（中国石油管道廊坊输油气分公司 河北廊坊 065000）
摘要：UPS系统已广泛应用于生产生活中，是市电故障时最后的能源保障。UPS系统的稳定很大程度上取决于UPS系统蓄电池的容量和放电效率。本文主要从阀控式铅酸蓄电池（以后简称为“蓄电池”）的工作原理、蓄电池的容量计算、蓄电池内阻对电池容量的影响和蓄电池连接方式等方面进行论述，让大家清楚的了解UPS系统蓄电池的优化运行，使UPS系统在紧急时刻发挥最大的作用。
关键词：UPS；阀控式铅酸蓄电池；容量；内阻；优化运行
一、概述
蓄电池在交流UPS系统中的主要作用是储存电能。在市电正常供电时，蓄电池通过交流UPS系统的整流-充电电路储存电能，同时对直流电路起到平滑滤波的作用，并在逆变器发生过载时，起到缓冲器的作用。一旦市电发生意外而瞬间波动甚至中断时，交流UPS系统则是由蓄电池放电供给逆变器电能，由逆变器将电池释放出的直流电转变为正弦交流电，以维持UPS的电源输出。也就是说，交流UPS系统在输入异常情况下，全靠蓄电池及时补充电能量，以确保供电不中断。
二、蓄电池的工作原理和主要参数
1、铅酸蓄电池的工作原理（电化学反应式）
负极材料：Pb 正极材料：PbSO4 电解质溶液：H2SO4
负极：Pb - 2e- + SO42- = PbSO4
正极：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O
总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
此反应为放出能量的过程，只要条件具备。可快速自发的进行。二氧化铅和铅作为活性物质分别存在于正负极上，其放电反应后分别在正负极上生成了硫酸铅，所以称此为双极硫酸盐化理论。反应过程中释放出的能量（电能和热能）。当电池充电开始产生气体后，从正极析出的氧气到达负极，在负极上发生化合反应。
从以上反应原理可以看出，蓄电池在正常充放电时，内部电解液会发生分解-化合循环反应，这样可以保证电解液不会损失。电池在充入电解液时内部隔板保持了约有10%的孔隙不被电解液所占，正极生成的氧气才能通过这部分孔隙到达负极而被吸收。
2、铅酸蓄电池的主要参数
（1）容量：在规定放电条件下电池输出的电荷数。
（2）额定容量：在规定条件下测得并由制造商宣称的电池的容量值。
（3）荷电态：电池放出的容量和其额定容量的比值。
（2）放电电流：电池在放电时输出的电流。
（3）放电率：电池放电的电流。
（4）标称电压：用以标志或识别一种电池的适当的电压近似值。
（5）开路电压：放电电流为零时的电池电压。
（6）工作电压：电池放电过程中测量得到的电压。
（7）表观内阻：规定条件下的电池电压变化与相应的放电电流变化之比。
三、影响蓄电池实际容量的因素
电池的实际容量主要与电池正负极活性物质的数量及利用程度（利用率）有关，而活性物质利用率主要受到下列因素的影响。
1、放电制度
指放电速率、放电形式、终止电压和环境温度。高速率及大电流、低温环境下放电将减少电池的放电容量。
2、电极结构
包括电极高宽比例、厚度、孔隙率以及导电栅网的形式。
3、制造工艺
包括：铅粉制造、板栅铸造、极板制造、极板化成和装配电池。
在这里特别指出，在UPS日常运行中，大家习惯于根据蓄电池内阻值变化去在线判断蓄电池的放电容量，根据研究发现：蓄电池的内阻跟电池的额定容量有关。大容量电池的内阻低，小容量电池的内阻高。但是常用蓄电池的内阻，在荷电态高于４０％时是保持不变的；只是低于３０％时，就很快升高。
四、UPS系统电池容量的计算
蓄电池容量的选择要根据蓄电池实际放电电流和所要求的备用时间来决定。
（1）蓄电池放电电流计算
五、UPS系统电池优化运行
UPS系统运行中，为了提高UPS电源的可靠性。人们习惯于用两组电池并联起来与一台UPS配套使用。在并联电路中，总电压等于各分路电压。也就是说，加在并联的两组电池中的每一组电池上的充电电压与总充电电压相等，即U总=U1=U2。又根据I=U/R的公式，经过计算可以得知，I1≠I2（因为两组电池的内阻肯定是不会一样的，即R1≠R2，在U1=U2情况下，肯定得出I1≠I2的结果）。这就是说，在同样大小的充电电压情况下，两组并联使用的电池组，其每一组所得到的充电电流是不一样的，内阻大的其充电电流小，内阻小的其充电电流大。这样，就有可能造成充电电流小的那组电池经常处于充电不足的状态，久而久之，这组电池可能因长期亏电而硫酸盐化更加加大其内阻，其内阻越大，充电电流更小，由于造成了这样一个恶性循环而导致这组电池的使用寿命大大缩短。而只用一组电池就不存在这种情况。就此一点，就足以说明电池组单组使用的效果远远好于并联使用。
根据生产实际需要，为了提高UPS系统的可靠性，现在一般都冗余配置UPS系统，根据以上结论，为了使UPS系统蓄电池优化运行，冗余配置的UPS系统输出可以并机使用，但是蓄电池组应分列运行，不要并联到一起，否则既会缩短电池的使用寿命，增加使用成本，又会降低电池的综合性能。
其次，如果因为设备的功率大，用两组电池并联仍不能满足设备功率需要的情况下，而采用2组以上，如3组、4组，甚至更多组的电池并联使用，那就更无必要了，两组电池并联使用已经带来了诸多的不利，更多组电池的并联使用就更复杂，更不利了。在这种情况下，一定要选用能够满足设备功率需要的大容量型号的电池就可以了，若12V系列电池中没有大容量规格的，可以选用2V系列电池。
六、结束语
人们对UPS系统蓄电池的认识或多或少存在着误区。实际应用中，有许多交流UPS系统的事故或故障是由蓄电池引起。因此，人们有必要加强了解UPS系统蓄电池的特性，正确选配和优化运行蓄电池，以保证其能够充分地发挥应有的作用。
论文作者:陈锐
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/9
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