鉅大LARGE | 點擊量：2518次 | 2021年04月16日
有關數(shù)據(jù)中心機房UPS蓄電池充電放電原理以及幾種充電方式解析
蓄電池在機房UPS中廣泛的應用，鉛酸蓄電池的充放電是個復雜的電化學過程，盡管很多電池都有很長的設計壽命，但在實際應用中，由于充電方式不當或維護不到位，大大縮短了電池壽命，為了延長電池使用壽命，必須理解充電原理并采用合理的充電放電方式，本文在介紹電池故障原因的同時，著重分析蓄電池充電放電的原理以及UPS蓄電池的幾種充電方式。
機房UPS蓄電池充電原理
1、UPS浮充充電時，請用充電電壓2.275V/單格（20℃時的設定值），進行定電壓充電或0.002CA以下的電流進行定電流充電。溫度有0C以下或40C以上時，有必要對充電電壓進行修正，以20C為起點每變化一度，單格電壓變化-3mv。
2、循環(huán)充電時，充電電壓以2.40-2.50V/單格（20℃時的設定值），進行定電壓電壓充電。溫度在5C以下或35℃以上進行充電時，以20℃為起點，每變化一度充電電壓調整-4mv/單格。
3、充電初期電流控制在0.25CA以下。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
4、充電量設為放電量的100-120%，但環(huán)境溫度在5C以下時，設為120-130%。
5、溫度越低（5C以下）充電結束時間越長，溫度越高（35C以上）越容易發(fā)生過充電，所以特別是在循環(huán)使用時，在5C～30C內進行充電較好。
6、為防止過充電盡量安裝充電計時器，或自動轉換成涓流式充電方式。
7、充電時電池溫度要控制在-15C～+40C的范圍內。
機房UPS蓄電池放電原理
1、放電時請將電池溫度控制在-15℃-+50℃的范圍內。
2、持續(xù)放電電流請控制在3CA以下（H控制在6ＣA以下）。
3、放電終止電壓依電流的大小而變化，大體如下所述。注意放時，電壓不得低于下述電壓。
4、放電以后請迅速充電。如不小心過放電之后也請立即充電。
UPS蓄電池的幾種充電方式
UPS蓄電池的充電方式重要有恒流充電、恒壓充電、快速充電、均衡充電、恒壓限流充電、智能充電這幾種方式：
1、恒流充電
恒流充電是用分段恒流的方法進行充電。一般是通過充電裝置自身調整來實現(xiàn)的?？梢匀我膺x擇和調整充電電流，適應性較強，特別適用于小電流長時間充電，也有利于容量恢復較慢的UPS蓄電池充電。缺點是初始充電電流過小，充電后期充電電流又過大充電時間長、析出氣體多、對極板的沖擊較大、能耗較高、效率較低(不超過65%)，在充電過程中需有人看守，一般在初充電和在小電流進行去硫充電才使用。因恒流充電的變型是分段恒流充電，所以充電時為防止充電后期電流過大，應及時調整充電電流，還應注意充電電流的大小、充電時間、轉換電流的時機及充電終止電壓的選取等。
第一階段充電至單格電壓上升至2.4V且電解也有氣泡冒出，電解液相對密度2h時不變時時轉入第二階段，第二階段充至電解液大量。放出氣泡且相對密度和蓄電池單格電壓3h時不變時為止，經過充電循環(huán)，繼續(xù)充電至電解液密度上升至1.150g/cm3，后不再上升為止。同步充電，充電時間h25-3520-3010-123-56。
2、恒壓充電
恒壓充電是指每只單格UPS蓄電池均以一恒定電壓(一般取單格電池數(shù)乘以2.5v)進行充電。特點是：初始充電電流相當大，UPS蓄電池電動勢和電解液體相對密度上升較快，隨著充電的延續(xù)，充電電流逐漸減小，在充電終期只有很小的電流通過;充電時間短、能耗低，一般充電4～5hUPS蓄電池即可獲得本身容量的90%～95%;假如充電電壓選擇得當，8h即可完成整個充電過程，且整個充電過程不需人照看，這種充電方式廣泛用于補充充電。由于初始充電初電流過大，對放電深度過大的UPS蓄電池充電時，會引起初始充電電流急驟上升，易造成被充UPS蓄電池過流或充電設備損壞。充電過程中由于不能調整充電電流，因此不適用于UPS蓄電池的初充電和去硫充電。充電過程中對UPS蓄電池電壓的變化很難補償，所以對容量恢復較慢的UPS蓄電池完全充電很難完成。
在充電之前應正確選擇充電電壓(表2)。若充電電壓過高，會引起充電初始充電電流過大，嚴重時會引起極板彎曲變形、活性物質大量脫落以及UPS蓄電池溫升過高等;過低則會使UPS蓄電池充電不足，導致容量降低、壽命縮短。
3、快速充電
快速充電是指以大電流方法的充電方式?？焖俪潆姴怀霈F(xiàn)大量的氣泡又不發(fā)熱，從而可縮短充電時間。目前，常用的快速充電重要有脈沖充電和大電流遞減快充兩種。
（1）脈沖快速充電的特點是，采用1～2倍的C20A大電流充電，使UPS蓄電池在短時間內充至額定容量的50%～60%。當UPS蓄電池單格電壓充至2.4V時即停止充電，由控制電路自動轉為脈沖充電;即先停充25～40ms(前停充)，接著再放電或反充電，使UPS蓄電池反向通過一個較大的脈沖電流(脈沖深度為充電電流的1.5～3倍，脈沖寬度為150～l000um)，然后再停止充電25ms(后停充)，如此循環(huán)直至充足。
（2）大電流遞減充電重要是利用了UPS蓄電池在低荷電狀態(tài)時具有高充電接受的特點，開始以大電流沖電(一般采用1～2倍C20A)，然后以一定的電流差值(50A)遞減，最后降至一定的電流值，直至UPS蓄電池充足。上述方法具有充電時間短(一般新UPS蓄電池初充電不超過5h，補充充電只需0.5～1.0h)、空氣污染小、省電節(jié)能以及不需專人看管等優(yōu)點。一般適用于要求在極短的時間內對UPS蓄電池執(zhí)行快速充電的場合，也普遍適用于城市公共汽車在停歇、休息時間內對UPS蓄電池補充充電。
快速充電的能量轉換效率低。快速脈沖充電UPS蓄電池析出的氣體總量雖然減少，但因出氣率高，易造成極板活性物質脫落。因此在正常情況下不宜用此法對新啟用的UPS蓄電池進行初充電。
4、均衡充電
均衡充電是以小電流(1/20C20A)進行13h的充電過程。重要用來消除一組浮充電運行(即將直流電源和UPS蓄電池并聯(lián)連接的工作方式)UPS蓄電池在同樣運行條件下，由于某種原因造成的全組電池不均衡而形成的差別，以達到全組電池的均衡。此方法一般不能頻繁使用，但當UPS蓄電池出現(xiàn)下列情況之一時。必須進行均衡充電：
（1）UPS蓄電池組長時間在電流放電，或長時間擔負直流電荷后未及時充電時。
（2）UPS蓄電池個別單格電壓、電解液密度偏低，全組電池出現(xiàn)差別時。
（3）沒有按規(guī)定周期執(zhí)行充、放電時。
5、恒壓限流充電
恒壓限流充電重要是用來補救恒壓充電時充電電流過大的缺點(方法同恒壓充電)，通過充電電源和被充UPS蓄電池之間串聯(lián)一電阻(限流電阻)來自動調節(jié)充電電流。當充電電流過大時，其限流電阻上的壓降也大，從而減小了充電電壓;當充電電壓過小時，限流電阻上的壓降也很小，充電設備輸出的電壓損失也小，這樣就自動調節(jié)了充電電流，使之不超過某個限度。該方法目前廣泛用于免維護電池的初充電和普通UPS蓄電池的補充充電。
6、智能充電
智能充電是目前較先進的充電方法，原理是在整個充電過程中動態(tài)跟蹤UPS蓄電池可接受的充電電流。應用du/dt技術，即充電電源根據(jù)UPS蓄電池的狀態(tài)自動確定充電工藝參數(shù)，使充電電流自始至終保持在UPS蓄電池可接受的充電電流曲線附近，保持UPS蓄電池幾乎在無氣體析出的狀態(tài)下充電，從而保護UPS蓄電池。該方法適用于對各種狀態(tài)、類型的UPS蓄電池充電，安全、可靠、省時和節(jié)能。
蓄電池的充電方法
（1）蓄電池故障的原因有很多，有自身質量問題，也和電池充電有一定關系。目前蓄電池的充電方式重要有以下幾種：
（2）恒流充電：恒流充電是一種比較簡單的充電方式，但有較大的局限，充電電流過大會造成溫度上升和電池壽命縮短，而過小又會延長充電時間。
（3）恒壓充電：恒壓充電控制簡單，充電初始由于電池電壓低，則充電電流大，會對電池造成損害。后期電流迅速減小，這種充電方式也會造成溫度上升和電池壽命縮短，且無法充分利用充電器的容量。
（4）恒壓限流充電：實際上是恒壓充電與恒流充電的結合，開始階段為防止電流過大就采用恒流充電法。當電壓達到預定值時，進入恒壓充電方式。這是大多數(shù)廠商推薦和使用的充電方式，節(jié)省電能，降低蓄電池的溫升，配合上溫度補償?shù)染涂梢允闺姵卦谶@套充電系統(tǒng)下良好的工作。
蓄電池的充電管理
我們了解了各種充電方法，其中恒壓限流是最符合電池特性的充電方法。電池未滿時，設置較高的電壓以激活電池，稱為均充，充滿后，電流變小，繼續(xù)充電補足自放電，稱為浮充，浮充電壓低于均充電壓。
長期均充容易造成電池過充膨脹，工作中常有客戶會提出關閉UPS均充功能的需求。我們不建議這樣操作，只浮充不均充會使電池欠充，個別電池落后，進而影響整組電池。均充、浮充電壓根據(jù)具體電池的不同而不同，在25℃時，某品牌的蓄電池單體均充電壓2.35V，浮充電壓2.25V，充電電流不超過25A。進行均充時，要隨時監(jiān)測電流，當電流降到0.006C且保持3小時不變時，即表示電池充滿可進入浮充，一般UPS都配置自動均浮充轉換電路。
為了維護電池性能，當有以下情況時，必須對電池進行均充：
①單體電池浮充電壓低于2.18V；
②新電池安裝調試后需進行12小時的均充；
③電池放出5%以上的額定容量；
④電池擱置不用超過三個月；
⑤全浮充運行六個月以上；
為了減小溫度對電池壽命的影響，必須對溫度進行補償。在均充時，單體電，池充電電壓補償值為-5mV/℃，浮充時，單體電池充電電壓補償值為-3.5mV/℃。
蓄電池的保管
1、保管時請注意溫度不要超過-20℃～+40℃范圍.
2、保管電池時必須使電池在完全充電狀態(tài)下進行保管。由于在運輸途中或保存期內因自放電會損失一部分容量，使用時請補充電。
3、長期保管時，為彌補保管期間的自放電，請進行補充電。在超過40C條件下保管時，對電池壽命有很壞影響，請防止！
4、請在干燥低溫，通風良好的地方進行保管。
5、如在保管或轉移過程中電池包裝不慎被水淋濕，應立即除掉包裝紙箱，以防止被水打濕的紙箱成為導體造成電池放電或燒壞正極端子。
蓄電池失效模式
常見的失效模式有電池失水、極板硫酸鹽化、正極板腐蝕、熱失控等幾種。
（1）電池失水電池失水的原因重要有：電池密封不嚴，充電出現(xiàn)的氧會從電池殼體中逸出；浮充電壓設置不當；正極板腐蝕消耗水分；自放電過程損失水分。
（2）負極板硫酸鹽化電池負極的重要活性物質是海綿狀鉛，電池充電時，
負極發(fā)生還原反應：PbSO4+2e=Pb+SO4¬¬¬¬²-
正極發(fā)生氧化反應：PbSO4+2H2O=¬¬PbO2+4H++SO4¬¬¬¬²-+2e
放電過程發(fā)生的化學反應是此反應的逆反應。正常情況下，負極板放電出現(xiàn)的硫酸鉛顆粒較小，充電時很容易生出海綿狀鉛，但是假如電池經常處于充電不足或過放電狀態(tài)，負極就會逐漸形成一種粗大堅硬的顆粒狀硫酸鉛，從而失去活性，不能再參與化學反應，這一現(xiàn)象稱為活性物質的硫酸鹽化。硫酸鹽化使電池有效容量降低，久而久之會使電池失效。為防止這一現(xiàn)象應該對電池及時充電，且防止過放電。
（3）正極板腐蝕電池的浮充過程一方面可阻止電池的自放電，另一方面也存在腐蝕正極板的趨勢，使柵板材料Pb氧化為PbO，腐蝕伴隨著水的消耗，電解液濃度增高，加速正極板的腐蝕。
（4）熱失控若電池工作環(huán)境溫度過高，或充電設備電壓失控，則電池充電電流和溫度發(fā)生一種積累性的互增，直到熱失控使電池殼體變形、膨脹，最終電池失效。
蓄電池日常檢查及維護保管
1、定期對電池進行檢查，如發(fā)現(xiàn)有灰塵等外觀污染情況時，請用水或溫水浸濕的布片進行清掃。不要用汽油、香蕉水等有機溶劑或油類進行清洗，另外請防止使用化纖布。
2、浮充時，電池充電過程中總電壓或指示盤上電壓表的指標值偏離下表所示基準值時（0.05V/單格）應調查原因并作處理。
