蓄電池是UPS 系統中的一個重要組成部分，它的優劣直接關系到整個UPS 系統的可靠程度。同時，它的價格比較高，一般占UPS 系統成本的1／4—1／3。實踐證明，蓄電池的故障占UPS系統總體故障的40％以上，它是整個UPS 系統中平均無故障時間(MrIBF)最短的器件之一。因此，UPS 電池的選擇和充電模式的研究，不僅關系到經濟成本問題，還直接影響UPS 電源的不間斷供電。

l UPS電池的種類和工作原理

UPS要求所選用的蓄電池必須具有在短時間內輸出大電流的特性。目前，在線運行的蓄電池基本上有兩種，它們都屬于鉛酸蓄電池。

1．  防酸隔爆鉛酸蓄電池

這種電池在早期的UPS系統中使用較多，只要維護得當，會有較長的使用壽命，但由于在運行中存在大量的電解液水分散失，需經常性地測量電解液的溫度、密度，往電池內部添加蒸餾水，維護工作量極大，現在的UPS系統中已很少配用。

電池化學反應式如下：

PbO2+2H2SO4+Pb = PbSO4+2 H2O+PbSO4

由此化學反應式得知，鉛酸蓄電池在放電之后，電解液因與正負極板生成PbSO而耗用硫酸，其結果電解液比重下降。反之充電時，正負極板之硫酸鉛中之硫酸漸漸被釋出，電解液硫酸濃度逐漸加大而比重上升。通常一般鉛酸電池于充電末期，正負極板都已還原成二氧化鉛及海綿狀鉛，此后之充電幾乎是在電解電解液之水而生成氧氣(陽極)及氫氣(陰極)逸出，其結果電解液減少，此所以為一般液式鉛酸電池需要經常補水之原因。

2．  閥控式密封鉛酸蓄電池(VIqLA)

 因其體積較小，密封性能好、絕少維護而被廣泛應用于各類UPS電源中。VRLA防止電池內部電解液流動有兩種技術方法：一種技術是將硫酸電解液與SiO：膠體混合后充滿電池內部，制成膠體電池(簡稱GEL)。這類產品產量較低，約占VRLA電池總量的15％ ；另一種技術是利用超細玻璃棉將電解液不飽和地吸附住，制成吸液式電池或貧液式電池(簡稱AGM)。由于后者具有較好的大電流放電性能，在UPS系統中較多采用，國內廠家也大多生產AGM 蓄電池。

一般閥控式密封鉛酸蓄電池工作過程中陽極產生氧氣，而陰極尚未變成海綿狀鉛，亦即尚未充電完成，所以并未產生氫氣，此時陽極產生之氧氣迅速與陰極作用還原成水，是故水份不損耗，此即閥調式鉛酸電池免保養理由。

2 UPS電池的性能指標

① 容量：表示電池在充滿電的情況下的儲能多少，用放電電流與放電時間的乘積來表示。C窖量(C)=I放電電蠢(A)×T城電時問(h)

② 放電功率：表示放電至終止的電流的大小或時間的快慢，可用電流來表示。如一個6.5AH的電池，充滿之后以325mA恒流放電，經過20小時后達到其放電終止電壓，放電率若以電流來表示則為0.325安率；若以放電時間來表示則為20小時放電率。

③放電電流：放電電流就是電池的輸出電流，它除了用安培來表示外，通常也用電池的容量乘以某個系數來表示。如對于6.5AH 的電池，0.1C的放電電流的實際值為0.1×6.5=

0.65A。                                             

④放電終止電壓：表示電池不允許再放出電能時的電壓，通常為1．75V／單格。

⑤標稱容量：表示在20小時放電率下所測定的容量。

⑥自放電率：電池在不用時其內部也會消耗能量，一般以×××C／天來表示，如0．08C／天。

3 UPS電池的容量選擇

蓄電池容量的確定是UPS 系統設計的重要內容。過高和過低的電池容量對于UPS 系統的運行都是不利的。容量過高，則增加投資成本，且易導致電池小電流深放電，造成電池永久性的損壞；容量過低，則不能滿足負載不間斷供電的要求，且大電流的充放電將縮短電池使用壽命。所以，正確選擇與UPS 容量和負載容量相適應的蓄電池容量是控制UPS 系統投資成本，保證不間斷供電可靠性的關鍵。

3.1 蓄電池放電時間的確定

UPS 根據后備時間可分為標準型和長效型兩種。一般來說，標準型機內帶有電池組，在停電后可以持續較短時間的供電，一般不超過25 rain；長效型機內不帶電池，用戶可外接多組電池，以滿足長時間停電時持續供電的需要，一般滿載配置可達數小時以上。

UPS電池后備時間確定的主要依據是市電供電類別。不同的供電類別，蓄電池的后備時間是不同的。一類市電供電的UPS，可按后備時間0.5 h- 1 h配置；二類市電供電的UPS，可按后備時間1 h- 2 h配置；三類市電供電的UPS，可按后備時間2 h-8 h配置；四類市電供電的UPS，可按后備時間8 h-10 h配置。然而，電池后備時間受電池成本、安裝空間、回充時間等因素的限制，大多數UPS電池后備時間以不超過2 h為宜。在電力環境較差、停電較頻繁的地區，可以采用UPS與發電機配合供電的方式，提高UPS供電可靠性。

3.2  UPS電池容量計算

掌握UPS電池的容量計算方法，對選購電池很有幫助。UPS電池容量在負載一定時，可依下列公式計算：

C=W*T/( Ef *η*Vf)

C：電池容量(Ah)

W：負載容量(W)

T：放電時間(h)

Ef：機器轉換效率(約0.6～0.75)

η： 電池放電效率(約0.7～0.8)

Vf ：機器截止電壓

4 UPS電池的充電模式

4．1 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的。可以任意選擇和調整充電電流，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，所以充電時為避免充電后期電流過大，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，應嚴格按照充電的規范(表1)來操作。

表1 蓄電池充電規范

4.2 恒壓充電

恒壓充電是指每只單格蓄電池均以一恒定電壓(一般取單格電池數乘以2．5v)進行充電。特點是：初始充電電流相當大，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，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4～5h蓄電池即可獲得本身容量的90％ ～95％ ；如果充電電壓選擇得當，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，對放電深度過大的蓄電池充電時，會引起初始充電電流急驟上升，易造成被充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，因此不適用于蓄電池的初充電和去硫充電。充電過程中對蓄電池電壓的變化很難補償，所以對容量恢復較慢的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蓄電池溫升過高等；過低則會使蓄電池充電不足，導致容量降低、壽命縮短。

表2 充電電壓選擇 V

4.3 快速充電

快速充電是指以大電流方法的充電方式。快速充電不產生大量的氣泡又不發熱，從而可縮短充電時間。目前，常用的快速充電主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C20 A大電流充電，使蓄電池在短時間內充至額定容量的50％～60％。當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)，如此循環直至充足。

2．大電流遞減充電主要是利用了蓄電池在低荷電狀態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，直至蓄電池充足。上述方法具有充電時間短(一般新蓄電池初充電不超過5h，補充充電只需0.5～1.0 h)、空氣污染小、省電節能以及不需專人看管等優點。一般適用于要求在極短的時間內對蓄電池實施快速充電的場合，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蓄電池進行初充電。

4.4 均衡充電

均衡充電是以小電流(1／20C20A)進行1—3h的充電過程。主要用來消除一組浮充電運行(即將直流電源和蓄電池并聯連接的工作方式)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，但當蓄電池出現下列情況之一時。必須進行均衡充電：

1．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．蓄電池個別單格電壓、電解液密度偏低，全組電池產生

差別時。

3．沒有按規定周期實施充、放電時。

4.5 恒壓限流充電

恒壓限流充電主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蓄電池之間串聯一電阻(限流電阻)來自動調節充電電流。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蓄電池的補充充電。

4.6 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跟蹤蓄電池可接受的充電電流。應用du／dt技術，即充電電源根據蓄電池的狀態自動確定充電工藝參數，使充電電流自始至終保持在蓄電池可接受的充電電流曲線附近，保持蓄電池幾乎在無氣體析出的狀態下充電，從而保護蓄電池。該方法適用于對各種狀態、類型的蓄電池充電，安全、可靠、省時和節能。

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