1 電池的放電特性

電池的放電特性是一族曲線。在一定的環(huán)境溫度下(為25℃),隨放電電流的不同,電池端電壓與放電時間的關系稱為放電曲線。由放電曲線可以看出如下特性:

(1)放電時間最長的曲線,放電時間為10小時,電流恒定,我們稱之為10小時放電率曲線,由此測定的電池容量用C10表示

C10=6A×10h=60Ah

如果用1小時恒流放電來測定這同一只電池,則

C1=41.9A×1h=41.9Ah

由此可見電池的容量是在標定了放電制式之后才是一個可比的確定值。

(2)無論放電電流大小,在放電的初始階段都會使端電壓下降較多,然后略有回升的現(xiàn)象,這是因為電池從充電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉烹姞顟B(tài)的瞬間,電池極板附近的電荷快速釋放出來,而離極板較遠的電荷需要逐漸運送到極板附近,然后才能釋放出來,這個過程形成了電池端電壓有較大的低谷。

(3)無論放電電流大小,電池端電壓最終將出現(xiàn)急劇下降的拐點,以這些曲線的拐點連接得到的曲線就稱為安全工作時的終止電壓曲線,UPS的電池電壓工作終點都是設計在這條拐點曲線附近的。拐點之后的曲線具有電壓急劇下降的趨勢,直到放電曲線的終點,這些終點連接得到的曲線稱為最小終止電壓曲線,它表示放電電壓低于此曲線后將造成電池的永久性失效,即電池不能再恢復儲電能力。由此可見UPS中設計有防止電池深度放電的保護功能是極為必要的。

2 UPS電池的充電特性

電池的充電特性曲線也是在25℃溫度下測量和標度的。充電曲線通常有三條:

(1)充電電流曲線:在充電開始階段,充電電流是一個恒定值,隨著充電時間的推移,充電電流逐漸下降,并最終趨于0。這是由于在放電過程中,電池內(nèi)的電荷大量流失,由放電轉(zhuǎn)變?yōu)槌潆姇r,電荷的增長速度較快,化學反應將產(chǎn)生大量的氣體和熱量,對于密封電池來說,即使通過安全閥可以將氣體和熱量排放掉,但氫離子和水將同時損失掉,使電池的儲能下降,因此必須限定充電的電流值,隨著電池容量的恢復,充電電流將自動下降。充電電流下降10mA/Ah以下時即認為電池已基本充滿,轉(zhuǎn)入浮充電狀態(tài)。電池放電越深,則恒流充電的時間越長,反之則較短。

(2)充電電壓曲線:在電池恒流充電階段,電池的電壓始終是上升的,因此有時又稱為升壓充電。當恒流充電結(jié)束時,電池的電壓基本保持不變,稱為恒壓充電。在恒壓充電階段,電池的電流逐漸減小,并最終趨于0,結(jié)束恒壓充電階段,轉(zhuǎn)入浮充電,以保持電池的儲能,防止電池的自放電。

(3)充電容量曲線:在恒流充電階段,電池的容量基本呈線性增長;在恒壓充電階段,容量增長的速度減慢;恒壓充電結(jié)束后,容量基本恢復到100%大約需要24小時左右;轉(zhuǎn)入浮充電后,容量基本不再明顯增長。由充電曲線還可以看到一組虛線,是電池放電50%后的充電特性,與100%放電后的充電特性相比,恒流充電時間明顯縮短,恒壓充電9小時左右,容量基本恢復到100%。

由以上可知:

①恒流充電是為了恢復電池的電壓;

②恒壓充電是為了恢復電池的儲能;

③浮充電是為了抑制電池的自放電或保持儲能。

UPS設計的電池放電容量通常為50%～70%額定容量,一般放電后最好連續(xù)充電24小時。無論50%放電還是100%放電,恒流充電都是0.1C10(6A),恒壓充電都是6.75V(2.25V/cell),這是在25℃環(huán)境溫度下進行的。如果溫度上升,則充電電壓必須下降;否則電池內(nèi)的化學反應會加強,產(chǎn)生大量的氣體,使電池內(nèi)的壓力增加,并經(jīng)減壓閥將氣體釋放,使電池內(nèi)的電解液減少,將造成電池的提早老化,減少電池的使用壽命。許多品牌UPS正是根據(jù)這一原理,設計了浮充電壓隨溫度而變化的功能,以優(yōu)化電池的使用壽命。