金武士蓄电池

时间：2018-06-26点击次数：127

金武士蓄电池

UPS蓄电池的测试

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较常用的技术指标。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，较低不能低于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，使之发挥较大的作用。
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。

什么是蓄电池过放电？过放电就是蓄电池放电到终止电压后，继续放电称为过放电。过放电会严重损害蓄电池，对蓄电池的性能及循环寿命极为不利。

蓄电池放电到终止电压时内阻较大，电解液浓度非常稀薄，特别是极板孔内及表面几乎处于中性，过放电时内阻有发热倾向，体积膨胀，放电电流较大时，明显发热更有甚者出现发热变形，这时硫酸铅浓度特别大，存在着晶体短路的可能性增大，况且此时硫酸铅会结晶成较大颗粒，即形成不可逆硫酸盐化，将进一步的增加蓄电池的内阻，造成了充电恢复能力差。

蓄电池使用的时候应该防止过放电现象，目前电动车上的“欠压保护”是很有效的一种保护手段。但是，电动车“欠压保护”是由控制器控制的，电动车控制器以外及其他的仪器如电压表、指示灯等，耗电设备都是由蓄电池直接供电的，它们电源的供给并不受控制器的限制。所以在不用电动车的时候较好就是立即关掉电动车开关。
1.UPS的工作环境保证
UPS主机和蓄电池的工作环境应该避免阳光直射，并远离其他辐射热源，工作环境应该保持清洁、阴凉、干燥、通风，避免有害灰尘。为了保护UPS设备安全、保证工作人员人身安全，对UPS的机柜必须进行安全可靠的接地。UPS主机对环境温度要求不算太高，可以工作在0℃-30℃范围，但UPS蓄电池对环境温度要求较高，UPS蓄电池要求的标准环境温度为25℃，较好不要超出15℃-30℃范围。蓄电池可供使用的容量和使用寿命都与环境温度密切相关，如果环境温度太低，会使蓄电池容量下降，环境温度每下降1℃，其容量大约下降1%。如果长期在高温环境下使用，环境温度每升高10℃，蓄电池使用寿命大约降低一半。
2.UPS的安装
2.1UPS主机的安装
安装UPS主机时应注意的事项：(1)虽然目前大多数UPS都具有抗干扰和自动稳压功能，但市电电压的波动范围也应尽量符合UPS对输入电压变化范围的要求。(2)连接UPS的交流配电柜所使用的开关不宜选用闸刀开关或熔断式熔丝，应该采用空气开关，空气开关具有消弧功能，在负载或UPS短路时响应速度快，并有漏电保护和过热保护等功能。空气开关的容量选用应该适中，开关容量过小会造成供电中断，开关容量过大会造成在过流或负载短路时，起不到保护作用。(3)应按照厂方产品说明书中有关规定，保证UPS所接的相线、中性线、地线符合要求，不能随意改变其相互间的顺序。(4)外接蓄电池组到UPS主机的距离应适当，导线的横截面积应尽量大，以减小线路电能损耗。
2.2UPS蓄电池的安装
安装UPS蓄电池时应注意的事项：(1)蓄电池安装前应注意检查蓄电池的外壳，确认是否有物理损坏，以便进一步确认是否会影响产品的内在质量。(2)考虑到蓄电池在充、放电时都会产生热量，蓄电池组中各个蓄电池之间应留有适当的安装间距，以便于蓄电池散热。(3)蓄电池一般应在生产后3个月之内投入使用，在安装蓄电池前，应确认蓄电池生产与安装使用之间的时间间隔，应根据蓄电池的出厂时间，确定是否需要进行充电，并逐个对蓄电池做端电压检查、容量测试和内阻测试。(4)不同品牌、不同容量的蓄电池绝对不能在同一组蓄电池组中组合使用。(5)蓄电池组不能采用新老结合的组合方式，旧蓄电池组需要更换时，应该全部更换成新蓄电池，以免由于新老蓄电池工作状态不一致而影响所有蓄电池的效能和使用寿命。(6)蓄电池的极柱在空气中会形成一层氧化膜，因此蓄电池在安装前需要用铜丝刷清刷其极柱表面，以去除极柱表面的氧化层，降低接触电阻。(7)要使蓄电池与充电装置正负极的连接线长短尽量一致，以在大电流放电时保持蓄电池组间的工作平衡。(8)蓄电池安装完毕应对安装质量、容量、内阻等进行检测，填写、整理相关的技术资料并存档，为蓄电池运行、维护和管理工作打下基础。
3.UPS的使用
正确使用UPS不但可以减少UPS发生故障的概率，而且能够有效地延长UPS使用寿命。
3.1UPS初次使用时注意事项
UPS在初次使用时，必须先接入交流市电，利用UPS自身的充电电路对UPS蓄电池进行浮充电，浮充电时间较好在24小时以上，待蓄电池容量达到饱和后，方可投入正常使用。
3.2UPS开关机注意事项
开关UPS时应严格按照正确的开机、关机顺序进行操作，不要频繁地关闭和开启UPS。(1)开机时应先开UPS市电开关，再开启UPS本机前面板开关，稍后让UPS充分进入工作状态，再开通负载的电源开关，不能带载开机。开机时不能将所有负载同时开启，负载的电源开关应一个一个地开启，先开冲击电流大的负载，再开冲击电流小的负载。应尽量避免突然加载或突然减载，以免造成UPS的输出电压波动过大。(2)关机时，应先逐个关闭负载，再关闭UPS本机前面板开关，最后关闭UPS市电开关，不能带载关机。
3.3UPS所带负载应适当
不能超载或长期满载使用UPS，在线式UPS的较大负载量应该控制在其标称负载量的70%-80%，比如40KVA的UPS按80%换算成标称负载量32KW之后，再按较大70%-80%的负载率，应按较大22.4KW-25.6KW去配置负载。当UPS处于逆变器供电状态时，一般要求UPS的负载特性为纯电阻或纯电容性，因为电感性负载的启动电流会超过额定电流的3-4倍，会引起UPS瞬时超载。
3.4掌握UPS蓄电池运行情况
为了使用好UPS的蓄电池，要经常巡视、检查、测试蓄电池，认真做好蓄电池的运行记录，以便随时掌握蓄电池运行情况。蓄电池的运行记录应包括：放电记录、浮充记录、均衡充电记录、环境温度记录、蓄电池出现问题的记录以及采取的措施记录等。蓄电池运行期间，每半年应检查一次连接导线接头和螺栓是否松动或被腐蚀污染，松动的螺栓必须及时拧紧，腐蚀污染的螺栓或接头应及时进行清洁处理。为了提高蓄电池有效可供使用的容量、延长蓄电池的使用寿命，不能超过蓄电池组的后备时间延长供电时间，以免损坏UPS和蓄电池，并注意蓄电池带负载放电后必须及时进行浮充电。
4.UPS的维护
4.1了解UPS运行参数
为了保证UPS长期稳定运行，掌握UPS是否正常工作，需要了解UPS运行时诸多参数，包括：输入电压，输出电压、电流及频率，输出视在功率、有功功率及功率因数，负载率，功率器件温度，蓄电池放电电流及充电电流，蓄电池容量及供电后备时间，故障部位及时间记录等。
4.2UPS主机的维护
UPS在正常使用情况下，UPS主机的维护工作量不大，主要是防尘和定期除尘。在除尘清洁的同时，应仔细检查各个连接件和接插件有无松动和接触不牢的情况，还应检查各个风扇的运转情况，并检测、记录UPS运行参数等。
4.3UPS蓄电池的维护
实践证明，致使UPS蓄电池组使用寿命缩短的因素主要有：(1)蓄电池个体间质量和性能的一致性较差，使蓄电池组整体质量和性能难以保证。(2)蓄电池组使用环境温度变化太大。(3)蓄电池组经常性被深度放电。(4)蓄电池组放电后没有及时进行充电。据统计，UPS的故障有50%以上是因为蓄电池组故障或对蓄电池维护不当造成的。正常使用的UPS，其蓄电池寿命在5年左右。蓄电池的设计和生产工艺决定了蓄电池的固有可靠性，对蓄电池进行有效的维护是保证蓄电池组安全可靠运行和降低UPS总故障率的关键因素。
应该制定并认真执行蓄电池的日常维护和定期检查制度，确保日常维护和定期检查的周到、细致和规范化，保证蓄电池及充电电路处于良好的运行状况，并尽量保证蓄电池使用环境温度保持在较佳温度范围内。
蓄电池的日常维护项目有：(1)检测蓄电池两端电压。(2)检测蓄电池的环境温度。(3)检查蓄电池外观是否完好，有无外壳变形和渗漏。(4)检查蓄电池极柱处有无松动、腐蚀现象。(5)检查极柱周围等处是否有酸雾析出。
蓄电池的定期(如每个季度)检查项目有：(1)逐个检查蓄电池的清洁度、极柱状况、外壳损坏或过热痕迹、连线接头牢固程度，防止由于蓄电池充放电过程中的温度变化导致连线接头处松动或接触电阻过大。(2)检查蓄电池外壳和极柱温度。(3)检查外壳、极柱周围是否有渗液。(4)测量蓄电池组和每个蓄电池单体的浮充电压。(5)检查蓄电池组的浮充电流。(6)检查每个蓄电池单体的端电压和内阻，若蓄电池单体的端电压低于其较低临界电压或蓄电池单体的内阻大于额定值时，应及时对蓄电池单体进行均衡充电，或直接更换整个蓄电池组。蓄电池端电压的测量不能在浮充状态下测量，应在放电状态下测量。浮充状态下测量蓄电池端电压，由于外加电压的存在，测量出的蓄电池端电压不准确。
应尽量避免蓄电池长期处于浮充状态而不放电，适当的放电有助于激活蓄电池。对于市电长期稳定不停电的情况，UPS会长期处于浮充状态而没有放电过程，容易造成蓄电池失效报废，应定期(如每个季度)人为中断市电输入一次，让UPS带负载放电一次，使蓄电池运行在放电状态，用以激活蓄电池，但应将蓄电池放电容量控制在额定容量的30%-50%之间，而且要及时再充电，这样有利于延长蓄电池的使用寿命，也有利于保证蓄电池实际使用容量接近于蓄电池标称容量。
蓄电池的使用寿命与其被放电的深度和深度放电的频次密切相关，应该避免蓄电池经常性被深度放电。蓄电池被深度放电后，再充电至额定容量一般需要12小时以上，若不及时长时间地充电，将会降低蓄电池容量，也会缩短蓄电池使用寿命，所以对蓄电池进行深度放电后，应及时进行较长时间的连续充电(48小时以上)，使蓄电池处于容量充足状态，避免由于蓄电池能量耗竭而引起故障。
从2004年10月开始使用，得益于我们对UPS及其蓄电池组所做的科学有效的技术维护，我台电视播控机房主备两台UPS工作一直稳定正常，只是在2010年2月更换了两组蓄电池和一块充电电路板。
5.UPS的测试
测试UPS的目的主要是鉴定UPS的实际性能指标能否满足使用要求，UPS的测试内容分为稳态测试和动态测试两大类。
5.1稳态测试
稳态测试是在0%额定负载(空载)、50%额定负载(半载)以及100%额定负载(满载)条件下，测试输入、输出端的各相电压、线电压、空载损耗、功率因数、输出电压波形、失真度及输出电压的频率等参数。
5.2动态测试
动态测试包括：(1)突加或突减负载测试：是在负载突变时，一般选择负载由额定负载的0%到100%和由额定负载的l00%到0%，测试UPS输出电压波形的变化，以检验UPS的动态特性和反馈回路。(2)转换特性测试：测试由UPS逆变器供电转换到市电供电、或由市电供电转换到UPS逆变器供电时的转换特性。(3)过载测试：过载测试时必须按照UPS标称性能指标进行测试。

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