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台达UPS后备VRLA电池的维护 (2007/08/24 10:12)
| 台达UPS后备VRLA电池的维护 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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一.概述
1．蓄电池在UPS系统中的重要作用
蓄电池是UPS系统中的重要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度，因此UPS蓄电池的使用环境、日常维护状况对UPS的使用性能、工作寿命有着较大的影响。由于在使用过程中电池运行环境很难满足电池的使用要求,故决定了电池是整个UPS系统中平均无故障时间（MTBF）最短的一种器件。
没有电池的UPS只能称作稳压稳频（CVCF）电源。UPS之所以能够实现不间断供电，是因为在市电异常时有蓄电池为其供应电能：UPS逆变器直接将蓄电池的化学能变成交流电能输送出去，使用电设备得以连续运行下去。由此可见电池在一个不间断电源（UPS）系统中重要作用，可以说蓄电池是整个UPS系统的支柱。
2．蓄电池的使用寿命
目前，UPS（特别是小容量UPS）需求后备时间较长，电池成本占据着UPS电源总成本的50%之多。不仅如此，据统计，在UPS 实际维护过程中，50%以上的UPS电源故障与UPS蓄电池有关。而UPS蓄电池的失效也主要表现为电池单体落后，整组电池容量不足或电池组瞬间放电电流不满足带载启动要求等原因。
国内UPS电池性能一般在正常使用条件下的能够使用5年左右，但目前国内有相当部分UPS电池在投入使用不到1年就开始出现问题。部分品牌的电池更是由于制造工艺上先天的缺陷以及长期缺乏必要的维护导致使用寿命更短。值得注意的是：许多使用单位由于缺乏维护知识和必要的测试手段，根本不清楚自己系统UPS蓄电池的运行状况，是否健康，这就为UPS系统正常运行埋下隐患。如果用户能够正确使用和维护蓄电池，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会大大缩短。
3．蓄电池的分类及主要特点
蓄电池的种类一般可分为铅酸电池、固定阀控铅酸电池及镍镉电池等，它们各自的特点如下:：
1．铅酸电池，一般型电池，也称为防爆式电池（FM）。 在运行过程中需加水维护，期望寿命1~3年， 充放电时会产生氢气，安置地点须设置排风管以免造成危险；电解液呈酸性，会腐蚀金属,需经常加水维护。价格低廉是其优点，一般都使用透明的电池壳，维护人员可以看见电池内部状态,对电池的运行性能有一定预见性。
.2．固定阀控铅酸电池，又称为铅酸电池免维护电池（VRLA），新型电池,运行期间理论上无需加水,期望寿命一般为5~7年甚至更长,阀控密封式充电不会产生任何有害气体，无液体，鼓摆设容易，不需考虑安置地点通风问题。免保养，免维护,放电率高，特性稳定是其主要特点，但对电池运行状态没有简便的测试方法无法预测电池的运行状态。
3．镍镉电池，高级电池，用于特殊场合及特殊设备上，需加水，期望寿命20~40年，水为介质，充放电不会产生有害气体，失水率低，但需要固定时间加水及保养，放电特性最佳，可放置于任何恶劣环境，但价格极高。台达UPS以及国内大部分品牌UPS都考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本等因素，一般选择固定阀控铅酸电池及铅酸电池免维护电池。台达UPS长效型外置电池推荐使用自己品牌铅酸免维护电池及中达电通DCF126蓄电池或其它品牌优质免维护电池。
下面主要针对台达UPS的和中达电通DCF126电池特点,谈电池的选择,使用,维护以及常见故障,问题分析。..
二. 电池的选用
2.1 UPS电池选择考虑因子
根据台达UPS的使用特点，与之相配的固定阀控铅酸电池需要从电池使用温度范围、电池使用寿命以及电池放电特性等方面进行考察。
2.1.1电池使用温度范围
在一些地区，冬天的温度在-15℃以下，而夏天的温度在35℃以上。固定阀控铅酸电池在与UPS配套使用时，可能安装在没有空调的房间内。那就要求所用的固定阀控铅酸电池在该环境温度范围下正常使用，即要求电池有着比较宽的温度使用范围，电池随着使用温度变化的参数很多，如电解液的粘稠度，电池活性物质的反应效率等，从而影响到电池放电性能，具体表现为电池的放电容量随着使用环境温度增减而增减.在电信行业中电池的报废标准是以额定容量的80%为标准，小于该数值为报废电池.在一般行业中，实际考虑电池容量配置时一般要求提供容量为电池额定容量80%。即电池在温度范围内最低温度点电池容量不得低于额定容量的80%。
2.1. 2固定阀控铅酸电池的使用寿命
固定阀控铅酸电池的寿命分浮充设计寿命和循环使用寿命。
2. 1.2.1固定阀控铅酸电池的浮充使用寿命
固定阀控铅酸电池的浮充设计寿命为电池处于浮充状态下的使用寿命的重要参考值。其参数一般来至于电池高温加速寿命试验数据。其与电池正极板栅腐蚀速度，气体复合率，活性物质的转化率等有着直接的关系。但由于实际使用过程，使用环境等不确定因子的影响，电池的实际使用寿命往往要少的多。在国内要求使用UPS地方一般市电环境较好，故电池一般处于浮充状态，鼓电池的浮充设计寿命考虑的参数。 中达电通DCF126-2v电池的浮充设计寿命为15年，DCF126-12v电池的浮充设计寿命为10 年。
2.1.2.2固定阀控铅酸电池的循环使用寿命
固定阀控铅酸电池的循环使用寿命参数是蓄电池作为循环使用是寿命参数，其参数与电池板栅材料，制造工艺有着较大的关系。
2.1.2.3固定阀控铅酸电池的放电特性
固定阀控铅酸电池的放电特性是与UPS配用时重要参数，不同固定阀控铅酸电池即使电池容量相同，但在相同时间内能够提供功率不尽相同。 台达UPS与同容量的其它品牌UPS相比，所需的电池电压较低，自身转换效率高，从而也要求电池有较高的电池放电特性。
2．2电池配置计算方法及台达UPS相关参数值
正确的选择UPS后备电池容量，对UPS的正常运行至关重要。电池容量选择偏小不仅不能满足UPS后备时间，还因电池放电倍率太大。将严重影响电池使用性能，寿命。同时给系统的运行带来极大的隐患。
蓄电池容量(ah)是指在标准环境温度下，电池在给定时间指点终止电压时，可提供的恒定电流(A)与持续放电时间(h)的乘积。在确定了UPS的品牌和后备时间下。我们可以根据蓄电池品牌样本数据中提供的恒功率放电数据表或者横流放电曲线，通过功率法，估算法以及电源法来计算确定蓄电池的型号和容量。
1．恒功率法(查表法)
这种方法比较简便，根据蓄电池恒功率放电参数可以快速准确地选出蓄电池的型号。首先计算在后备时间内，每个2v单体电池至少应向UPS提供的恒功率。
P（W） 电池组提供的总功率 P（VA）UPS标称容量（VA）
Pf UPS功率因子 η 逆变器转换效率
Pnc 每cell需要提供的功率 n 机器配置的电池数量
N 单体电池cell数 Vmin 电池单体终止电压
计算步骤：
P（W）={P（VA）*Pf}/η
Pnc=P（W）/（N*n）
我们可以在厂家提供的Vmin下的恒功率放电参数表中，找出等于或者稍大于Pnc的功率值，这一功率值所对应的型号即能够满足UPS系统的要求。如果表中所列的功率值均小于Pnc。可以通过多组电池并联的方式达到要求。
2．估算法
这是根据蓄电池的恒流放电曲线来确定蓄电池容量和型号的方法，首先计算PS系统要求的电池最大电流：
Imax 电池组提供最大电流 Umin 电池组的最底电压
Imax= {P（VA）*Pf}/（η* Umin）
可以根据UPS要求的后备时间从电池恒流放电曲线中查出放电速率n，然后根据放电速率的定义：n= Imax/C10，得出配置蓄电池的额定容量C10并确定电池型号。
3．电源法
该计算方法是国家吸信息产业部为通信行业电池容量选择而规定方法。
I 电池组电流 Q 电池组容量
K 电池保险系数 T 电池放电时间
H 电池放电系数 A 电池温度系数
I=(P(VA)*Pf)/µUmin
Q≥KIT/H(1+A(t-25))
例:台达NT系列320KVA UPS 后备时间15min，选用中达电通DCF126-12系列电池。计算电池容量。 电池单体终止电压设为1。85v/。UPS的功率因子取0。8，逆变器转换效率为0。95%。选用200ah电池。
1．恒功率法
每电池单体提供功率 Pnc=269474/(29*6)=1549W
3组电池提供，每组电池单体功率为P=1549/3=516W 查表电池恒功率表资料为1．85v电池提供功率为519W可以满足。
即:电池选用3组200ah，计87节200ah
2．估算法
Imax= {P（VA）*Pf}/（η* Umin）=(320*1000*0。8)/(0。95*1。85*29*6)
=837A
n= Imax/C10=837A/0。93=900A 30min电池的放电效率为0。93
即:电池选用5组200ah，计145节200ah。
3．电源法
I=(P(VA)*Pf)/µUmin=(320000*0。8)/(0。95*1。85*6*29)
=837A
电池的每单体为1。85v。电池组电压为1。85*6*29
Q≥KIT/H(1+A(T-25))
≥1。25*837*0。25/0。33
≥792ah
15min电池的容量换算系数取0。33，温度为25℃
电池选用200ah 4组计为116节200ah电池
从计算结果可以看出，选用不同的计算方法，计算结果不同。可以看出计算结果电流估算法计算电池容量＞电源法计算结果＞恒功率法。
在实际使用过程需要根据实际情况，而确定选用计算方法。各有侧重点不同。
从满足使用要求降低成本的思想出发，应选用横功率法，该方法也使用普遍的方法。
从安全使用的角度出发，选择电源法；
在不知选配什么品牌蓄电池的情况下选用该方法计算，而一般在实际选用电池容量是计算结果的75%的电池容量即可满足UPS系统正常使用。
2．2．3台达UPS直流电源参数值
三.电池的安装
3．1电池安装环境要求
保持适宜的环境温度。影响蓄电池寿命的重要因素是环境温度，一般电池生产厂家要求的最佳环境温度是在20－25℃之间。虽然温度的升高对电池放电能力有所提高，但付出的代价却是电池的寿命大大缩短。据试验测定，环境温度一旦超过25℃，每升高10℃，电池的寿命就要缩短一半。目前UPS所用的蓄电池一般都是免维护的密封铅酸蓄电池，设计寿命普遍是5年，这在电池生产厂家要求的环境下才能达到。达不到规定的环境要求，其寿命的长短就有很大的差异。另外，环境温度的提高，会导致电池内部化学活性增强，从而产生大量的热能，又会反过来促使周围环境温度升高，这种恶性循环，会加速缩短电池的寿命。
远离热源和放射源，避免阳光直照。阀控铅酸蓄电池为贫液式电池，存在着热失控的隐患。电池对温度的影响较为敏感。在热源和放射源，避免阳光直照下，电池在使用过程中，尤其在充电情况下，极易发生热失控，或者出现鼓肚现象。
电池安装地地板承重能力好。电池的主要原材料主要为铅，电池都比较重，台达UPS的后备电池组多数在20只以上12V电池组成，且一般情况下为了节省空间多数采用多层电池架，楼板的单位面积上的压力在1000kg/m2，这就要求楼板有较高的承重能力。一般工程房可以满足安装的需要。在不能满足的地方安装需要采用其它手段来分散压力。
3．2UPS电池安装过程及注意事项
1)安装人员(或工程队)接到安装的任务指令，准备好相关的数据(如各厂家电池安装、记录表等)及全套安装工具(包括万用表等)，落实工程开工日期及工程进度等。
2)安装人员(或工程队)应携带少量系统备件(如螺钉等)抵达安装地点，取得详细的安装工程进度表，讨论工程细节(如安装方式、承重情况等)。
3)在开始安装工程前，应组织安装人员(或工程队)进行培训，介绍安装过程中的注意事项及电池使用方法和维护注意事项，安装过程中一定要注意安全。
4)安装人员(或工程队)进行电池的开箱检查及配件的清点，装箱单请督导人员签字并收回，配件箱中电池安装系统图、安装使用说明书等档应收好，待安装工程结束后交由通信公司的技术人员负责保管。
5)按照施工图纸检查电池在机房的摆放位置是否合理，是否预留了维护空间，是否和热源及可能产生火花的地方(如保险盒等)保持有0．5米以上的距离，是否摆放在空调机下面，如果不符合，应先请示通信公司的工程部是否修改，修改已否都要有备忘录。
6)开箱取出电池的系统图，应严格按照电池的系统图进行安装，不允许缺漏任何的系统件的安装(包括电池单体编号的粘贴)，所有系统件(备件)应和安装图中规定的型号规格完全一致。
7)安装。因电池已带电，要注意防止短路，所有安装工具都要缠上绝缘胶布。
8)安装连接条前应先用干净的麻布擦去电池极柱及外壳和钢架上的灰尘，尤其要保证极柱上的灰尘擦干净。单体编号要贴牢。
9)安装后要逐个检查所有螺钉是否拧紧。要指定专人检查，专人负责，确保所有螺钉处于拧紧状态。
10)安装检查结束后，测量并记录所有电池单体的开路电压和电池组的总电压，并填写安装统计表(或其它类似的安装表)。
11)安装后如果没有接市电，应断开电池和UPS的连接。若由于某种原因不能断开设备和电池的连接(原则上是不允许的，尤其是长时间连接更不允许)，应同时将两组电池都连接上，不允许只接其中一组电池，同时记录连接的起始时间和设备的耗电电流，作好记录。无论是否进行过此种连接，则在正式开通前必须对电池组进行补充电，补充电的时间为单体电压为2．35V／只，充电12小时。否则会对以后电池的正常使用带来极大的危害。
12)安装、调试结束后，按照要求填写相关的表格，检查电池外观情况并记录，同时再检查各个连接螺钉有无拧紧，确保电池防震、防滑及电池间连接可靠。测量每个单体电池的浮充电压并记录。
3．3 中达电通提供有特色的电池安装柜
考虑到机房的一致行和美观性，台达UPS，R，H，NT，C系列都将配有与主机外观相近或者完全一样的电池柜。同时配有DCF126-12专用的电池柜，同以型号可以配置多中型号电池。可以兼顾其它品牌电池的安装。
四.电池的日常维护
4．1台达UPS能够提供的电池维护
台达UPS对电池管理比较强大。具体有以下管理功能(以NT为例)。
UPS具有快速充电功能，可以通过限流恒压的方式对电池快速回充电池，电池的均充，浮充充电电压，充电电流皆可调。
UPS具有电池充电自动温度补偿功能，避免电池的过充和欠充，热失控现象的发生。
UPS具有电池漏液测试功能，在电池使用过程中最严重现象莫过于电池的燃烧，电池燃烧主要由于电池连接松动或电池漏液与电池架短路所造成，但由于目前国内12V电池的密封性能仍不过关，很容易出现电池漏液的现象。台达电池漏液测试功能能够及时的发现电池的漏液问题，从而避免电池燃烧等现象的产生。
UPS具有放电终止电压随负载不同而变更功能，该功能能够很好控制电池的放电深度，从而防止电池的深发放电，避免电厂过放电池，保证电池的使用性能和使用寿命。
UPS具有安全的电池在线放电检测功能，由于阀控铅酸蓄电池没有有效的简便方法来检测电池性能。故只有通过电池的放电容量来检测。而对UPS脱离市电全由电池池供电，在不清楚电池性能的情况下，风险较大。台达具有此项功能后，很好解决此问题。
UPS具有定期放电活化及更换电池日期的提醒功能，电池在长期浮充下，为保持电池性能需要对电池进行均衡充电。蓄电池都一定使用寿命，台达UPS可以根据设计好的年限实时提醒维护人员早做准备，及时更换电池。保证系统的无隐患正常运行。
UPS具有宽广的输入电压范围，电池的是用寿命与电池使用频率有着较大。应避免电池频繁使用。台达UPS有着宽广的电压使用范围，从而避免电池频繁放电，保证电池的使用寿命。
UPS具有可共享电池组功能，在满足使用要求的情况下能够节省一套电池组，尤其当一台UPS故障停机的情况下，所配电池投入使用，没有电池也因故停用。
4．2日常维护注意事项
以前有个错误观念认为阀控蓄电池是免维护蓄电池，免维护很容易给人造成是无须维护而不闻不问。其实蓄电池的变化是一个渐进的过程，为保证电池的良好使用，作好运行记录是相当重要的。
安装使用初期的维护工作重点
1、及时安装投入使用，避免长期贮存和人为故障；
2、连接可靠，不得出现虚接，压降过大等问题，记录开路电压 ；
3、开通需均充补充电，以弥补运输和贮存周期带来的容量损失 ；
4、首次容量检查应认真做好，测出实际容量值，放电参数尽可能靠近10小时率，并保证结束后完全充满 ；
5、容量检查时，同时检查端子压降、单体温度、排气阀是否可靠；
6、设定好和蓄电池相关的开关电源参数，做好详细维护记录 。
使用一段时间后（约一个月至三个月之间）的维护工作重点
1、连接是否可靠 ；
2、浮充电压的一致性，检查有无落后电池；
3、设定参数有无漂移，是否稳定，特别是电池充电电压值和充电电流值必须稳定可靠 ；
4、检查单体电池有无泄漏，反极 ；
5、检查排气阀工作是否正常（常闭或常开）。
使用过程中及使用后期的维护工作重点
1、系统连接检查 ；
2、做好安全隐患的排除；
3、可能造成泄漏的部位，如端子、排气阀、壳盖间的密封检查；
4、设置参数和实际参数的校对 ；
5、浮充电压与浮充电流的检查及调整 ；
6、定时换气、通风，将酸雾 排出；
7、做好定期容量检查，使用前三年，容量检查放出50％即可。三年后每年做全容量检查。参数设置不对而导致电池的内阻增大，这种情况一般是先联系相关厂家对电池进行活化处理，若容量还不能恢复，就要进行更换。
五．电池常见故障，问题及原因分析
六．总结
国内蓄电池生产厂家众多，品牌超过一千个，国内配套UPS用的阀控铅酸蓄电池品牌主要分为进口品牌如EXIDE、HOPPECKE、HAWKER等。合资品牌如Yuasa、沈杨松下、C&D等，国内品牌如光宇、双豋、南都、华达、圣杨、里士等。
大部分国际和国内的知名品牌蓄电池的质量都是可以信赖的，只有一些小规模的蓄电池质量不稳定。但是大部分用户不具备蓄电池检测的设备和手段，因此给用户的选择造成很大的困难。一般蓄电池设计寿命普遍为5年，然而有的蓄电池可以使用6－7年，而有的使用1年左右就开始出现问题。其中有电池质量问题，但其主要原因还是由于部分蓄电池性能不能满足UPS使用的要求、VRLA蓄电池容量的选择不正确以及日常使用维护不当等原因造成的，因此蓄电池的选择和维护对其的使用寿命尤为重要。
由于台达UPS有着强大的电池管理功能，再加上维护人员平时的维护工作，因此能够保证电池的使用性能和使用年限。
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