UPS運行中,往往出現(xiàn)以下情況:同一供電環(huán)境下的兩臺UPS,其中1號UPS使用了7年,2號UPS使用了4年,但是這兩臺UPS均使用同一批次蓄電池,這批電池均使用了4年,然而1號UPS的蓄電池出現(xiàn)老化現(xiàn)象,而2號UPS蓄電池使用正常。這種情況,往往是由于1號UPS直流電容老化導(dǎo)致的交流紋波過大造成的。下述蓄電池均指閥控式鉛酸(VRLA)蓄電池。

1 什么是交流紋波
　　
　　交流紋波是指在直流電壓或電流中,疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量。交流紋波電壓是直流電壓中的交流成分,理論上,直流電壓是一個固定的值,但是在充電器中輸出的直流是由交流電壓整流、濾波后得來的,即使是最好的基準(zhǔn)電壓源,其輸出電壓也是有紋波的,如圖1中所示虛線。

　　我們往往用交流紋波的峰峰值及有效值來描述紋波:　　
　　峰峰值(peak-to-peak,pk-pk)是指波形圖中最大的正值和最大的負(fù)值之間的差?！　?/span>
　　針對正弦波而言,峰峰值除以2是峰值,峰值除以√2是有效值,如圖2所示。

　　以我國的市電為例,有效值為220V,峰峰值為622V,峰值為311V。

2 紋波電壓對于蓄電池的影響

01導(dǎo)致蓄電池發(fā)熱

　　
　　眾所周知,蓄電池的高溫會極大地影響使用壽命(即:超過25℃以上,每升高10℃,使用壽命減少一半),那么蓄電池的溫度主要取決于蓄電池周圍的環(huán)境溫度和蓄電池內(nèi)部溫度,而內(nèi)部溫度主要來源于內(nèi)部放熱電化學(xué)反應(yīng)和電流通過電阻元件的電阻熱(I2R)
    以一節(jié)西恩迪MPS12-100R(12V100Ah)為例:在理想的無紋波的情況下,浮充電壓=13.6V,浮充電流=0.2A,那么這節(jié)電池在浮充狀態(tài)的用電消耗=13.6×0.2=2.72W,其中有2%為蓄電池自放電,2%～3%消耗在板柵腐蝕和氣相反應(yīng),約95%的浮充電流消耗在氧循環(huán)上,而氧循環(huán)是一個發(fā)熱反應(yīng),那么這節(jié)電池,在浮充階段,發(fā)熱量=13.6×0.2×95%=2.58W?！　?/span>
　　而實際中，充電器存在輸出紋波，會在此純直流分量的發(fā)熱量上，再疊加一個交流紋波分量發(fā)熱量?！　?/span>
　　如果浮充階段的紋波電壓(峰峰值)為0.12V,那么,紋波電壓比例(峰峰值)=0.12÷13.6=0.88%,雖然此比例0.88%小于推薦值1.5%,但是此紋波電壓造成的紋波電流(峰峰值）=0.12÷0.0052=23A,即紋波電流(有效值)為8.16A,超過了最大允許值5A,此紋波導(dǎo)致的熱量增加量為0.35W,此熱量相對于純直流電路的熱量2.58W,有13%的增加,此熱量的增加會影響蓄電池的壽命。
　　
　　因此,紋波電壓和紋波電流兩個參數(shù)均要關(guān)注。
　

02導(dǎo)致蓄電池排氣

　　
　　除了關(guān)注過大的紋波電壓導(dǎo)致的蓄電池發(fā)熱,也要關(guān)注紋波電壓導(dǎo)致的排氣和提前干涸,以蓄電池單體為例,2.35V的充電電壓會使得蓄電池排氣,所以建議單體電池充電電壓不高于2.3V,如果浮充電壓直流部分為2.25V,在其上疊加的交流瞬時峰值不得高于0.05V,詳細(xì)如表4及圖3,也就是紋波的峰值過高,會導(dǎo)致排氣和提前干涸。

03影響循環(huán)壽命

　　
　　蓄電池的單體開路電壓是2.14V,如果浮充電壓低于這個值,蓄電池就開始放電,如果浮充電壓直流部分為2.25V,在其上疊加的交流瞬時谷值不得低于-0.11V(2.25-0.11=2.14V),詳細(xì)如表5及圖3。也就是紋波的谷值過低,會導(dǎo)致放電。
　　
如果紋波導(dǎo)致蓄電池放電，蓄電池將以紋波頻率循環(huán)，不僅過大的紋波電流會產(chǎn)生極端的熱量，而且會加速極板活性物質(zhì)和板柵的腐蝕及其劣化。

3 結(jié)束語
　　
　　如何使得蓄電池壽命最佳基于前面幾點,沒有紋波的直流充電是最理想的,然而實際是做不到的,期望VRLA蓄電池獲得最佳的壽命應(yīng)該采取以下措施:　　
　?、僭诟〕潆A段,充電器紋波電流要小于5A/100Ah;　　
　?、谠诟〕潆A段,充電器紋波電壓比例(有效值)≤0.5%;在恢復(fù)性充電階段,紋波電壓比例(有效值)≤1.5%;　　
　　③在循環(huán)使用的情況下,充電器紋波電壓比例(有效值)≤1.5%;　　
　?、茉谌粘＞S護的時候,要經(jīng)常性檢測浮充紋波電流,跟蹤直流紋波的變化,如果紋波電流有顯著增加,應(yīng)及時更換直流電容等濾波器件。