ups電池培訓教材ppt課件

1、UPS蓄電池蓄電池的的維護維護MGE UPS SYSTEMS page 1;.1 電池的工作原理電池的工作原理w電池在電池在UPS中的作用：中的作用： 線性負載UPS要為負載提供一定的后備時間，就必須具有電能的儲存；到目前為止，還沒有找到一種技術(shù)能夠儲存交流電能，也就是說電能的儲存技術(shù)仍然只能采用直流形式。 電池在UPS電源中的主要作用就是儲存電能，一旦市電中斷，由電池放電供給逆變器，由逆變器將電池釋放出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎医涣麟?，維持UPS電源的正常輸出，確保計算機在一定的時間內(nèi)正常用電。 在市電正常供電時，電池在整流充電電路中儲存電能，同時對直流電路起到平滑濾波的作用，并在逆變器發(fā)生過載時，

2、起到緩沖器的作用。page 2page 2;.w電池的分類：電池的分類： 電池在電池在UPS電源中已得到廣泛的應用，其品種繁多，型號齊全，規(guī)格各異，但按電源中已得到廣泛的應用，其品種繁多，型號齊全，規(guī)格各異，但按其基本性質(zhì)電池可以分為酸性電池和堿性電池兩大類：其基本性質(zhì)電池可以分為酸性電池和堿性電池兩大類：酸性電池酸性電池：酸性電池的電解液一般是由稀硫酸（H2SO4）或者膠體硫酸構(gòu)成，極板由鉛Pb和過氧化鋁PbO2構(gòu)成，通過化學反應貯存電荷，起到電池儲能的作用；堿性電池堿性電池：堿性電池的電解液一般是由氫氧化鉀KOH或者氫氧化鈉NaOH（燒堿）組成。極板由于電池的結(jié)構(gòu)不同而各異。如鎘鎳電池正極

3、板是氫氧化鎳Ni(OH)3，負極板是鎘Cd；鐵鎳電池的正極板是氫氧化鎳Ni(OH)3，負極板是鐵Fe；銀鋅電池的正極板是過氧化銀Ag2O3，負極板是鋅Zn。電池也可以按照使用方式進行分類，可以分為開口型、密封型兩大類電池。電池也可以按照使用方式進行分類，可以分為開口型、密封型兩大類電池。page 31 電池的工作原理電池的工作原理page 3;.鉛酸蓄電池的分類w 目前國內(nèi)外生產(chǎn)的VRLA電池主要采用兩種技術(shù)：AGM技術(shù)和GEL技術(shù)。AGM技術(shù)是貧液式設計，電池內(nèi)部沒有流動的電解液，它采用超細玻璃棉隔板，隔板吸收了足夠的電解液后仍保持10%左右的孔隙作為氧氣的復合通道，正極析出的氧到負極復合，

4、以實現(xiàn)氧的循環(huán)。它具有自放電小、充電效率高的優(yōu)點，極群采用緊裝配，內(nèi)阻小，適合大電流放電，氣體復合效率高，酸霧逸出少，初期容量較高，有較好的低溫放電性能。GEL技術(shù)即生產(chǎn)膠體電池的技術(shù)。膠體電池中氧的復合通道是膠體收縮時所產(chǎn)生的裂紋，由于采用富液式設計，深放電的恢復特性較好，能防止電解液干涸，膠體的固定作用使電解液幾乎不存在分層現(xiàn)象，在較高的環(huán)境溫度下，膠體電池有較長的壽命。但膠體電池在使用初期，裂紋少，復合效率低，控制閥經(jīng)常打開排放酸霧，無法充分體現(xiàn)密封蓄電池在環(huán)保方面的優(yōu)越性。經(jīng)過一段時間，裂紋增多，這個缺點自然而然就會被克服。page 4;.鉛酸蓄電池的分類w鉛酸蓄電池正極活性物質(zhì)是二氧

5、化鉛，負極活性物質(zhì)是海綿鉛，電解液是稀硫酸溶液， 其放電化學反應為二氧化鉛、海綿鉛與電解液反應生成硫酸鉛和水，Pb（負極）+PbO2（正極）+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（放電反應)其充電化學反應為硫酸鉛和水轉(zhuǎn)化為二氧化鉛、海綿鉛與稀硫酸。2PbSO4+2H2O=Pb（負極）+PbO2（正極）+2H2SO4 (充電反應) page 5;.w電池的充電：電池的充電： 電池的電池的充電特性充電特性曲線具有三個階段：曲線具有三個階段：恒流充電階段：恒流充電的控制方法是降壓限流，隨著電池容量的恢復，電池的電壓不斷上升，一直達到恒壓充電電壓為止，因此這一過程也稱之為升壓充電(Boostcharg

6、ing)。放電越深則恒流充電階段越長，反之則較短。page 6恒壓充電階段：這一過程電池的電壓保持不變，充電電流逐漸減小，對密封電池來說，應維持在68小時，然后轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，恒壓充電過程也稱之為恢復充電(Recharging)。浮充電階段：這一過程是為保持電荷的儲量及防止自放電所必需的維持充電。通常認為每安培小時的充電電流降至10毫安以下時即認為電池已進入浮充電狀態(tài)。浮充電流通常很微弱故有時又稱為涓流充電(Trickling charging)。1 電池的工作原理電池的工作原理page 6;.w電池的放電：電池的放電： 電池的電池的放電特性放電特性曲線具有三個曲線具有三個特征特征：當負載(即放

7、電電流)較小時，電池的放電曲線較平滑，放電的時間較長。無論負載的輕重如何，在放電的初始階段都有電池電壓突然下降較多，然后略有回升的現(xiàn)象，這個過程形成電池電壓有較大的低谷；page 7無論放電電流的大小，電池的端電壓最終將出現(xiàn)急劇下降的拐點，以拐點連接得到的曲線就稱為安全工作時的終止電壓曲線，UPS的電池工作點都是設計在這條拐點曲線附近的。電池最低放電電壓曲線以下的部分，表示低于此電壓將造成電池特性的永久損壞；在UPS中，當直流電壓過低時，將引起逆變器脈寬調(diào)制波的進一步變寬，而過大的直流分量將引起逆變變壓器的磁飽和現(xiàn)象，從而導致正弦波的失真。1 電池的工作原理電池的工作原理page 7;.2 電

8、池后備時間的計算電池后備時間的計算電池后備時間的計算，主要依賴于電池品牌的選擇，包括電池的類型、電池的使用壽命、電池的安裝方式等，可參照該品牌的電池參數(shù)，來計算電池的容量和數(shù)量。w按照按照UPS功率計算電池容量功率計算電池容量 舉例：舉例：一臺一臺200KVA UPS，要求使用使用上海西恩迪的十年免維護電池，后備時間為，要求使用使用上海西恩迪的十年免維護電池，后備時間為30分鐘。分鐘。UPS的電池終止電壓為的電池終止電壓為338V，逆變器效率為，逆變器效率為0.94，輸出功率因數(shù)為，輸出功率因數(shù)為0.8，試選擇電池，試選擇電池容量、串連只數(shù)、并聯(lián)組數(shù)。容量、串連只數(shù)、并聯(lián)組數(shù)。page 8電池

9、型號電池終止電壓為1.65V/單體時的放電功率（W/cell）25C時間（分鐘）5101520306090MPS12-8853037029023718010980MPS12-10057042433027720912488page 8;.page 9w按照按照UPS功率計算電池容量功率計算電池容量 UPS所需的直流功率為：所需的直流功率為： 每組電池的串連只數(shù)為：每組電池的串連只數(shù)為： 根據(jù)電池放電功率表，選擇根據(jù)電池放電功率表，選擇MPS12-100（12V-100AH）電池，每個單體放電功）電池，每個單體放電功率為率為209W（1.65V/cell, 30分鐘時），則需要的電池組數(shù)為：分鐘時

10、），則需要的電池組數(shù)為： 即需要的電池配置為：即需要的電池配置為：12V-100AH電池電池34只只4組。組。KWUPSPdc2 .17094. 08 . 0200逆變器效率功率因數(shù)容量）單體（電池終止電壓終止電壓cellVVUPSNo2058 .20465. 1338組組（單體數(shù)）單體數(shù)單體功率497. 32052092 .170WKWNoPdcG2 電池后備時間的計算電池后備時間的計算page 9;.page 10w按照放電電流計算電池容量按照放電電流計算電池容量 UPS所需的所需的最大最大直流直流電流為：電流為： 根據(jù)湯淺電池放電曲線可知，當電池終止電壓為根據(jù)湯淺電池放電曲線可知，當電池

11、終止電壓為1.65V/cell（9.9V/只）時，與只）時，與30分鐘的放電曲線交點為分鐘的放電曲線交點為 1.05C，則需要電池的容量為：，則需要電池的容量為： 即：即：200KVA 30分鐘后備時間，需要分鐘后備時間，需要100AH-12V的電池的電池 5組并聯(lián)，每組組并聯(lián)，每組34只，只，選擇選擇NP12-100電池電池。AVKWUBendPdcax5 .5033382 .170ImAHAHCAAC10055 .47905. 15 .503電池放電速率）電池放電電流（電池容量2 電池后備時間的計算電池后備時間的計算page 10;.實際后備時間顯示實際后備時間顯示微處理器微處理器計算軟件

12、計算軟件初始電壓Eo，初始內(nèi)阻Ro，初始溫度to，初始容量C10，放電系數(shù)k1-k2，充電系數(shù)1- 2串聯(lián)只數(shù)，并聯(lián)組數(shù)，終止電壓等全面全面考慮電池參數(shù)考慮電池參數(shù): :市電正常時，顯示額定后備時間市電正常時，顯示額定后備時間市電停電時，顯示剩余后備時間市電停電時，顯示剩余后備時間根據(jù)實際環(huán)境根據(jù)實際環(huán)境及及電池參數(shù)電池參數(shù)測量電池的實際后備時間測量電池的實際后備時間電池電壓電池電壓電池電流電池電流負載功率負載功率電池電池溫度溫度電池電池使用年期使用年期放電結(jié)束預報警放電結(jié)束預報警電池壽命終止預報警電池壽命終止預報警3 電池的監(jiān)測與保護電池的監(jiān)測與保護w電池后備時間的監(jiān)測功能電池后備時間的監(jiān)測

13、功能page 11page 11;.w電池過放電的自動保護電池過放電的自動保護 當電池電壓低于終止電壓時，逆變器自動停機，切換至旁路供電；同時為了避免電池長時間小電流放電，造成電池永久性損壞，UPS可以設定時間T，在電池給逆變器供電達2T時，UPS會顯示 “電池低電壓”的預報警，當電池給逆變器供電達3T時，逆變器自動停機切換至旁路供電。逆變器停止逆變器停止3t3t+2hpage 12電池開關斷開電池開關斷開tn市電停電市電停電t03 電池的監(jiān)測與保護電池的監(jiān)測與保護page 12;.TminTmax浮充電壓浮充電壓 U下降下降溫度溫度 T上升上升!w溫度補償式充電溫度補償式充電環(huán)境溫度對電池的

14、使用影響很大，電池溫度上升，意味著化學反應增強，電池的放電能力也增強，但電池壽命會降低。因此UPS中專門設置了電池溫度傳感器，用以控制浮充電壓和電流。w電池電池使用使用壽命壽命的計算的計算UPS監(jiān)視器還應設置計算電池壽命的計算器，根據(jù)電池溫度和使用時間自動修正電池壽命，到電池壽命終止時，產(chǎn)生更換電池的報警提示page 133 電池的監(jiān)測與保護電池的監(jiān)測與保護page 13;.自動測試周期由用戶設定：自動測試周期由用戶設定：XX周，周，XX天，天，XX小時小時浮充電壓浮充電壓終止電壓終止電壓0 幾秒鐘幾秒鐘2分鐘分鐘微處理器計算得到的 終止時間終止時間page 14w電池自動放電檢測功能電池自動

15、放電檢測功能 自動放電開始時，整流-充電器將輸出電壓降低到終止電壓+10V，電池帶逆變器負載放電2分鐘，電池帶真實負載放電，有利于活化電池性能； 2分鐘之后，如果電池電壓大于終止電壓10V，則整流-充電器自動起動，恢復正常運行； 如果在2分鐘之內(nèi)，電池電壓降低到終止電壓+10V，說明可能有電池故障，整流-充電器立即起動恢復到浮充電壓，同時產(chǎn)生電池故障報警。3 電池的監(jiān)測與保護電池的監(jiān)測與保護page 14;.4 電池的測量電池的測量w.1早期蓄電池電壓的測量法蓄電池的性能狀態(tài)最終體現(xiàn)在電池的容量與落后程度上，電池的電壓可以在一定程度上反映出電池性能的好壞，當電池放電到一定程度后，其電壓值便開始

16、明顯降低，在早期的電池維護中，由于測試儀器的匱乏，維護人員普遍采用萬用表對電池電壓進行測量，通過電壓高低來簡單判斷電池性能的好壞，而電池的實際放電能力只能通過電池實際容量反映出來，通過測量電池端電壓只能在一定程度上反映電池的落后情況。實際操作中，我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，在浮充狀態(tài)下，壞電池或者落后電池與正常電池的電壓沒有太明顯區(qū)別，也沒有太好的規(guī)律性可言，大量研究實踐證明，即便是淺度放電狀態(tài)，單純通過電壓高低完全不足以判別電池性能的好壞。2核對放電法長期以來，蓄電池放電試驗主要沿用以下兩種方式：一是利用實際負載進行核對性放電試驗，二是利用傳統(tǒng)電阻箱進行放電試驗。傳統(tǒng)電阻箱放電容量試驗，蓄電池組須脫離系

17、統(tǒng)，利用電阻箱對電池組進行放電試驗，經(jīng)過數(shù)小時后，可以找出最落后的一到幾節(jié)電池，以落后電池到達終止電壓時的放電時間與放電電流來估算其容量，并以此容量作為整組電池的容量。容量試驗是檢測電池容量最直接、最可靠的方法，無論是在線還是離線進行檢測，都必須設置備用電源作為防范措施，以保證通信安全。page 15;.4 電池的測量電池的測量w傳統(tǒng)的核對放電設備普遍采用電阻絲或者水阻進行核對放電，并且是人工操作，程序繁瑣，存在一定的人身危險，這種傳統(tǒng)的核對放電試驗方式正在逐步被淘汰。目前，國內(nèi)外普遍采用了新型的智能核對放電技術(shù)，該技術(shù)利用PWM控制原理，根據(jù)放電過程中電池組放電電壓的變化，對放電假負載可以進

18、行實時調(diào)整，以保證電池組恒流放電。核對放電法具有容量測試準確可靠的優(yōu)點，因此，仍然是目前世界上檢測電池性能的最可靠方法，同時由于核對放電本身可以對電池起到一定的維護作用，所以，核對放電是其他設備暫時還不能替代的。不過它的缺點也很突出，主要表現(xiàn)為： 核對放電時間長，風險大，電池組須脫離系統(tǒng)，蓄電池組所存儲的化學能全部以熱能形式消耗掉，既浪費了電能又費時費力，并且增加了系統(tǒng)斷電風險； 進行核對性放電試驗，必須具備一定條件，首先，盡可能在市電基本保障的條件下進行；其次，機房必須有備用電池組，所以，更適于具備一主一備電池組結(jié)構(gòu)的機房。 目前，核對放電只能測試整組電池容量，不能測試每一節(jié)單體電池容量，以

19、容量最低的一節(jié)作為整組容量，而其他部分電池由于放電深度不夠，其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來。頻繁地對蓄電池進行深放電，會產(chǎn)生硫酸鉛沉淀，導致極板硫酸化，容量下降，電池落后，因此，不適宜對鉛酸蓄電池頻繁進行深放電。所以，核對放電只能對蓄電池進行定期維護，無法滿足日常維護的需要。page 16;.4 電池的測量電池的測量w3在線快速容量測試法（電池巡檢法）在放電狀態(tài)下，對蓄電池組的各單體電池的端電壓進行巡檢，找出端電壓下降最快的一只，將其確認為落后電池，再利用核對放電儀器，對該節(jié)電池進行核對放電，檢測其容量，即代表該組電池的容量。目前，用在線快速測試法可以較快地判定電池組中部分或者個別落后或劣化電池，但還不足以準確測定電池的好壞程度，包括電池的容量等指標，僅適宜作為一個定性測試的參考。以前有廠家根據(jù)客戶的需求特點，推出一系列在線測試電池容量的設備與儀器，即在線監(jiān)測儀或在線巡檢儀，其宣傳的重點是容量測試不僅快速準確可靠，而且可以在線進行。這種技術(shù)研究的思路是值得推廣的，不過技術(shù)研究情況以及在各地基站進行的實地測試表明，除了少數(shù)情況外，一般都達不到一個很理想的效果。原因是多方面的，其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因，有蓄電池電化學特性的原因，有蓄電池的實際使用與維護的原因，有實際測試條件的原因等。這種方法的