UPS电池容量与放电率影响分析

UPS厂商在配置蓄电池时，所选用的设计容量是完全满足甚至超过负载不停电供电的功率容量和供电时间要求的，但是在UPS投入运行后，用户常常发现在市电停电后UPS不停电供电的实际时间远小于设计值，造成这种现象的原因，大多数情况下并不是最初配置时蓄电池的备用容量不够，而是蓄电池的容量没有发挥出来。造成蓄电池实际容量降低的原因很多，有电池质量问题，但更多的是使用和维护问题。

(1)电池容量

铅酸蓄电池的极板在制造过程中，对生极板进行充电化成，便正极板上的铅变成二氧化铅，负极板上的铅变为海绵状铅，但是制造厂商对极板进行化成的时间有限，不可能将所有的物质均转化成活性物质，为此，国家标准规定新电池达到90%容量为合格，只有在随后的日常使用中，容量逐渐达到正常值，安装两年后要求达到100%。

电池组的额定容量是在规定的放电率下得出的，

放电率(1/H)=放电电流(A)/电池额定容量(Ah)

例如，UPS电源中所用的小型蓄电池的典型规格之一是l2V、6Ah/2Ohv，此规格定义为输出直流电压l2V，标称容量为6Ah，放电率条件为20hr。具体含意是:把输出直流电压l2V的电池组置于以20H恒放电率条件下进行放电，一直放到其输出电压由l2V降到l0.5V时，所测到的总安时数应为6Ah。

我国、日本、德国工业用电池采用10小时率(表示为C10)，美国工业用电池标准为8小时率(表示为C8，)。在实际使用时，其放电率并不等于标准容量规定的放电率，当实际放电率大于标称容量规定的放电率时，其实际输出的容量要小于标称容量。

我国电力、邮电标准规定，10小时率电池，当采用1小时率放电时，其容量为标称容量的55%，即0.55C10。日本工业标准规定2V/10小时率电池，1小时率时容量为0.65C10，6V、12V，10小时率电池，1小时率容量为0.6C10。20小时率电池，10小时率容量为0.93C20，1小时率容量为0.56C20。

蓄电池的寿命有两种表达方法:一种为深循环使用的电池，另一种为浮充使用的备用电源电池。深循环使用的电池以深循环次数来表示其使用寿命，以0.8C10深度充放电循环使用的电池，其寿命达到1200次以上，而浮充使用的电池，年限可达到10~20年。蓄电池只有80%容量时认为寿命终止。

实际使用寿命与设计使用寿命有很大差别，这主要取决于电池中水的损失情况。在设计条件下使用可达到设计寿命，而当外部条件如温度、充电电压、放电深度等变化超出设计要求时，实际使用寿命会大大低于设计寿命，实际使用容量也会低于设计容量。

(2)放电率对电池实际可输出容量的影响

电池容量C(Ah)等于放电电流(A)与电池电压达到下限值的放电时间(h)的乘积，而放电率(1/h)是实际放电电流(A)与电池标称容量(Ah)的比值。

在UPS的实际运行中，市电掉电后，要求电池逆变承担全部的负载功率，放电率视后备时间的不同而有很大差别，例如标机在1Omin左右，维持时间很短，放电率很大，长延时机可达4h或8h，放电率很小。所以蓄电池的实际放电率并非蓄电池规格定义中的放电率，图5-1所示的放电曲线反映了不同的放电率对电池容量的影响。

由图5-1中曲线可知，屯池的实际放电电流越小，电池的电压能维持的稳定时间越长，反之亦然。例如，对1OOHR电池组而言，当放电电流为5A时，放电率为0.O5C，其输出电压维持在12V以上的时间长达10h以上，当电池电压下降到临界电压10.5V时，放电时间可达2Oh，电池释放的容量基本上是它的标称容量。若将放电电流增大至1OOA，放电率为1C，则输出电压维持在l2V以上的时间不到1Omin。当电池电压下降到临界电压时，可维持放电时间超过3Omin，实际放出的容量为58.3.M左右，远低于标称容量1OOAh。

电池组允许的放电临界电压值和实际可供利用的容量(AM都弓电池的放电电流大小有密切的关系。

蓄电池所允许放电时间为电池在实际放电电流下进行放电时，电池电压从额定值下降到它所允许的临界电压时所用的时间。

蓄电池可供使用的效率为它在实际放电电流下所能释放出的实际最大容量与它的额定容量的比值。

要注意在不同的放电率情况下，电池端电压下降的临界值也在变化，放电率低时，例如0.01C时，实际释放的容量接近标称容量，所允许的电池端电压下降也高(10.5V)，放电率大时例如1C，实际释放的容量小，但允许的电池端电压也可以低些(8V)。

过度的大电流放电工作方式是不利的。在为UPS配置电池时，单凭UPS在电池逆变期间所需要的输出电流和电池供电时间来配置所用电池的标称容量是不够的，还必须根据电池逆变时的放电率和所选电池规格的输出特性，适当增大所配电池容量。■