之间的切换等都不受影响。   
   四、科学使用UPS蓄电池   
   科学使用UPS电池就是要明确电池的正确使用方法,延长电池的寿命,使之发挥最大的作用。   
   1.控制好充电电压,防止过压充电   
   对于端电压为12V的电池,正常的浮充电压在13.5~13.8V之间。浮充电压过低,电池充不满,浮充电压过高,会造成过压充电。当浮充电压超过14V时,即认为是过压充电。过压充电会导致电解液中的水被分离成氢和氧气而溢出,使电池的寿命缩短。   
   2.控制好充电电流,防止过流充电
  理想的充电电流应采用分阶段定流充电的方式,即在充电初期采用较大的电流,充电一定时间后,改为较小的电流,至充电末期改用更小的电流。充电电流的设计一般为0.1C,当充电电流超过0.3C时可认为是过流充电。过流充电会导致电池极板弯曲,活性物质脱落,使电池损坏。?   
   3.防止UPS电池过流放电   
   电池实际放出的容量与放电电流有关。放电电流越大,电池的效率越低。例如,12V/24Ah的电池当放电电流为0.4C时,放电至终止电压的时间是1小时50分,实际输出容量17.6Ah,效率为73.3%。当放电电流为7C时,放电至终止电压的时间仅为20s,实际输出容量0.93Ah,效率为3.9%。所以应避免大电流放电,提高电池的效率。一般电路设计和用户选择负载,都要保护UPS电池逆变放电电流不超过2C。   
   4.防止UPS电池深度放电   尽管小电流放电,能提高电池的效率,但是当用极小电流(小于0.05C)长时间放电时,将导致电池实际放出容量超过其额定容量,从而造成电池严重的深度放电。按厂家的数据,当电池放电深度为100%时,电池实际使用寿命约为200~250次充放电循环;放电深度为50%时,约为500~600次充放电循环。因此,在使用UPS时,既要避免重载过流放电,又要避免长时间轻载逆变造成电池深度放电。   
   5.定期操作UPS   
   市电长期不停的地区,用户要每隔一定时间,例如3个月,人为关断UPS交流输入,使用UPS电池逆变供电。这种定期的实验操作,有助于延长电池寿命。一般正常使用的UPS,其电池寿命不超过5年。   
   五、维护UPS电池的技巧与方法   
   UPS电池一般为免维护蓄电池,但在有些情况下维护UPS电池是十分必要的,且有实际意义。   
   1.欠压电池的充电技巧   
   有些UPS电池欠压是由于UPS逆变器末级驱动电路损坏,造成电池放电所致。若在修好电路故障后,及时将电池接入原电路充电,仍然会使电池复好如初。问题在于,欠压的电池无法使UPS启动成功,即切换到市电(充电)状态。此时,可用如下办法解决:   
   (1)先用好的电池将UPS启动到市电状态后,再撤掉好电池换上待充电的欠压电池。注意:调换电池时,要求UPS空载运行。一般UPS进入市电状态后,只要保持输入市电正常,撤掉电池不会影响市电供电状态。   
   (2)将欠压的电池先充电到10.5V以上,再接入原UPS电路,便可使UPS成功启动。给欠压的电池充电,可利用微机电源中的+12V电源给电池直接充电。充电中注意观察充电电流,根据测出的实际充电电流,以确定是否加限流电阻。   
   2.电池的活化处理   
   活化处理是指对电池的均衡充电。下列几种情况都会导致电池的内阻增大、端电压太低或容量减小,这些电池需要通过均衡充电来恢复其原有的性能指标。   
   (1)长时间放置不用,超过静态存储时间的电池。常温环境,一般UPS电池的静态存储时间为9个月。当温度为31~40℃时,静态存储时间为5个月。   
   (2)放电后未能及时充电的电池。   
   (3)长期工作于浮充状态(即UPS长期工作于市电状态)并超过静态存储时间。   
   (4)不慎放电,将电池端电压放至低于终止电压。均衡充电电流一般选0.3C或略小于0.3C。额定电压为12V的电池,均衡充电电压一般选14.5V。没有专用充电器的用户,可参考上述数据搭接出复活旧电池所需的电路。

关键字:测试  使用

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0531/article_9500.html
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