ups电池管理系统的原理与应用

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1、UPS蓄电池管理系统的原理与应用TheprincipleandapplicationofUPSbatterymanagementsystem覃建(民航西南空管局，成都610202)摘要：本文提供了一套交流不间断电源系统（UPS）的蓄电池管理系统的解决方案。全文从UPS电池工作原理入手，论述了电池性能指标及影响因素，分析比较了电池管理系统与传统电池性能检测方法的差异，最后阐述了电池管理系统的软硬件组成结构、工作原理及实际应用。关键词：UPS、蓄电池、电池检测、电池管理0引言UPS电源系统作为为空管设备供电

2、的核心，为空管设备提供不间断的供电。而UPS系统中电池是平均无故障时间最短的器件。如何对电池性能进行检测和维护，直接决定了UPS供电的可靠性与稳定性。如果蓄电池性能下降，甚至失效，那么再优良的UPS也无法提供后备电源，这对供电可靠性要求极高的设备，后果将是灾难性的。那么如何实现对UPS电池的有效管理就成为一个重要课题，本文提供了一套优秀的电池管理系统解决方案。1UPS蓄电池概述目前在UPS不间断电源中，广泛使用密封式兔维护蓄电池作为储存电能的装置。蓄电池先用直流电源对其充电，将电能转化为化学能而储存起来

3、。当市电中断时，UPS电源将靠储存在蓄电池中的能量维持其逆变器的正常工作。要了解电池管理系统的实现，首先必须了解蓄电池的工作原理及特点，从而有针对性地去设计蓄电池管理系统，才能在蓄电池的检测和维护工作中掌握重点。1.1电池工作原理蓄电池主要由正负极板群、电解液、隔板、电池槽盖、安全阀和极柱端子等零部件组成。正、负极板都由板栅和活性物质构成，其中正极板上的活性物质是二氧化铅(PbO2)，负极板上的活性物质为海绵状铅(Pb)。电解液是用蒸馏水(H2O)和纯硫酸(H2SO4)按一定的比例配成。其充电过程就是正

4、负极板上的硫酸铅分解为二氧化铅和海绵状铅。放电时，正极板的二氧化铅和负极板的海绵状铅与电解液中的硫酸反应，逐渐转化为硫酸铅。可见充放电过程是可逆的。但是由于在充电过程中，有水生成，那么在充电后期就有可能有水被电解，导致正极板产生氧气，负极板产生氢气。若这些气体流失，就必须给蓄电池定期补给水。而作为UPS的蓄电池，由于其长期处于浮充状态和很小的自放电状态，蓄电池始终不处于正常工作状态，因而，较其他蓄电池更容易产生粗大的硫酸铅结晶体，此现象就是所说的不可逆硫酸盐化。这时，电池在充电过程中，其化学反应就不够充

5、分，从而表现为电池充电难。1.2表征电池性能的相关参数1.2.1电池容量电池的容量(C)是指从电池中获得的电量，用Ah表示。一般规定为以一定的放电率放电，放到最低允许使用电压时所能获得的电量。而电池的额度容量，以固定铅酸蓄电池为例，规定为在25℃环境下，以10h率电流放电至终止电压所能获得电量。10h率额定容量用C10表示。那么这就涉及到放电率和放电终止电压的概念。放电率指在一定放电条件下，放电至放电终止电压的时间长短。依据IEC标准，放电时间率有20h、10h、5h、3h、lh、0.5h率及分钟率。而

6、放电终止电压为铅蓄电池以一定的放电率25℃环境温度下放电至能再反复充电使用的最低电压称为放电终止电压。大多数固定型蓄电池规定以10小时放电率放电时（25℃）终土电压为1.8V/只。终止电压值视放电速率和需要而规定。为使电池安全运行，小电流放电时终止电压取值稍高，大电流放电时终止电压取值稍低。不同的放电率，电池有不同的容量。放电率越大，电池的容量越小。所以，一般都是采用常用负载电流作放电倍率来测量电池的放电容量。1.2.2电池内阻电池内阻有欧姆内阻和极化电阻两部分。前者由电极村料、隔膜、电解液、接线柱等组

7、成，除此，还与电池尺寸、结构及装配因素有关。后者由电化学极化和浓差极化引起，这些电阻是在电池放电或充电过程，两电极进行电化学反应时极化产生的内阻。极化电阻除与制造工艺、电极结构、活性物质的活性有关外，还与电池工作电流大小、温度等因素有关。电池内阻决定了电池工作电压、工作电流和输出能量。电池的内阻对电池的使用性能影响很大。在充放电时，它要消耗电池的能量，使电池发热，限制电池电流的增加，降低电池的工作电压；在成组使用时，电池内阻一致性误差的存在，使电池组各单体电池的电压或电流的一致性变坏，导致电池的使用安全

8、和使用寿命大大降低。因此对于UPS电池组而言，如何保证其电池内阻的一致性就尤为重要，必须做到对单体电池内阻的准确监测。1.2.3电池电动势及电池电压当蓄电池用导体在外部接通时，正极和负极的电化反应自发地进厅，倘若电池中电能与化学能转换达到平衡时，正极的平衡电极电势与负极平衡电极电势的差值，便是电池电动势，它在数值上等于达到稳定值时的开路电压。但电池电动势与开路电压意义不同，电动势可依据电池中的反应利用热力学计算或通过测量汁算，有明确的物理意