蓄电池的使用维护和容量配置
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产品简介
目前, 许多UPS、EPS、直流电源被广泛地应用在机场的许多重要部门，其工作稳定性和可靠性显得极其重要。蓄电池是其中的一个重要组成部分，它的优劣直接关系到整个供电系统的可靠程度。对蓄电池的监测管理不当和蓄电池的容量配置不合适，就会造成系统故障，严重影响机场供电的安全和稳定。蓄电池的价格较高，占据其电源总成本的1/4～1/2之多。不仅如此，实际维修也表明，约有50%以上的电源故障与蓄电池有关。对蓄电池进行合理的监测管理和适当配置容量，有利延长蓄电池寿命和节约开支。因此，蓄电池容量的正确配置和对蓄电池的监测管理就显得非常重要。
在衡量蓄电池的指标中，电池的额定电压和额定容量是两个最常用的技术指标。例如，日本汤浅NP6—12型蓄电池的额定电压为12V，额定容量是6Ah；德国阳光A406/165型蓄电池的额定电压为6V，额定容量是165Ah。
中试控股电力讲解电池的容量是指充足电的电池放电到终止电压时输出的电量。在恒流放电的情况下，容量 Q=It
式中 Q——电池放出的电量，Ah；
I——放电电流，A；
t——放电时间，h。
所谓终止电压指电池低于这一规定的电压时，电池就无法正常工作的电压。换言之，电池在低于终止电压的情况下继续放电使用，可能会造成电池永久性损坏。电池的额定容量或标称容量用字母C表示。例如，额定容量为6Ah的电池，C=6Ah；额定容量为24Ah的电池，C=24Ah。
容量的概念实质是电池能量转化的表示方式。例如，考虑到电池的端电压E=12V在实际使用时保持近乎不变的事实及输出能量表达式W(t)=IVt=IEt，因此，6Ah从能量效果的角度，可理解为NP6—12型蓄电池在保持端电压不变的情况下释放能量，若以6A电流放电可释放1h或以1A的电流放电6h。
二、放电制与放电速率
在研究电池时，常常规定统一的放电时间，称为放电制。利用给出的放电制就能通过额定的容量求出放电电流。放电电流(A)=电池的额定容量(Ah)/放电制时间(h)。为了对容量不同的电池进行比较，放电电流不用绝对值(安培)表示，而用额定容量C与放电制时间的比来表示，称作放电速率或放电倍率。10h制的放电速率就是C/10=0.1C，单位为A。因此，上述NP6—12型电池的容量指标6Ah是在10h制的放电速率，即0.1C放电速率下测定的。对于NP6—12型电池，0.1C等于0.6A的电流。
三、测试蓄电池
测试蓄电池的目的是确定该电池是否满足电源的使用要求。这在更换电池和判定原有电池是否失效时是必须的。
1．测量电池的端电压
(1)离线测量电池的端电压
离线测量电池的端电压是指电池在脱离原连接线路的情况下，使用万用表的DC电压档或电压表直接测量电池两端的电压。被测电池端电压为12V左右，最低不能低于10.5V。不足10.5V的电池即为欠压或可能已失效的电池。若这种电池在经过充电或激活充电后端电压仍达不到12V，即为失效电池。
(2)在线测量电池的端电压
在线测量电池的端电压是指在电源工作的情况下，使用万用表的DC电压档或电压表测量电池两端的电压。市电供电时，由于电池处于充电状态，端电压大于12V。在电池放电时，当电池的端电压下降到10.5V时，正常的电源会启动设备内的电池欠压自动保护电路，使设备自动停止供电来防止电池过度放电。若电池在达到放电终止电压时没达到规定的放电时间则说明电池容量已减少。
3．判别蓄电池的内阻和容量
质量良好的电池内阻在20～30mΩ左右，当内阻超过80mΩ时，需要对电池做均衡充电处理或活化处理。电池内阻的增大，必然伴随实际输出能量的降低，从而表现为电池的容量减小。此外，还有造成电池的容量减小其他因素，如电解液损失等。
中试控股电力讲解测试电池内阻是否增大，决不可用万用表的电阻档直接测量，应采用间接测量计算的方法，实际维修时可用如下简单方法判别电池的内阻是否增大：用一节好的电池和一节怀疑内阻增大的电池做串联充电实验(如在500VA的UPS中两节12V电池串联使用)。在充电过程中同时测量对比两节电池的端电压，内阻增大的电池获得的充电电压比好电池高，充电电压差别大小反映出内阻差别的程度。若电池仅仅是容量不足，则主要表现为蓄电池供电的时间缩短。
四、科学使用蓄电池
科学使用电池就是要明确电池的正确使用方法，延长电池的寿命，使之发挥最大的作用。
1．采用正确浮充方式
在浮充状况下，采用恒压限流充电方式，浮充电压必须控制在一个较小的范围内，在该电压下充入的电量应足以补偿蓄电池由于自放电而损失的电量。因此，蓄电池的浮充电压不能过高或过低，过高会造成过充电，过低会造成充电不足。同理，其充电电流也不能过高或过低。以GFM系列蓄电池为例（其蓄电池单体电压为2V），当充电电压高于2.40V/只和充电电流大于0.01C10A 时，气体复合效率快速降低，大量析出的气体不能及时被复合而被排出，造成电池电解液逐渐干枯，电池温度也会逐渐升高，电池的使用寿命将会大大缩短。在25℃ 时GFM系列蓄电池的充电电压应为每只2.26 V±0.01V，充电电流应为0.005C10A。此时气体的复合效率极高，几乎达到100%，充电过程中产生的气体几乎100%再复合成水，电池电解液的饱和度基本不受影响，从而保证了蓄电池的正常使用寿命。此外，浮充电压要根据蓄电池的工作温度进行补偿，通常单只蓄电池的温度校正系数为3mV/℃。
2. 采用正确均衡充电方式
当使用中的蓄电池因市电停电等原因放电之后或在长期浮充运行中出现了落后电池（以GFM系列蓄电池为例，其电压低于2.20 V/只）时，须对电池组进行均衡充电。其方法为初期恒流（0.1C10～0.125C10A）充至2.35V/只之后，保持2.35V/只恒压充电。对很少放电的蓄电池组，每隔三个月左右进行一次3小时率检查放电（以GFM系列蓄电池为例，以0.25 C10A放电3小时，单体电池电压不低于1.70V）或每个月进行一次0.1 C10A放3～4小时的浅放电。然后以0.1C10A电流充电至2.35V/只，再保持2.35V/只恒压充电20～30小时，随后转入浮充电运行。这对确认电池在运行过程中容量的可靠性和延长电池寿命十分有利。
3. 中试控股电力讲解保证蓄电池运行温度
蓄电池的放电容量会随温度的升、降而随之增大、减小。温度升高时，蓄电池中极板受硫酸腐蚀加剧，从而使其寿命缩短。环境温度每升高10℃,电池的寿命约减小50%。浮充电压也应根据温度进行补偿，当环境温度高于25℃时，充电电压应减小，以防止造成过充电；当环境温度低于25℃ 时，充电电压应提高，以防止充电不足。
4．防止电池过流放电
电池实际放出的容量与放电电流有关。放电电流越大，电池的效率越低。例如，12V/24Ah的电池当放电电流为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，提高电池的效率。一般电路设计和用户选择负载，都要保证电池放电电流不超过2C。
5．防止电池深度放电
尽管小电流放电，能提高电池的效率，但是当用极小电流(小于0.05C)长时间放电时，将导致电池实际放出容量超过其额定容量，从而造成电池严重的深度放电。按厂家的数据，当电池放电深度为100%时，电池实际使用寿命约为200～250次充放电循环；放电深度为50%时，约为500～600次充放电循环。因此，在使用蓄电池时，既要避免重载过流放电，又要避免长时间轻载工作造成电池深度放电。
在电源系统中，电池容量适当配置也十分重要。容量配置过大，蓄电池不能充分被利用，浪费资源；容量配置过小，又不能满足用户对后备时间的要求，且对电池的寿命不利。浅放电对电池的寿命更有利。对相同负载，选容量较大的电池，放电深度较浅，对电池寿命有利。
1. 蓄电池容量计算方法
蓄电池容量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。选择电池的容量，先计算出要求放电的电流值，然后根据蓄电池生产厂家提供的放电特性曲线和用户要求的备用时间进行选择。
（1） 蓄电池最大放电电流计算
蓄电池最大放电电流值按下式计算：
| I最大= | PCOSφ |
| ηN E临界 |
式中： I最大——蓄电池最大放电电流值
P——额定输出功率
cosΦ——输出功率因数
η——逆变效率
E临界——放电时单体蓄电池的临界放电电压（12V蓄电池的临界放电电压取10V）
N——蓄电池组的单体电池数
（2）放电电流计算
由于在放电过程中，蓄电池的放电电流是变化的，蓄电池刚放电时的电流值明显小于I最大，根据蓄电池的放电状态，一般取0.8作为校正因数。电池实际所需的放电电流I=0.8I最大。
（3）蓄电池容量计算
计算出电池实际所需的放电电流值后，再根据所要求的备用时间按照蓄电池生产厂家所提供的蓄电池放电特性曲线找出要求蓄电池组提供的放电速率，按下式计算出要求配置的蓄电池容量。
| 蓄电池容量(Ah)= | 蓄电池实际所需放电电流 |
| 蓄电池放电速率 |
2. 举例说明
例如机场三期扩建工程选用的一台120KVA UPS，其输出功率因数为0.8,直流逆变效率为90%，蓄电池组由40节12V电池组成，要求备用时间为半小时，蓄电池选德国阳光阀控式A412系列蓄电池，其放电特性曲线见下图。
计算蓄电池的最大放电电流值
| I最大 = | PCOSφ | = | 120×103×0.8 | = | 267A |
| ηNE临界 | 0.9×40×10 |
I=0.8I最大=0.8×267A=213A
根据备用时间为半小时，在图4中查出，蓄电池的放电速率为1C10，则蓄电池的容量为：
| Ah= | 213A | =213Ah |
| 1/h |
六、 结语
（1）在电源系统中，首先要选择合适的蓄电池组的容量。
（2）系统在运行过程中，要对蓄电池组运行状态进行实时监测，包括检测蓄电池电压、电流、实际容量、温度等参数，根据获得的值对蓄电池进行管理。
经过对机场UPS、EPS及直流电源的运行实践表明：适当的蓄电池容量配置和对蓄电池加以正确使用和监测管理不但对延长蓄电池寿命有利，对整个电源系统稳定、安全地运行也极为有利，从而对机场供电的安全运行提供了可靠保障。
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