浅谈电池寿命和UPS的可靠性

　　即使UPS使用的是同样的电池技术，不同厂家的电池寿命大不一样，这一点对用户很重要，因为更换电池的成本很高（UPS售价的30％）。电池故障会减小系统的可靠性，是非常烦人的事情。

　　UPS是不间断电源（uninterruptible power system）的英文简称，是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。 UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。 UPS顾名思义，它就是一台这样的机器，它在市电停止供应的时候，能保持一段供电时间，使人们有时间存盘，再从容地关闭机器。

　　电池温度影响电池可靠性

　　温度对电池的自然老化过程有很大影响。详细的实验数据表明温度每上升摄氏5度，电池寿命就下降10％，所以UPS的设计应让电池保持尽可能低的温度。所有在线式和后备／在线混合式UPS比后备式或在线互动式UPS运行时发热量要大（所以前者要安装风扇），这也是后备式或在线互动式UPS电池更换周期相对较长的一个重要原因。APCUPS电池的温度降到了，所以它能更好地满足系统可靠性要求。

　　电池充电器设计影响电池可靠性

　　电池充电器（battery charger） 也称电池充电座。电池充电器是电动车、电动工具、电玩、笔记本、数码及小型便携式电子设备及电子电器所用可充电电池充电用电子设备，一般由外壳、电源转换部分、充电检测部分、充电保护部分等组成。其输出类型为纯直流或脉动直流。按连接方式可分为插墙式和桌面式。按所充电电池的类型又可分为镍镉电池充电器、镍氢电池充电器、镍锌电池充电器、铅酸电池充电器、锂电池充电器等。按充电器的功能又可分为专用充电器和通用充电器。

　　电池充电器是UPS非常重要的一部分，电池的充电条件对电池寿命有很大影响。如果电池一直处于恒压或“浮充”型电池充电状态，则UPS电池寿命能提高。事实上电池充电状态的寿命比单纯储存状态的寿命长得多。因为电池充电能延缓电池的自然老化过程，所以UPS无论运行还是停机状态都应让电池保持充电。

　　浮充特性：蓄电池组是电力直流系统的备用电源。浮充线路特点，是电池组与电源线路并联地连接到负载电路上。在正常的运行状态下，与直流母线相连的充电装置，除对常规负载供电外，还向蓄电池组提供浮充电流。这种运行方式称为全浮充工作方式，简称浮充运行。 浮充是蓄电池组的一种供（放）电工作方式，系统将蓄电池组与电源线路并联连接到负载电路上，它的电压大体上是恒定的，仅略高于蓄电池组的端电压，由电源线路所供的少量电流来补偿蓄电池组局部作用的损耗，以使其能经常保持在充电满足状态而不致过充电。因此，蓄电池组可随电源线路电压上下波动而进行充放电。当负载较轻而电源线路电压较高时，蓄电池组即进行充电，当负载较重或电源发生意外中断时，蓄电池组则进行放电，分担部分或全部负载。这样，蓄电池组便起到稳压作用，并处于备用状态。

　　所有APCUPS无论运行还是停机状态电池都处在充电状态，市场上的很多UPS没有这种功能。虽然这一功能使UPS成本提高，但如果考虑到更换电池的花费， 则UPS总的使用成本降低了。

　　电池电压影响电池可靠性

　　电池是个单个的“原电池”组成，每一个原电池电压大约2伏，原电池串联起来就形成了电压较高的电池，一个12伏的电池由6个原电池组成，24伏的电池由12个原电池组成等等。UPS的电池充电时，每个串联起来的原电池都被充电。原电池性能稍微不同就会导致有些原电池充电电压比别的原电池高，这部分电池就会提前老化。只要串联起来的某一个原电池性能下降，则整个电池的性能就将同样下降。试验证明电池寿命和串联的原电池数量有关，电池电压越高，老化的就越快。

　　UPS容量一定时，设计时应尽可能让电池电压，这样UPS电池寿命就越长，对于电池电压一定时，应选择数量少电压高原电池串联的电池，不要选择数量多电压低的原电池串联的电池。有些厂家UPS的电池电压比较高，这是因为容量一定时，电压越高，电流就越小，就可选用较细的导线和功率较小的半导体，从而降低UPS成本。容量1KVA左右的UPS的电池电压一般为24￣96V。这种容量等级的APCUPS 如Smart-UPS 1250电池电压选择了的24V。

　　APCUPS较低的电池电压相对延长了电池寿命，APCUPS电池寿命为3￣5年，而有些UPS的电池典型寿命只有1年！在UPS十年的使用期里，更换电池的成本比UPS本身售价高出两倍！虽然这类UPS设计比较容易，成本也较低，但“潜在的”更换电池则成本很高。

　　电池纹波电流影响电池可靠性

　　理想情况下，为了延长UPS电池寿命，应让电池总保持在“浮”充电或恒压充状态。这种状态下充满电的电池会吸收很小的充电器电流，它称为“浮”或“自放电”电流。尽管电池厂商如此推荐，有些UPS的设计（很多在线式）使电池承受一些额外的小电流，称为纹波电流。纹波电流是当电池连续地向逆变器供电时产生的，因为据能量守恒原理，逆变器必须有输入直流电才能产生交流输出。这样电池形成了小充放电周期，充放电电流的频率是UPS输出频率（50或60Hz）的两倍。

　　普通后备式、APC在线互动式或后备／铁磁式UPS不会有纹波电流，其它设计的UPS会产生大小不等的纹波电流，这取决于具体的设计方法。只要检查一下UPS的结构图就能知道该UPS能否产生纹波电流。

　　如果在线式UPS的电池在充电器和逆变器之间，那么电池就会有纹波电流，这是普通的“双变换”UPS。

　　如果用截止二极管、继电器、变换器或整流器把电池与逆变器隔离开，那么电池就不会有纹波电流。当然这种设计的UPS不总是一直“在线”，所以这种UPS被称为“混合后备／在线式”UPS。

　　总结

　　电池是UPS系统中不可靠的部分，但是UPS设计得好坏直接影响到电池的可靠性。让电池一直保持充电状态（即使UPS停机）能延长电池的寿命，尽量避免选用电池电压高的UPS。有的UPS设计会使电池产生纹波电流，造成电池不必要的过热。大多数UPS使用的电池都差不多，但UPS设计不同会大大影响电池的寿命。