延长UPS蓄电池使用寿命的探析

【摘 要】蓄电池是UPS系统中的一个重要组成部分，其质量优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度。本文重点分析影响UPS蓄电池使用寿命的几方面原因，对于蓄电池的正确使用和维护提供了科学依据。

【关键词】UPS蓄电池 放电深度 充放电

【中图分类号】 TM912【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0007-01

一、引言

目前在UPS不间断电源中，广泛使用密封式免维护蓄电池作为储存电能的装置。当市电中断时，UPS电源将靠储存在蓄电池中的能量维持其逆变器的正常工作。此时，蓄电池通过放电将化学能转化为电能提供给UPS电源使用。市场上被广泛使用的是密封免维护铅酸蓄电池，其价格比较昂贵，对于长延时UPS电源而言，蓄电池的成本比较可观。由此可见，正确地使用和维护好蓄电池组，尽可能地延长蓄电池的使用寿命非常重要，不可掉以轻心。如果维护使用正确的话，普及型蓄电池的寿命一般可达到3～5年，有些进口蓄电池的寿命可达到10年左右。

二、蓄电池设计使用寿命

蓄电池的设计使用寿命指的是一种特定条件下的理论值（比如要求环境温度为20～25℃，每个月的总放电量不超过额定的容量），而蓄电池实际寿命是与使用条件密切相关的，环境温度、放电深度和断电频度等因素都对蓄电池实际使用寿命有着不同程度甚至很严重的影响。

目前蓄电池使用较多的是2V系列和12V系列。这两种蓄电池的寿命差别较大，一般2V系列的寿命是8～15年，12V系列的设计寿命是3～6年。由于12V系列的蓄电池价格较便宜，目前在UPS系统中使用12V系列的蓄电池比例较高。

三、环境温度对蓄电池使用寿命的影响

假如，在25℃时蓄电池的容量为100﹪；在25℃以下时，每下降10℃蓄电池的容量会减少一半；在25℃以下时，温度与蓄电池容量的关系见表1所示。

从表1可以看出，蓄电池的容量是随着温度的变化而变化的，维护人员必须认真做到根据实际温度的变化合理地调整蓄电池的放电电流，同时要控制好蓄电池的温度使用其保持在22～25℃范围内。

高温使用环境是蓄电池的实际寿命不能达到设计寿命的最主要原因。蓄电池温度每升高10℃，恒定电压下的充电电流的接受量将增加一倍，蓄电池寿命就会受过度充电总累积电量增加的影响而缩短。高温时，浮充电流的增加加快了过充电量的积累，同时也加快了板栅腐蚀速度和气体的生成析出，从而缩短了蓄电池的寿命。经研究分析，蓄电池使用温度每升高10℃，在恒定的浮充电压下，蓄电池寿命会缩短50﹪。[1]

低温环境同样会对蓄电池产生有害影响。蓄电池负极活性物质为绒状铅粒，充放电过程中，铅的溶解和结晶在电板极反应过程中占主要地位。具有化学活性的硫酸铅是一种直径为10-5～10-3cm的斜方形晶粒，如在低温状态下放电，极易产生细微的晶粒，这种粒子排列过于紧密，孔隙少，构成细微致密的硫酸铅层，减小了充电过程电极反应面积，因此，在停电较为频繁的地区，蓄电池会产生充电不足现象，长期累积就可能导致负极板产生不可逆硫酸盐化。

为将温度对蓄电池寿命的影响减小到最低限度，一方面要求用户安装空调来改善蓄电池使用环境；另一方面建议选用温度适应性较广的蓄电池。

四、放电深度对蓄电池使用寿命的影响

放电深度是按实际放电容量与相同放电倍率情况下的额定放电量的比率来衡量的。放电深度越大，蓄电池寿命越短。过度放电对蓄电池的危害主要表现为：正极板活性物质软化松动，利用率下降；放电生成的硫酸铅在充电式不能复原，导致蓄电池容量下降。实际使用过程中，由于蓄电池提供负载的放电电流本来就小，反应生成物晶核生长速度慢、数量少，放电时生成粗大硫酸铅晶粒，充电式很难再硫酸溶液中溶解。

蓄电池的过放电会对蓄电池的使用寿命造成很大的影响，所以UPS系统的过放电保护功能也是其一项重要的指标，过放电控制功能可以对蓄电池进行过放电保护。即当UPS系统转为蓄电池放电供电时，在蓄电池电压低于设定的某一电压值后，切断耗电量较大的次要负载，以维持重要负载较长的工作时间；在低于过放电控制电压值后切断所以负载，保护蓄电池防止过放电。为了提高系统的可靠性，一般要求过放电控制电路具备软硬件双重保护。

五、充电电压对蓄电池使用寿命的影响

蓄电池的使用寿命与蓄电池的浮充电压有很大的关系，浮充电压过高，板栅腐蚀速度增加，电解液损失速度加快，蓄电池寿命缩短；浮充电压过低，容易造成蓄电池充电不足，影响蓄电池容量。蓄电池的浮充电压应随着温度变化而调整。温度升高，浮充电压应降低，如蓄电池浮充电压不变，则浮充电流将增加，正极极化增大，板栅腐蚀速度随之加快，蓄电池寿命就会缩短。温度降低，需要提高充电电压，否则会因低温而使得蓄电池充电接受能力下降，而导致蓄电池充电不足，蓄电池寿命同样会缩短。

为了延长蓄电池的使用寿命，应高度重视蓄电池的充放电控制。蓄电池的充电方式主要是浮充电和均衡充电两种。为了延长蓄电池的使用寿命，必须了解不同充电方式的充电特点和充电要求，严格按照要求对蓄电池进行充电。

一般蓄电池投入使用的日期距出厂日期时间较长，蓄电池经过长期的自放电，容量必然大量损失，并且由于单体蓄电池自放电大小的差异，致使蓄电池的比重、端电压等出现不均衡，投入使用前应用均充电压进行初充电，否则，个别蓄电池会进一步扩展成落后蓄电池并会导致整组蓄电池不可用。另外，如果蓄电池长期不投入使用，闲置时间超过3个月后，应该对蓄电池进行一次补充电。

根据《电信电源维护规程》规定，蓄电池遇到下列情况之一时，应进行均衡充电：

⑴2只以上单体蓄电池的浮充电压低于2.18V。

⑵放电深度超过20﹪。

⑶闲置不用的时间超过3个月。

⑷全浮充时间不超过3个月。

因此，为了延长蓄电池的使用寿命，要检测蓄电池放电情况，根据放电时间和放电电流积分计算放电容量，放电容量达到20﹪要能在监控设备上记录下来，并及时进行均充。同时在蓄电池监控设备上可以设置定期均充周期，一般推荐3个月。

六、充放电过程个别蓄电池端电压不一致

有关的研究结果表明：板栅不同部位合金成分与结构的分布均有所不同，因而会导致板栅电化学性能的不均衡性，这种不均衡性又会使在浮充和充、放电状态下得电压产生差异，且会随着充、放电的循环往复，使用这种差异不断增大，形成所谓的“落后蓄电池（蓄电池失效）”。目前国内的标准要求，在一组蓄电池中最大浮充电压的差异应≤50mV，所以应重视并减小浮充状态下蓄电池的电压运行的差异。[2]

蓄电池组每只蓄电池端电压的一致性对整组蓄电池的性能有着直接的影响，由12V蓄电池组成的蓄电池组，各个蓄电池的开路电压最高值与最低值之差为≤60mV，浮充电压最高值与最低值之差为≤300mV。当蓄电池处于浮充状态下时，若个别蓄电池电压15.0V，蓄电池内部则存在开路的可能。因此，应加强对蓄电池的日常维护，一旦发现蓄电池电压异常，应及时财采取措施处理，如均衡充电或更换蓄电池。

七、结束语

广播发射台站使用了大量了蓄电池，由于蓄电池属于免维护设备，实际工作中，广大技术维护人员往往忽略了蓄电池的检查维护，更是很少关注如何提高蓄电池使用寿命，希望本文能对同行们有所借鉴。

参考文献

[1] 周志敏，周纪海，纪爱华. UPS应用与故障诊断.北京：中国电力出版社

[2] 王其英，刘秀荣.新型不停电电源的管理使用与维护. 北京：人民邮电出版社