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一样,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,如果给出的是 “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。

        当然这只是对于正规的厂家和正规的产品而言,对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,往往需要计算与查表相结合。但在很多时候人们的手中缺少电 池厂家提供的放电曲线或放电表以及其他相关的资料。为此在这里对于 UPS中常用几种电池 规格的各种参数以表格的形式提供给读者,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,对于其他品牌也适用 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。

       (1)24Ah阀控式铅酸蓄电池的特性 (见图5-10)。

 

       2 .铅酸电池的几个特征 

       (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6mΩ左右而200Ah/12V的新电池内阻为0 .6~ 0 .7mΩ,3000Ah/2V的新电池50~70μΩ。 

       (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)对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;如果充电电流过大,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。对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,如 果仍和大电流放电时端电压一样时停止放电,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)如果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。IEEES t d1188—1996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。