蓄電池的充放電特性
蓄電池具有自放電效應。從生産制造車間到用戶使用,大約要延誤數月的時間。
以PA-NASONIC蓄電池为例,在30℃的环境温度下贮藏8个月,蓄電池的残存容量仅为出厂时的一半,因此对于新购买的与UPS配套的蓄電池,一般要进行一次较长时间的充电,这叫做初充电。蓄電池的初充电电流大小应按0.1C来充电,蓄電池在放电终了后可进行再充电,这叫正常充电。目前在UPS中普遍采用两种充电方式:浮充和脉充。所谓浮充电是指整流器的输出与蓄電池并联工作,并同时向负载供电,实际上此时整流器提供的电流分两路,一路送给负载,另一路送给蓄電池,以补充蓄電池自身内部损耗,浮充充电工作方式接线简单,对改善UPS输出瞬态响应特性有好处。脉冲充电的特点是充电电流随蓄電池容量而变化,用这种方式充电,可以缩短充电时间。

1.充電電壓
由于UPs蓄電池属于备用工作方式,市电正常情况下处于充电状态,只有停电时才会放电。为延长蓄電池的使用寿命,UPS的充电器一般采用恒压限流的方式控制,蓄電池充满后即转为浮充状态。
对于端电压为12V的蓄電池,正常的浮充电压在13.5~13.8V之间。浮充电压过低,蓄電池充不满,浮充电压过高,会造成过电压充电。当浮充电压超过14V时,即认为是过电压充电。严禁对蓄電池组过电压充电,因为过电压充电会造成蓄電池中的电解液所含的水被电解成氢和氧而逸出,使电解液浓度增大,导致蓄電池寿命缩短,甚至损坏。
2.充電電流
蓄電池充电电流一般以C来表示,C的实际值与蓄電池容量有关。举例来讲,如果是100Ah的蓄電池:C为100A。松下铅酸免维护蓄電池的最佳充电电流为0.1C左右,充电电流决不能大于0.3C。充电电流过大或过小都会影响蓄電池的使用寿命。
理想的充电电流应采用分阶段定流充电方式,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时可认为是过电流充电。避免用快速充电器充电,否则会使蓄電池处于“瞬时过电流充电”和“瞬时过电压充电”状态,造成蓄電池可供使用电量下降甚至损坏蓄電池。过电流充电会导致蓄電池极板弯曲,活性物质脱落,造成蓄電池供电容量下降,严重时会损坏蓄電池。
3.充電方式
铅酸蓄電池放电产物是硫酸铅,若不及时转化掉,会使蓄電池处于充电不足状态,从而降低蓄電池放电容量和缩短蓄電池使用寿命。因此,必须使蓄電池组处于充足电状态。对不同情况,可分浮充和均充。
(1)浮充充电。在线式蓄電池组是长期并联在充电器和负载线路上,作为后备电源的工作方式。一般情况下,都采用浮充充电,单体蓄電池电压控制在2.25V(相对于2V蓄電池),并定期观察、记录浮充电压变化。如果单体蓄電池电压偏低,说明蓄電池充电不足,容量不够,应注意跟踪。
(2)均衡充电。所谓均衡充电是把每个蓄電池单元并联起来,用统一的充电电压进行充电。如果蓄電池组在浮充过程中存在落后蓄電池(单体电压低于2.20V,相对于2V蓄電池),或浮充3个月后,宜进行均充过程,其单体蓄電池控制在2.35V,充6~8h(注意,一次均充时间不宜太长),然后调回到浮充电压值,再观察落后蓄電池电压变化,如电压仍未到位,相隔两周后再均充一次。一般情况下,新的蓄電池组经过6个月浮充、均充后,其电压会趋于一致。均衡充电电流一般选0.3C或略小于0.3C。额定电压为12V的蓄電池,均衡充电电压一般选14.5V。
当UpS的蓄電池在使用中遇到下述情况之一时,要想恢复蓄電池的可充放电特性,应采用均衡充电的办法来解决。
1)过量放电使得蓄電池的端电压低于蓄電池所允许的放电终了电压。对12V的M型铅酸蓄電池而言,其放电终了电压为10.5V左右。
2)UPS蓄電池组中,各蓄電池单元之间的端电压差别超过1V左右。
3)长时间放置不用,超过静态存储时间的蓄電池。常温环境,一般UPS蓄電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(包括新购蓄電池)。
4)重新更换了电解液的蓄電池。
5)放电后末能及时充电的蓄電池。
6)長期工作于浮充狀態(即UPS長期工作于市電狀態)並超過靜態存儲時間。
7)不慎放电,将蓄電池端电压放至低于终止电压。
对于NP6-12型密封式铅酸蓄電池,其均衡充电电压为14V左右,最大允许的均衡充电电流小于0.28C;对于LCL12V24P型密封式铅酸蓄電池,其均衡充电电压为14V左右最大允许的均衡充电电流小于8A。
(8)温度补偿。虽然蓄電池的工作温度范围很宽,可在-15~+45℃范围内运行,但是蓄電池运行最佳环境温度为25℃左右,如果环境温度变化较大,需用温度系数进行补偿(-3mV/℃)。
(9充电操作。蓄電池的初充电电流大小一般按说明书中的规定值,或按额定容量1/10的电流来进行。使用中正常充电时,最好采用分级定流充电方式,即在充电初期用较大电流,充电一定时间后,改用较小电流,至于充电后期,改用更小电流。这种充电方法的充电效率较高,它所需充电时间较短,充电效果也好,对延长蓄電池寿命有利。有的新型智UPS采用定期自动监测及循环充电的方式进行对蓄電池充电,以延长蓄電池寿命。
(10)治疗性充放电。对于蓄電池治疗性充放电过程,从放电容量和蓄電池电压值判断每只蓄電池的“健康情况”,因为不同放电容量过程中每只蓄電池的电压变化就代表了该蓄電池“健康”状况,如有不合格的蓄電池,应采取补救措施。
有些UPS蓄電池欠电压是由于UPS逆变器末级驱动电路损坏,造成蓄電池放电所致。若在修好电路故障后,应及时将蓄電池接入原电路充电,仍然会使蓄電池复好如初。问题在于欠电压的蓄電池无法使UPS启动成功。此时,可用如下办法解决:
1)先用好的蓄電池将UPS启动到市电状态后,再撤掉好蓄電池换上待充电的欠电压蓄電池。在调换蓄電池时,要求UpS空载运行。一般UpS迸入市电状态后,只要保持输入市电正常,撤掉蓄電池不会影响市电供电状态。给欠电压的蓄電池充电过程中,应注意观察蓄電池的充电电流。
2)将欠电压的蓄電池先充电到10.5V(相对于12V蓄電池)以上,便可使UPS成功启动。
4.放電要求
蓄電池实际放出的容量与放电电流有关,放电电流越大,蓄電池的效率越低。例如,
12V/24Ah的蓄電池当放电电流为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,以提高蓄電池的效率。一般电路设计和用户选择负载时,都要保护UPS蓄電池逆变放电电流不超过2C。
放电深度对蓄電池使用寿命的影响也非常大,蓄電池放电深度越深,其循环使用次数就越少。虽然UPS郡有蓄電池低电压保护功能,一般单节蓄電池放电至10.5V(相对于12V蓄電池)左右时,UpS就会自动关机,但是如果UPS处于轻载放电或空载放电的情况下,尽管小电流放电能提高蓄電池的效率,但是当用极小电流(小于0.05C)长时间放电时,将导致蓄電池实际放出容量超过其额定容量,从而造成蓄電池严重的深度放电。当蓄電池放电深度为100[%]时,蓄電池实际使用寿命约为200~250次充放电循环;放电深度为50[/%]
時,約爲500~600次充放電循環。因此,在使用UPS時,既要避免重載過電流放電,又
要避免长时间轻载放电造成蓄電池深度放电。更要避免蓄電池短路放电,否则,会严重损坏蓄電池的再充电能力和储电能力,缩短使用寿命。在蓄電池的实际应用中,不是首先追求放出容量的百分之多少,而是要关注发现和处理落后蓄電池,经对落后蓄電池处理后再做核对性放电实验。这样可防止事故,以免放电中落后蓄電池恶化为反极蓄電池。
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