李剑

【摘 要】本文旨在简述UPS的基本原理，对UPS的分类、容量、电池选择等进行了分析，结合实际工作对UPS和蓄电池的合理使用和维护进行了论述，旨在提高UPS的可用性和可靠性，使其电池寿命接近设计寿命，确保供电系统的运行安全。

【关键词】UPS；容量；寿命；维护

【Abstract】This paper briefly describes the basic principles of lead-acid batteries， analyzes the capacity， the charge/discharge characteristics and the environmental factors of lead-acid batteries. Besides， the paper has discussed lead-acid batteries rational use and maintenance in practical work. The main purpose of this paper is how to improve lead-acid batteries availability and reliability， and then extend the batteries use life， make the batteries more efficient， ensure the power supply system work safely.

【Key words】Lead-acid battery； Capacity； Working life； Maintenance

0 前言

目前，各个领域的供电系统正在大量的采用不间断电源UPS （Uninterruptible Power Supply）供电，防止因市电突然断电而影响后端用电设备的正常工作。它的主要工作方法有：在市电供电的时候对市电进行稳压； UPS逆变器在市电异常时将蓄电池的化学能变成交流电能输送出去，从而使后端用电设备得以连续运行下去。

1 UPS工作原理

UPS电源一般是由常用电源和备用电源通过转换开关组合而成，它们之间由逻辑电路进行控制，以保证在电网正常或停电状态下，整个系统都能可靠地工作。当市电正常时，UPS相当于一台交流稳压电源，它将市电稳压后再供给计算机，与此同时，它还向UPS内蓄电池充电。当市电突然中断时，UPS立刻转为逆变工作状态，容量根据用户需求设备，保证后端设备的持续供电。图1为UPS电源原理图。

整流器：简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电（DC），经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。

逆变器：通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置，将整流器提供的直流电源逆变成稳定、纯净的交流电源。

静态开关：静态开关又称静止开关，主要为提高系统的可靠性，当UPS发生故障、负载过载或放电结束时，使负载能无中断的自动切换到静态旁路，有市电供电。

2 UPS的分类

2.1 后备式。UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。没有稳压，有切换时间，且输出波形一般为方波。

2.2 在线互动式。UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：有稳压，但同样存在切换时间。

2.3 在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。其特点是，有极宽的输入电压范围，基本无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。目前，市场上应用较多的的UPS大多是在线式UPS。

3 UPS的容量选择及及电池配备

3.1 UPS的容量选择

首先计算前端的负载功率，为确保UPS系统高效率和尽可能的延长UPS使用寿命，一般负载功率应满足UPS额定功率的60%-70%。计算前端的负载功率时，要明确UPS配电系统的供电范围，根据机房内设备数量进行容量综合考虑。其次，要根据机房内机柜布局规划进行设计，在条件允许下，则尽量考虑未来机房发展供电冗余，为今后负荷的扩展提供方便。一般可以按照每个机柜的实际用电量进行核定，预留机柜一般设计为1.5KVA。

3.2 电池配备

电池供电时间主要受负载大小，电池容量，环境温度，电池放电截止电压等因素影响，根据延时要求，确定所需电池的容量大小，用安时AH值来表示，以给定电流安培数时放电的时间小时数来计算。

一般UPS电池配置公式如下：

UPS电源功率（VA）*延时时间（小时数）/UPS电源启动直流=所需蓄电池安时数（AH）。

以某品牌20KVA UPS延时半小时为例：其启动直流为：96V（UPS在出厂时的标准直流电压），则20000伏安*0.5小时/96V=104AH，结果是需要，104AH的电池才能满足半小时的供电，但是普通蓄电池没有容量为104AH的电池，一般蓄电池为12V直流，[96V/12V=8]，所以8只电池为一组。我们可以选择100AH电池来对其进行配置；其延时时间为：[100AH（蓄电池容量）*96V（UPS启动直流电压）/3000VA（UPS电源功率）=3.2小时，也可以选择2组（16只）65AH的电池并联配置，其延长时间为：（65AH*2）*96V/3000VA=4.16小时。

4 UPS电源的使用和维护

4.1 一般设备的使用说明书都清楚的给出了详细的使用说明，其中最大启动负载应控制在80%之内，将负载控制在30%～60%额定输出功率范围内是最佳工作状态，如果超载使用在逆变状态下，有可能击穿逆变三极管，造成严重后果。

4.2 UPS电源在使用时，应避免因负载突加和突减时其电压输出波动异常，导致无法正常工作，因此要按正常的开关机顺序进行操作。另外，如果频繁快速地开机会造成UPS电源进入“启动失败”的状态，其后果是：UPS电源既无市电输出，又无逆变输出，因此关掉电源后，通常要等6s后在开启。

4.3 蓄电池的维护：

（1）保持机房环境温度的适宜性。影响蓄电池使用寿命的重要因素是环境温度，一般电池生产厂家要求的最佳环境温度是20-25℃。虽然温度的升高对电池放电能力有所提高，但付出的代价却是电池的寿命大大缩短。环境温度一旦超过25℃，每升高10℃，电池的寿命就要缩短一半。这是由于环境温度的提高，会导致电池内部化学活性增强，产生大量的热能，从而又会促使周围环境温度升高，这种恶性循环，会加速缩短电池的寿命。低温下铅酸电池内阻值明显增加，严重降低放电容量，特别是大电流放电性能严重缩短，因此为获得蓄电池的最佳容量和较长的使用寿命，应尽可能的保持机房温度在20-25℃。

（2）定期对电池组性能进行评估。整组蓄电池中若有个别电池失效，那么恒电流充电时可能会导致以下两种结果：一是电压会迅速升高，即在整组电池尚未充足电时失效电池已处于过充电状态，并导致整组电池充电电压升高；二是会引起整组电池充电电流下降，延长充电时间。若个别电池出现内部短路时，其充电电压就低于其他电池，当整组电池已充足电时，该落后电池却尚未充好。长此下去就会出现恶性循环，影响整组电池性能。因此，在日常维护中，要做好整组电池合单体电池的性能分析。

（3）3.2建立健全蓄电池使用与维护措施。UPS电源中的浮充电压和放电电压，在出厂时均已调试到额定值，而放电电流的大小是随着负载的增大而增加的，一般要求不大于2C，如100Ah的电池放电电流应不大于20A，故使用中应合理调节负载。一般情况下，负载不宜超过UPS额定负载的60%，在这个范围内，电池的放电电流就不会出现过度放电；UPS因长期与市电相连，在供电质量高、很少发生市电停电的使用环境中，蓄电池会长期处于浮充电状态，日久就会导致蓄电池内部产生大量的硫酸铅，并吸附到蓄电池阴极上，形成所谓的阴极“硫酸盐化”，结果造成了电池内阻增大，电池化学能与电能相互转化的活性降低，加速老化而缩短使用寿命。因此建议每季度或半年放电一次，放出额定容量的30%～40%，放电过程中记录电池单体电压和电池组总电压变化情况，并及时处理故障单体电池。

5 结束语

综上所述，UPS的应用，不仅改善了电网质量，同时也提高了用电系统的可靠性。因此用户在选择UPS电源上应系统的分析，合理选择，以适应不同工作环境的实际要求：同时对UPS的维护应制定并严格遵循一套科学有效的方法，才可能避免各种故障，使UPS的故障率降低到最小程度，真正做到不间断地为设备提供安全、可靠的洁净电源。同时，UPS蓄电池使用和保养中，要做好蓄电池的日常运行维护，定期进行活化充放电，严格控制好蓄电池运行温度，做好蓄电池故障分析以及发现问题及时处理等，保证供电系统的安全运行。

【参考文献】

[1]李理.阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理及使用维护[J].武警工程学报，2005（5）.

[2]UPS维护手册[S].

[责任编辑：曹明明]