UPS電池容量與放電率影響分析
2017-11-18 12:10:54 點(diǎn)擊：
廠商在配置蓄電池時(shí)，所選用的設(shè)計(jì)容量是完全滿足甚至超過(guò)負(fù)載不停電供電的功率容量和供電時(shí)間要求的，但是在UPS投入運(yùn)行后，用戶常常發(fā)現(xiàn)在市電停電后UPS不停電供電的實(shí)際時(shí)間遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，造成這種現(xiàn)象的原因，大多數(shù)情況下并不是最初配置時(shí)蓄電池的備用容量不夠，而是蓄電池的容量沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。造成蓄電池實(shí)際容量降低的原因很多，有電池質(zhì)量問(wèn)題，但更多的是使用和維護(hù)問(wèn)題
(1)電池容量
鉛酸蓄電池的極板在制造過(guò)程中，對(duì)生極板進(jìn)行充電化成，便正極板上的鉛變成二氧化鉛，負(fù)極板上的鉛變?yōu)楹＞d狀鉛，但是制造廠商對(duì)極板進(jìn)行化成的時(shí)間有限，不可能將所有的物質(zhì)均轉(zhuǎn)化成活性物質(zhì)，為此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定新電池達(dá)到90%容量為合格，只有在隨后的日常使用中，容量逐漸達(dá)到正常值，安裝兩年后要求達(dá)到100%。
電池組的額定容量是在規(guī)定的放電率下得出的，例如，UPS電源中所用的小型蓄電池的典型規(guī)格之一是l2V、6Ah/2Ohv，此規(guī)格定義為輸出直流電壓l2V，標(biāo)稱容量為6Ah，放電率條件為20hr。具體含意是:把輸出直流電壓l2V的電池組置于以20H恒放電率條件下進(jìn)行放電，一直放到其輸出電壓由l2V降到l0.5V時(shí)，所測(cè)到的總安時(shí)數(shù)應(yīng)為6Ah。
我國(guó)、日本、德國(guó)工業(yè)用電池采用10小時(shí)率(表示為C10)，美國(guó)工業(yè)用電池標(biāo)準(zhǔn)為8小時(shí)率(表示為C8，)。在實(shí)際使用時(shí)，其放電率并不等于標(biāo)準(zhǔn)容量規(guī)定的放電率，當(dāng)實(shí)際放電率大于標(biāo)稱容量規(guī)定的放電率時(shí)，其實(shí)際輸出的容量要小于標(biāo)稱容量。
我國(guó)電力、郵電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，10小時(shí)率電池，當(dāng)采用1小時(shí)率放電時(shí)，其容量為標(biāo)稱容量的55%，即0.55C10。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定2V/10小時(shí)率電池，1小時(shí)率時(shí)容量為0.65C10，6V、12V，10小時(shí)率電池，1小時(shí)率容量為0.6C10。20小時(shí)率電池，10小時(shí)率容量為0.93C20，1小時(shí)率容量為0.56C20。
蓄電池的壽命有兩種表達(dá)方法:一種為深循環(huán)使用的電池，另一種為浮充使用的"備用電源"電池。深循環(huán)使用的電池以深循環(huán)次數(shù)來(lái)表示其使用壽命，以0.8C10深度充放電循環(huán)使用的電池，其壽命達(dá)到1200次以上，而浮充使用的電池，年限可達(dá)到10~20年。蓄電池只有80%容量時(shí)認(rèn)為壽命終止。
實(shí)際使用壽命與設(shè)計(jì)使用壽命有很大差別，這主要取決于電池中水的損失情況。在設(shè)計(jì)條件下使用可達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，而當(dāng)外部條件如溫度、充電電壓、放電深度等變化超出設(shè)計(jì)要求時(shí)，實(shí)際使用壽命會(huì)大大低于設(shè)計(jì)壽命，實(shí)際使用容量也會(huì)低于設(shè)計(jì)容量。
(2)放電率對(duì)電池實(shí)際可輸出容量的影響
電池容量C(Ah)等于放電電流(A)與電池電壓達(dá)到下限值的放電時(shí)間(h)的乘積，而放電率(1/h)是實(shí)際放電電流(A)與電池標(biāo)稱容量(Ah)的比值。
在UPS的實(shí)際運(yùn)行中，市電掉電后，要求電池逆變承擔(dān)全部的負(fù)載功率，放電率視后備時(shí)間的不同而有很大差別，例如標(biāo)機(jī)在1Omin左右，維持時(shí)間很短，放電率很大，長(zhǎng)延時(shí)機(jī)可達(dá)4h或8h，放電率很小。所以蓄電池的實(shí)際放電率并非蓄電池規(guī)格定義中的放電率，圖5-1所示的放電曲線反映了不同的放電率對(duì)電池容量的影響。
由圖5-1中曲線可知，屯池的實(shí)際放電電流越小，電池的電壓能維持的穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng)，反之亦然。例如，對(duì)1OOHR電池組而言，當(dāng)放電電流為5A時(shí)，放電率為0.O5C，其輸出電壓維持在12V以上的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10h以上，當(dāng)電池電壓下降到臨界電壓10.5V時(shí)，放電時(shí)間可達(dá)2Oh，電池釋放的容量基本上是它的標(biāo)稱容量。若將放電電流增大至1OOA，放電率為1C，則輸出電壓維持在l2V以上的時(shí)間不到1Omin。當(dāng)電池電壓下降到臨界電壓時(shí)，可維持放電時(shí)間超過(guò)3Omin，實(shí)際放出的容量為58.3.M左右，遠(yuǎn)低于標(biāo)稱容量1OOAh。
電池組允許的放電臨界電壓值和實(shí)際可供利用的容量(AM都弓電池的放電電流大小有密切的關(guān)系。
蓄電池所允許放電時(shí)間為電池在實(shí)際放電電流下進(jìn)行放電時(shí)，電池電壓從額定值下降到它所允許的臨界電壓時(shí)所用的時(shí)間。
蓄電池可供使用的效率為它在實(shí)際放電電流下所能釋放出的實(shí)際最大容量與它的額定容量的比值。
要注意在不同的放電率情況下，電池端電壓下降的臨界值也在變化，放電率低時(shí)，例如0.01C時(shí)，實(shí)際釋放的容量接近標(biāo)稱容量，所允許的電池端電壓下降也高(10.5V)，放電率大時(shí)例如1C，實(shí)際釋放的容量小，但允許的電池端電壓也可以低些(8V)。
過(guò)度的大電流放電工作方式是不利的。在為UPS配置電池時(shí)，單憑UPS在電池逆變期間所需要的輸出電流和電池供電時(shí)間來(lái)配置所用電池的標(biāo)稱容量是不夠的，還必須根據(jù)電池逆變時(shí)的放電率和所選電池規(guī)格的輸出特性，適當(dāng)增大所配電池容量。
(1)電池容量
鉛酸蓄電池的極板在制造過(guò)程中，對(duì)生極板進(jìn)行充電化成，便正極板上的鉛變成二氧化鉛，負(fù)極板上的鉛變?yōu)楹＞d狀鉛，但是制造廠商對(duì)極板進(jìn)行化成的時(shí)間有限，不可能將所有的物質(zhì)均轉(zhuǎn)化成活性物質(zhì)，為此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定新電池達(dá)到90%容量為合格，只有在隨后的日常使用中，容量逐漸達(dá)到正常值，安裝兩年后要求達(dá)到100%。
電池組的額定容量是在規(guī)定的放電率下得出的，例如，UPS電源中所用的小型蓄電池的典型規(guī)格之一是l2V、6Ah/2Ohv，此規(guī)格定義為輸出直流電壓l2V，標(biāo)稱容量為6Ah，放電率條件為20hr。具體含意是:把輸出直流電壓l2V的電池組置于以20H恒放電率條件下進(jìn)行放電，一直放到其輸出電壓由l2V降到l0.5V時(shí)，所測(cè)到的總安時(shí)數(shù)應(yīng)為6Ah。
我國(guó)、日本、德國(guó)工業(yè)用電池采用10小時(shí)率(表示為C10)，美國(guó)工業(yè)用電池標(biāo)準(zhǔn)為8小時(shí)率(表示為C8，)。在實(shí)際使用時(shí)，其放電率并不等于標(biāo)準(zhǔn)容量規(guī)定的放電率，當(dāng)實(shí)際放電率大于標(biāo)稱容量規(guī)定的放電率時(shí)，其實(shí)際輸出的容量要小于標(biāo)稱容量。
我國(guó)電力、郵電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，10小時(shí)率電池，當(dāng)采用1小時(shí)率放電時(shí)，其容量為標(biāo)稱容量的55%，即0.55C10。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定2V/10小時(shí)率電池，1小時(shí)率時(shí)容量為0.65C10，6V、12V，10小時(shí)率電池，1小時(shí)率容量為0.6C10。20小時(shí)率電池，10小時(shí)率容量為0.93C20，1小時(shí)率容量為0.56C20。
蓄電池的壽命有兩種表達(dá)方法:一種為深循環(huán)使用的電池，另一種為浮充使用的"備用電源"電池。深循環(huán)使用的電池以深循環(huán)次數(shù)來(lái)表示其使用壽命，以0.8C10深度充放電循環(huán)使用的電池，其壽命達(dá)到1200次以上，而浮充使用的電池，年限可達(dá)到10~20年。蓄電池只有80%容量時(shí)認(rèn)為壽命終止。
實(shí)際使用壽命與設(shè)計(jì)使用壽命有很大差別，這主要取決于電池中水的損失情況。在設(shè)計(jì)條件下使用可達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，而當(dāng)外部條件如溫度、充電電壓、放電深度等變化超出設(shè)計(jì)要求時(shí)，實(shí)際使用壽命會(huì)大大低于設(shè)計(jì)壽命，實(shí)際使用容量也會(huì)低于設(shè)計(jì)容量。
(2)放電率對(duì)電池實(shí)際可輸出容量的影響
電池容量C(Ah)等于放電電流(A)與電池電壓達(dá)到下限值的放電時(shí)間(h)的乘積，而放電率(1/h)是實(shí)際放電電流(A)與電池標(biāo)稱容量(Ah)的比值。
在UPS的實(shí)際運(yùn)行中，市電掉電后，要求電池逆變承擔(dān)全部的負(fù)載功率，放電率視后備時(shí)間的不同而有很大差別，例如標(biāo)機(jī)在1Omin左右，維持時(shí)間很短，放電率很大，長(zhǎng)延時(shí)機(jī)可達(dá)4h或8h，放電率很小。所以蓄電池的實(shí)際放電率并非蓄電池規(guī)格定義中的放電率，圖5-1所示的放電曲線反映了不同的放電率對(duì)電池容量的影響。
由圖5-1中曲線可知，屯池的實(shí)際放電電流越小，電池的電壓能維持的穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng)，反之亦然。例如，對(duì)1OOHR電池組而言，當(dāng)放電電流為5A時(shí)，放電率為0.O5C，其輸出電壓維持在12V以上的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10h以上，當(dāng)電池電壓下降到臨界電壓10.5V時(shí)，放電時(shí)間可達(dá)2Oh，電池釋放的容量基本上是它的標(biāo)稱容量。若將放電電流增大至1OOA，放電率為1C，則輸出電壓維持在l2V以上的時(shí)間不到1Omin。當(dāng)電池電壓下降到臨界電壓時(shí)，可維持放電時(shí)間超過(guò)3Omin，實(shí)際放出的容量為58.3.M左右，遠(yuǎn)低于標(biāo)稱容量1OOAh。
電池組允許的放電臨界電壓值和實(shí)際可供利用的容量(AM都弓電池的放電電流大小有密切的關(guān)系。
蓄電池所允許放電時(shí)間為電池在實(shí)際放電電流下進(jìn)行放電時(shí)，電池電壓從額定值下降到它所允許的臨界電壓時(shí)所用的時(shí)間。
蓄電池可供使用的效率為它在實(shí)際放電電流下所能釋放出的實(shí)際最大容量與它的額定容量的比值。
要注意在不同的放電率情況下，電池端電壓下降的臨界值也在變化，放電率低時(shí)，例如0.01C時(shí)，實(shí)際釋放的容量接近標(biāo)稱容量，所允許的電池端電壓下降也高(10.5V)，放電率大時(shí)例如1C，實(shí)際釋放的容量小，但允許的電池端電壓也可以低些(8V)。
過(guò)度的大電流放電工作方式是不利的。在為UPS配置電池時(shí)，單憑UPS在電池逆變期間所需要的輸出電流和電池供電時(shí)間來(lái)配置所用電池的標(biāo)稱容量是不夠的，還必須根據(jù)電池逆變時(shí)的放電率和所選電池規(guī)格的輸出特性，適當(dāng)增大所配電池容量。
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