而這個(gè)“難”字，早在2019年就被各類汽車人以各種方式、各種體位和各種腔調(diào)演繹過(guò)。記得各大媒體評(píng)選的2019年年度關(guān)鍵字，“南”字首當(dāng)其沖。1 UPS配套蓄電池概述
　　
　　UPS設(shè)備以及以它為核心的整個(gè)供電系統(tǒng),是滿足數(shù)據(jù)中心供電質(zhì)量的zui核心部分,而蓄電池又是整個(gè)系統(tǒng)中zui重要的組成之一,是整個(gè)供電系統(tǒng)的“zui后一道屏障”。特別值得注意的是,在UPS系統(tǒng)的故障中,與蓄電池有關(guān)的原因占30%以上,因此對(duì)蓄電池設(shè)計(jì)、選配、維護(hù)等進(jìn)行規(guī)范化有著重要的意義。
　　
　　對(duì)蓄電池的基本原理、特性、選配原則、設(shè)計(jì)計(jì)算、安裝、維護(hù)等相關(guān)事宜給出指導(dǎo)性原則和規(guī)范,對(duì)延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命和確保數(shù)據(jù)機(jī)房UPS設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義,zui終保障UPS系統(tǒng)不停電功能的實(shí)現(xiàn)。
　　
　　目前數(shù)據(jù)中心UPS配置的蓄電池主要是閥控式密封鉛酸電池(VRLA),但隨著電池技術(shù)的發(fā)展和完善,鋰電池和燃料電池也逐漸成為用戶的在未來(lái)的選擇之一。
　　
　　數(shù)據(jù)中心UPS蓄電池的選擇和設(shè)計(jì)必須充分考慮到現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì),并符合下述原則:
　　
　　(1)短時(shí)間恒功率輸出特性卓越
　　
　　卓越的短時(shí)間(通?！?0min)恒功率輸出特性,意味著在滿足相同負(fù)載后備時(shí)間要求下可減小電池的容量,從而降低蓄電池成本;或采用相同容量的電池配置,可增加UPS系統(tǒng)總后備時(shí)間。
　　
　　(2)高能量密度
　　
　　選配合適的電池類型和容量、設(shè)計(jì)合理的組裝結(jié)構(gòu),zui優(yōu)化的利用機(jī)房空間,提高蓄電池組的整體能量密度,有利于降低機(jī)房面積和成本。
　　
　　(3)高穩(wěn)定性
　　
　　蓄電池在有效壽命期間內(nèi),應(yīng)有較低的故障率,盡量避免因個(gè)別蓄電池的故障或突然失效而造成的維修或更換,這對(duì)整個(gè)蓄電池系統(tǒng)的后期安全穩(wěn)定具有重大意義。
　　
　　(4)防火阻燃
　　
　　數(shù)據(jù)中心的UPS電池外殼塑料材質(zhì)應(yīng)滿足V0級(jí)阻燃標(biāo)準(zhǔn),電池端子、連接件及輸出母線端子所有裸露金屬部分應(yīng)全部做絕緣保護(hù)處理,電池架需接地。
　　
　　(5)*性
　　
　　數(shù)據(jù)中心UPS電池組的各單體的容量、開(kāi)路電壓、浮充電壓等指標(biāo)的*性應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　(6)抗震性
　　
　　數(shù)據(jù)中心UPS電池組架設(shè)計(jì)滿足抗8級(jí)烈度要求,電池之間連接建議采用軟連接。
　　
　　(7)便于安裝與擴(kuò)容
　　
　　蓄電池的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及專用安裝工具的提供,可降低整體安裝成本。電池組擺放位置和電池組架的設(shè)計(jì)應(yīng)預(yù)留后期擴(kuò)容的位置需求。
　　
　　(8)便于維護(hù)及更換
　　
　　電池組擺放及維護(hù)通道的距離,應(yīng)滿足日常維護(hù)及電池更換的要求。
　　
　　(9)長(zhǎng)使用壽命
　　
　　數(shù)據(jù)中心UPS電池應(yīng)有合理的使用壽命要求,過(guò)短的使用壽命將增加UPS系統(tǒng)的不穩(wěn)定性及成本。
　　
　　2 VRLA蓄電池的種類
　　
　　作為后備用途的VRLA電池按單體電壓等級(jí)分為2V、6V、12V等系列。按固定電解液的方式可分為AGM(超細(xì)玻璃纖維)電池和GEL(膠體)電池,其對(duì)比分別見(jiàn)表1和表2。
　　

　　3 蓄電池主要技術(shù)指標(biāo)及使用壽命
　　
　　(1)蓄電池主要技術(shù)指標(biāo)
　　
　?、僬９ぷ鳁l件
　　
　　工作溫度:-15～+45℃;
　　
　　蓄電池貯存溫度:5～+40℃;
　　
　　相對(duì)濕度:≤90%(25℃);
　　
　?、诎惭b方式
　　
　　可滿足立式或臥式安裝條件。
　　
　　蓄電池抗震加固應(yīng)符合YD5096-2005《通信用電源設(shè)備抗地震性能檢測(cè)規(guī)范》的要求;
　　
　?、坌铍姵亟M按照“YD/T799-2010”規(guī)定的相關(guān)方法試驗(yàn),10h率容量*次循環(huán)不低于0.95C10,在第三次循環(huán)應(yīng)達(dá)到C10,3h和1h率的容量應(yīng)分別在第四次和第五次以前達(dá)到,放電終止電壓應(yīng)符合表3的規(guī)定;
　　
　?、軠囟忍匦?br/>　　
　　蓄電池在工作環(huán)境溫度為0℃時(shí)的容量應(yīng)不低于該電池實(shí)際容量(25℃時(shí)的C10)的80%;
　　
　?、萑萘勘４媛?br/>　　
　　蓄電池靜置28天后其容量保存率不低于96%;
　　
　　⑥密封反應(yīng)效率
　　
　　蓄電池密封反應(yīng)效率應(yīng)不低于97%;
　　
　?、咝铍姵囟穗妷旱木庑?br/>　　
　　單體蓄電池和由若干個(gè)單體組成一體的組合蓄電池,其各電池間的開(kāi)路電壓zui高與zui低差值不大于20mV(2V)、100mV(12V)。蓄電池組進(jìn)入浮充狀態(tài)24h后,各蓄電池之間的端電壓差值不大于90mV(2V)、480mV(12V);
　　
　?、嚯姵剡B接條壓降

　　
　　蓄電池按1h率電流放電,在兩只電池極柱根部測(cè)量的電池之間的連接條電壓降≤10mV;
　　
　?、岱浪犰F性能
　　
　　蓄電池在正常浮充工作過(guò)程中應(yīng)無(wú)酸霧逸出;
　　
　?、夥辣阅?br/>　　
　　蓄電池在充電過(guò)程中遇有明火,內(nèi)部應(yīng)不引燃、不引爆;
　　
　　阻燃性能
　　
　　蓄電池殼、蓋應(yīng)符合GB/T2408-1996中的第8.3.2FH-1(水平級(jí))和第9.3.2FV-0(垂直級(jí))的要求。電池連接線或電池連接片護(hù)套應(yīng)選擇阻燃性材料;
　　
　　氣密性
　　
　　蓄電池應(yīng)能承受50kPa的正壓或負(fù)壓而不破裂、不開(kāi)膠,壓力釋放后殼體無(wú)殘余變形;安全閥要求蓄電池安全閥應(yīng)具有自動(dòng)開(kāi)啟和自動(dòng)關(guān)閉的功能,其開(kāi)閥壓應(yīng)是10～35kPa,閉閥壓應(yīng)是3～15kPa。
　　
　　蓄電池外觀不得有變形、漏液、裂紋及污跡,標(biāo)志要清晰;
　　
　　過(guò)放電性能要求
　　
　　以C10電流放電至接近0V,短接24h,再用2.35V/單體恒壓限流C10充48h然后進(jìn)行C10容量檢測(cè),連續(xù)進(jìn)行五次循環(huán)后蓄電池實(shí)放容量應(yīng)不小于0.90C10實(shí)際容量(25℃時(shí)C10)。
　　
　　(2)使用壽命
　　
　　在電池的實(shí)際使用過(guò)程中,當(dāng)電池的實(shí)際放電容量低于額定容量的80%,即認(rèn)為該電池失效或壽命終止。
　　
　　幾種典型的失效模式如下:
　　
　?、侔鍠鸥g
　　
　　蓄電池正極板柵在浮充使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生腐蝕,當(dāng)腐蝕深度達(dá)到極板厚度的50%時(shí),蓄電池壽命終止。同時(shí)在腐蝕過(guò)程中,正極板柵會(huì)產(chǎn)生變形和伸長(zhǎng),稱為正極板柵增長(zhǎng),導(dǎo)致板柵筋條斷裂,容量將完全喪失;
　　
　　②負(fù)極板極耳和連接條(匯流條)腐蝕負(fù)極板極耳和連接條(匯流條)表面會(huì)因?yàn)檠鯕庠倩戏磻?yīng)和電解液中的硫酸鹽雜質(zhì)引起化學(xué)腐蝕。同時(shí)在高電流密度下放電時(shí),負(fù)極很容易發(fā)生鈍化,使得電極表面變成孔隙小的致密層;
　　
　?、凼珊允脑蛴?
　　
　　?過(guò)充電產(chǎn)生的氣體析出;
　　
　　?從電池殼體中滲出水;
　　
　　?板柵腐蝕消耗水;
　　
　　?自放電損失水。
　　
　　其中過(guò)充電造成的氣體析出是實(shí)際使用中電池失水干涸,造成電池容量下降的zui主要原因。
　　
　?、軣崾Э?br/>　　
　　若閥控鉛酸蓄電池長(zhǎng)時(shí)間處于環(huán)境溫度過(guò)高或充電設(shè)備電壓失控的狀況下,會(huì)造成電池內(nèi)部溫度過(guò)高,此時(shí)電池內(nèi)阻下降,充電電流又會(huì)進(jìn)一步升高,內(nèi)阻進(jìn)一步降低,如此反復(fù)形成惡性循環(huán)。
　　
　　熱失控會(huì)使電池殼體嚴(yán)重變形、漲裂。為杜絕熱失控的發(fā)生,要采用相應(yīng)的措施:
　　
　　?充電設(shè)備應(yīng)有溫度補(bǔ)償功能或限流功能;
　　
　　?嚴(yán)格控制安全閥質(zhì)量,以使電池內(nèi)部氣體正常排出;
　　
　　?蓄電池要設(shè)置在通風(fēng)良好的位置,并控制電池溫度。
　　
　?、葚?fù)極硫酸鹽化
　　
　　當(dāng)蓄電池經(jīng)常處于放電后擱置造成的充電不足或過(guò)放電時(shí),負(fù)極就會(huì)逐漸形成一種粗大堅(jiān)硬的硫酸鉛,用常規(guī)方法充電很難使它轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì),從而減少了電池容量,甚至成為蓄電池壽命終止的原因,這種現(xiàn)象稱為“不可逆硫酸鹽化”。
　　
　　4 電池容量計(jì)算方法
　　
　　(1)恒功率法(查表法)
　　
　　恒功率法(查表法)是UPS蓄電池容量計(jì)算的zui常用方法。
　　
　　蓄電池恒功率數(shù)據(jù)都來(lái)自于新電池試驗(yàn)數(shù)據(jù),恒功率法(查表法)并沒(méi)有考慮蓄電池的折舊以及溫度的變化,故該方法適用于UPS蓄電池運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定,且UPS負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間在額定容量80%以下運(yùn)行時(shí)選用。
　　
　?、儆?jì)算公式
　　
　　恒功率法是能量守恒定律的體現(xiàn),蓄電池提供的功率等于或大于負(fù)荷消耗的功率,即

P負(fù)荷≤P電池 (1)

式中,P電池--電池實(shí)際試驗(yàn)的恒功率數(shù)據(jù);
　　
　　P 負(fù)荷--電池組提供的總功率,主要是負(fù)荷消耗的功率。
　　
　　當(dāng)以UPS為負(fù)荷時(shí),P負(fù)荷可表示為  (2)

式中,P(VA)--UPS標(biāo)稱容量(VA);
　　
　　PF--UPS功率因數(shù);
　　
　　η--逆變器轉(zhuǎn)換效率。
　　
　　每個(gè)電池單體需要提供的功率為(3)

式中,Pnc--每個(gè)單體需要提供的功率;
　　
　　n--機(jī)器配置的電池?cái)?shù)量;
　　
　　N—每節(jié)電池的單體電池?cái)?shù)。如12V電池是由6個(gè)2V單體電池組成的,則N=6;
　　
　?、谟?jì)算實(shí)例
　　
　　100kVA UPS,后備時(shí)間30min,計(jì)算電池配置。而這個(gè)“難”字，早在2019年就被各類汽車人以各種方式、各種體位和各種腔調(diào)演繹過(guò)。記得各大媒體評(píng)選的2019年年度關(guān)鍵字，“南”字首當(dāng)其沖。