而這個(gè)“難”字，早在2019年就被各類(lèi)汽車(chē)人以各種方式、各種體位和各種腔調演繹過(guò)。記得各大媒體評選的2019年年度關(guān)鍵字，“南”字首當其沖。1 UPS配套蓄電池概述
　　
　　UPS設備以及以它為核心的整個(gè)供電系統,是滿(mǎn)足數據中心供電質(zhì)量的zui核心部分,而蓄電池又是整個(gè)系統中zui重要的組成之一,是整個(gè)供電系統的“zui后一道屏障”。特別在UPS系統的故障中,與蓄電池有關(guān)的原因占30%以上,對蓄電池設計、選配、維護等進(jìn)行規范化有著(zhù)重要的意義。
　　
　　對蓄電池的基本原理、特性、選配原則、設計計算、安裝、維護等相關(guān)事宜給出指導性原則和規范,對延長(cháng)蓄電池的使用壽命和確保數據機房UPS設備的安全穩定運行具有重大意義,zui終保障UPS系統不停電功能的實(shí)現。
　　
　　目前數據中心UPS配置的蓄電池主要是閥控式密封鉛酸電池(VRLA),但隨著(zhù)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(hù)的在未來(lái)的選擇之一。
　　
　　數據中心UPS蓄電池的選擇和設計必須充分考慮到現代數據中心的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢,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(通常≤30min)恒功率輸出特性,意味著(zhù)在滿(mǎn)足相同負載后備時(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系統總后備時(shí)間。
　　
　　(2)高能量密度
　　
　　選配合適的電池類(lèi)型和容量、設計合理的組裝結構,zui優(yōu)化的利用機房空間,提高蓄電池組的整體能量密度,有利于降低機房面積和成本。
　　
　　(3)高穩定性
　　
　　蓄電池在有效壽命期間內,應有較低的故障率,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,這對整個(gè)蓄電池系統的后期安全穩定具有重大意義。
　　
　　(4)防火阻燃
　　
　　數據中心的UPS電池外殼塑料材質(zhì)應滿(mǎn)足V0級阻燃標準,電池端子、連接件及輸出母線(xiàn)端子所有裸露金屬部分應全部做絕緣保護處理,電池架需接地。
　　
　　(5)*性
　　
　　數據中心UPS電池組的各單體的容量、開(kāi)路電壓、浮充電壓等指標的*性應符合相關(guān)標準。
　　
　　(6)抗震性
　　
　　數據中心UPS電池組架設計滿(mǎn)足抗8級烈度要求,電池之間連接建議采用軟連接。
　　
　　(7)便于安裝與擴容
　　
　　蓄電池的模塊化結構設計及專(zhuān)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計應預留后期擴容的位置需求。
　　
　　(8)便于維護及更換
　　
　　電池組擺放及維護通道的距離,應滿(mǎn)足日常維護及電池更換的要求。
　　
　　(9)長(cháng)使用壽命
　　
　　數據中心UPS電池應有合理的使用壽命要求,過(guò)短的使用壽命將增加UPS系統的不穩定性及成本。
　　
　　2 VRLA蓄電池的種類(lèi)
　　
　　作為后備用途的VRLA電池按單體電壓等級分為2V、6V、12V等系列。按固定電解液的方式可分為AGM(超細玻璃纖維)電池和GEL(膠體)電池,其對比分別見(jiàn)表1和表2。
　　

　　3 蓄電池主要技術(shù)指標及使用壽命
　　
　　(1)蓄電池主要技術(shù)指標
　　
　　①正常工作條件
　　
　　工作溫度:-15～+45℃;
　　
　　蓄電池貯存溫度:5～+40℃;
　　
　　相對濕度:≤90%(25℃);
　　
　　②安裝方式
　　
　　可滿(mǎn)足立式或臥式安裝條件。
　　
　　蓄電池抗震加固應符合YD5096-2005《通信用電源設備抗地震性能檢測規范》的要求;
　　
　　③蓄電池組按照“YD/T799-2010”規定的相關(guān)方法試驗,10h率容量*次循環(huán)不低于0.95C10,在第三次循環(huán)應達到C10,3h和1h率的容量應分別在第四次和第五次以前達到,放電終止電壓應符合表3的規定;
　　
　　④溫度特性
　　
　　蓄電池在工作環(huán)境溫度為0℃時(shí)的容量應不低于該電池實(shí)際容量(25℃時(shí)的C10)的80%;
　　
　　⑤容量保存率
　　
　　蓄電池靜置28天后其容量保存率不低于96%;
　　
　　⑥密封反應效率
　　
　　蓄電池密封反應效率應不低于97%;
　　
　　⑦蓄電池端電壓的均衡性
　　
　　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);
　　
　　⑧電池連接條壓降

　　
　　蓄電池按1h率電流放電,在兩只電池極柱根部測量的電池之間的連接條電壓降≤10mV;
　　
　　⑨防酸霧性能
　　
　　蓄電池在正常浮充工作過(guò)程中應無(wú)酸霧逸出;
　　
　　⑩防爆性能
　　
　　蓄電池在充電過(guò)程中遇有明火,內部應不引燃、不引爆;
　　
　　阻燃性能
　　
　　蓄電池殼、蓋應符合GB/T2408-1996中的第8.3.2FH-1(水平級)和第9.3.2FV-0(垂直級)的要求。電池連接線(xiàn)或電池連接片護套應選擇阻燃性材料;
　　
　　氣密性
　　
　　蓄電池應能承受50kPa的正壓或負壓而不破裂、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具有自動(dòng)開(kāi)啟和自動(dòng)關(guān)閉的功能,其開(kāi)閥壓應是10～35kPa,閉閥壓應是3～15kPa。
　　
　　蓄電池外觀(guān)不得有變形、漏液、裂紋及污跡,標志要清晰;
　　
　　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進(jìn)行C10容量檢測,連續進(jìn)行五次循環(huán)后蓄電池實(shí)放容量應不小于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,當電池的實(shí)際放電容量低于額定容量的80%,即認為該電池失效或壽命終止。
　　
　　幾種典型的失效模式如下:
　　
　　①板柵腐蝕
　　
　　蓄電池正極板柵在浮充使用時(shí)會(huì )產(chǎn)生腐蝕,當腐蝕深度達到極板厚度的50%時(shí),蓄電池壽命終止。在腐蝕過(guò)程中,正極板柵會(huì )產(chǎn)生變形和伸長(cháng),稱(chēng)為正極板柵增長(cháng),導致板柵筋條斷裂,容量將完全喪失;
　　
　　②負極板極耳和連接條(匯流條)腐蝕負極板極耳和連接條(匯流條)表面會(huì )因為氧氣再化合反應和電解液中的硫酸鹽雜質(zhì)引起化學(xué)腐蝕。在高電流密度下放電時(shí),負極很容易發(fā)生鈍化,使得電極表面變成孔隙小的致密層;
　　
　　③失水干涸失水的原因有:
　　
　　?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。
　　
　　④熱失控
　　
　　若閥控鉛酸蓄電池長(cháng)時(shí)間處于環(huán)境溫度過(guò)高或充電設備電壓失控的狀況下,會(huì )造成電池內部溫度過(guò)高,此時(shí)電池內阻下降,充電電流又會(huì )升高,內阻降低,如此反復形成惡性循環(huán)。
　　
　　熱失控會(huì )使電池殼體嚴重變形、漲裂。為杜絕熱失控的發(fā)生,要采用相應的措施:
　　
　　?充電設備應有溫度補償功能或限流功能;
　　
　　?嚴格控制安全閥質(zhì)量,以使電池內部氣體正常排出;
　　
　　?蓄電池要設置在通風(fēng)良好的位置,并控制電池溫度。
　　
　　⑤負極硫酸鹽化
　　
　　當蓄電池經(jīng)常處于放電后擱置造成的充電不足或過(guò)放電時(shí),負極就會(huì )逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛,用常規方法充電很難使它轉化為活性物質(zhì),從而減少了電池容量,甚至成為蓄電池壽命終止的原因,這種現象稱(chēng)為“不可逆硫酸鹽化”。
　　
　　4 電池容量計算方法
　　
　　(1)恒功率法(查表法)
　　
　　恒功率法(查表法)是UPS蓄電池容量計算的zui常用方法。
　　
　　蓄電池恒功率數據都來(lái)自于新電池試驗數據,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蓄電池運行環(huán)境穩定,且UPS負荷長(cháng)時(shí)間在額定容量80%以下運行時(shí)選用。
　　
　　①計算公式
　　
　　恒功率法是能量守恒定律的體現,蓄電池提供的功率等于或大于負荷消耗的功率,即

P負荷≤P電池 (1)

式中,P電池--電池實(shí)際試驗的恒功率數據;
　　
　　P 負荷--電池組提供的總功率,主要是負荷消耗的功率。
　　
　　當以UPS為負荷時(shí),P負荷可表示為  (2)

式中,P(VA)--UPS標稱(chēng)容量(VA);
　　
　　PF--UPS功率因數;
　　
　　η--逆變器轉換效率。
　　
　　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--機器配置的電池數量;
　　
　　N—每節電池的單體電池數。如12V電池是由6個(gè)2V單體電池組成的,則N=6;
　　
　　②計算實(shí)例
　　
　　100kVA UPS,后備時(shí)間30min,計算電池配置。而這個(gè)“難”字，早在2019年就被各類(lèi)汽車(chē)人以各種方式、各種體位和各種腔調演繹過(guò)。記得各大媒體評選的2019年年度關(guān)鍵字，“南”字首當其沖。