详解常用铅酸电池的性能与基本参数

1.UPS中常用几种容量的铅酸电池简介

在UPS中必须使用了蓄电池才成为不间断电源。其基本形状如图5-8所示。尤其是大容量UPS使用的电池数量很多。一个没有电池的电源设备就不能算UPS,因为有了电池才可使电源的输出不间断,否则只能算是稳压稳频源(CVCF:ConstantVoltageConstantFrequency)。

因此电池在UPS中的重要性就可想而知了。铅酸电池的容量越大,体积和质量也就越大。俗称密封电池的叫法不规范,这一类是一种阀控电池,就好像高压锅上的保险阀相同,在电池充电和放电时,由于内部的化学反应而析出气体,同时内部发热和气压增大,这时保险阀若不及时打开,就会使电池外壳鼓肚子,严重时会破裂,所以这个保险阀很关键。

铅酸电池的基本单元(英文用cel表示)标称电压是2V,普通用的12V电池是由6个基本单元串联构成的。也有6V和4V的电池,200Ah以上一般就直接用2V单元了,容量可做到3000Ah以上。

电池的容量称为安时(安培小时的意思),一般用字母Ah(AmpereHour)表示。比如用10安培的恒定电流放10h,就说该电池放出了100Ah的容量。这里面有一个术语叫放电率,就是放电速率的意思,比如标称容量为100Ah的电池,假如给出的是20h放电率就是100Ah/20H=5A,用5A的恒定电流放电20h,此时的电池电压正好是10.5V,即1.75V×6,大部分电池都是以这个值为标准。当然还是以当时厂家所给的数据为准。一般放电率采用的符号是C20、C10等,其中C表示的是电池的容量,右下角的数字就是放电率,20就是20h放电率,10就是10h放电率,以此类推。

电池内的电荷放过后,容量就减小了,必须及时补上去,最好4h之内要补充,这叫做充电。充电到什么时候算合适,各厂家都会给出具体的数据。但实际的情况是用户往往都没有电池的具体资料,在选择和计算电池容量时无从下手。下面就以应用较普遍的某厂家电池为例,给出几种常用容量电池的数据和曲线以供参考。这样的曲线和数据例子很有参考价值,其原因是各电池厂家的技术和使用原材料大都相同,其等级的产品上也都相差无几,电池的初期放电规律也都非常相近。比如在计算UPS后备电池容量时,用该例子给的曲线得出的电池容量是多少,基本上各供应商也应给出这么大的容量,不会有多大差别的。

当然这只是关于正规的厂家和正规的产品而言,关于非正规的产品而言不在此范畴。比如决定电池容量的因素是单元铅板的并联数,一般正规产品单元铅板的并联数合适,质量也就够了,寿命也满足要求了。若单元铅板的并联数足够,就说明容量满足,可就是铅板的厚薄没按规定标准制作,比原来变薄了,虽然容量满足但质量不够了,为了补偿这个情况就用碎玻璃、地板砖和水泥块等拿来充数,这样一来容量满足,质量也满足对应该容量的情况。其优点是降低了价格,提高了市场竞争力。其隐患是电池的服务寿命缩短了,一般在前三个月的几次放电中发现不了,但一般用户都不注意这些。

为了在UPS后备时间的选择中不论是用户还是销售商都应该做出正确的计算。然而在很多时候由于电池放电的非线性,往往要计算与查表相结合。但在很多时候人们的手中缺少电池厂家供应的放电曲线或放电表以及其他相关的资料。为此在这里关于UPS中常用几种电池规格的各种参数以表格的形式供应给读者,虽然这只是某个品牌的资料,但也有普遍的参考价值。图5-10~图5-13给出了这些数据,以备使用时的方便。

人们不禁提出一个这样的问题:这些参数表只是某一个厂家的资料,关于其他品牌也适用吗?编者曾对GNB、FIAMM(意大利非凡)、DRYFIT(德国阳光)、HAGEN(德国哈根)、DYNASTY(美国大力神)、YUASA(日本汤浅)、LEOCH(国产理士)等厂家的5~10年寿命,容量从70~100Ah的12V电池在10h放电率情况下放电曲线做了一个比较,其比较结果如图5-9所示。其放电条件是在20℃温度下放电,当单体(Cel)电压达到1.75V时就是放电

终止值。通过放电曲线的比较可以这样说,在新出厂电池初期放电的情况都差不多,尤其是现在经过了这么多年的发展,同规格不同品牌的电池情况会更接近,所以这组放电参数也很有参考价值。

2.铅酸电池的几个特点

(1)随着电池容量增大,体积和质量也随之加大。了解它的意义在于选择电池容量时要充分了解用户机房允许的面积和承重。

(2)随着电池容量增大,其内阻也随之减小。了解它的意义在于打消一些用户的顾虑:小容量电池与大容量电池并联时是否会把小容量电池冲坏?有关资料介绍,内阻100Ah/12V的电池,一年后浮充状态下测得的内阻差不多6m左右而200Ah/12V的新电池内阻为0.6~0.7m,3000Ah/2V的新电池50~70μ。

(3)同一容量的电池在不同温度下在同一时间内放出的容量也不同,温度越低,放出的容量就越小。了解这一特点的意义在于:要求后备时间特别严格的情况下,为了满足要求,必须掌握当地的工作温度。

(4)关于电池充电电流有一定限制。如充电电流太小会影响电池容量的及时恢复,这对电网状况不好的地方非常重要,在这种情况下的电池寿命衰减很快;假如充电电流过大,则电池内部温升过高,轻者使电池外壳膨胀,重者造成外壳破裂。关于电池充电器的电压也有一定限制,因为充电电压过高会导致电解水的反应加剧,缩短电池寿命;充电电压低了会使电池内的化学反应不充分,也会缩短电池的寿命。

(5)电池的放电电流不同其要求的终止电压也不同。随着放电电流的加大,其终止电压也可适当降低。这是因为大电流放电时由于要求电池的化学反应剧烈进行,使带电离子的移动受阻,由此而导致端电压迅速下降,这是被迫放电停止。此后那些没来得及移动到电极的离子继续反应,使端电压回升;但若是小电流放电,由于带电离子的移动和反应都有充分的时间,假如仍和大电流放电时端电压相同时停止放电,就会使电池受到很大伤害,甚至再也不能恢复容量,使电池的寿命提前终结。所以目前有很多UPS的关机电压都在以放电电流为依据。

(6)假如保持电池的浮充电压不变,那么电池的寿命会随着环境温度升高而降低,因此在很多UPS中都设置了温度补偿充电环节。温度越高,电池的容量损失越快,这是因为随着温度升高电池的漏电流加大。因此,按照要求及时给电池充电是必要的,一般说明书上都有推荐的时间,比如冬天4~6个月充一次电,夏天2~3个月充一次电等。不及时为电池充电,轻者减小了电池的容量,重者使电池的容量再也无法恢复。IEEEStd11881996中推荐:固定备用电池容量降到80%以下时,被视为寿命终止,因为从此开始电池将会加速老化。