镍镉电池内部 如何选择适合的 UPS？功率段与工作方式解析

镍镉电池内部 如何选择适合的 UPS？功率段与工作方式解析

首先确定功率范围

总之，首先我们要确认UPS所要承载的设备功率，然后才能确认UPS的功率。一般来说，建议负载功率为UPS功率的30%~80%。如果负载过大，在同时启动时可能会导致UPS功率过载。如果负载过小，不但会造成浪费，对电池的性能也不好。

UPS 的工作原理

目前市场上最常见的工作模式有备份型、在线互动型、在线双转换型（纯在线型），具体如下：

后备式UPS，不带稳压电路，在交流电和电池切换时有一个转换时间，一般用于个人电脑保护或对UPS电源性能要求不高的场合，该类UPS功率范围一般较小；

在线互动式，不带稳压，交流电与电池切换时有一个转换时间，但具有稳压功能。一般用在配线间或微机房，保护服务器、网络设备等。该类型UPS功率范围一般在5kVA以下。

在线式双转换UPS在交流电和电池之间转换时没有转换时间，无切换时间一般用于保护服务器或者网络设备等机房设备。该类型UPS功率范围从小到大，跨度比较大，在1kVA~，在市场上比较常见。

以上UPS电源的性能从高到低依次为：在线双转换、在线互动、后备式。价格一般与性能成正比。我们一定要选择价格昂贵的UPS吗？答案是否定的。正如我们的标题所说，我们要选择适合自己的UPS。如果是个人电脑用的，那么可以选择后备式UPS。如果是服务器用的，那么应该在在线互动和在线双转换之间进行选择。选择时应根据以下情况进行：

设备要求

看设备是否需要非常高精度的电源，可以查看负载设备铭牌上的标识或者询问设备厂商，如果需要高精度的电源，则需要选择在线式双变换UPS。其次看负载类型，有些负载不允许电源中断，比如继电器类设备或者开关信号类设备，这类设备如果配在线互动式UPS，有可能在UPS进行市电与电池切换时，导致负载断电或者故障，因此这类设备应选择在线式双变换UPS。如果设备不具备以上两个要求，可以继续下面的步骤。

当地电网

如果当地电网质量相对较好，也就是平时电压波动较小，那么可以考虑选择在线互动式UPS。但如果当地电网质量较差，电压波动较大，建议使用在线双变换式UPS，因为这种类型的UPS对市电的适应性比在线互动式要好。

UPS 切换至电池后的电池寿命

如果需要更长的延时，可以考虑选择标准两用机或者购买不带内置电池的UPS，两种UPS电源都可以选配原装电池或者第三方电池，以实现更长的延时。

安装

一般来说，UPS电源的安装方式有两种，一种是塔式安装，一种是机架式安装。您可以根据您的机房环境或现场环境进行选择。还要注意的是，并不是所有的UPS电源都同时支持这两种安装方式。大多数情况下，机架式UPS也可以安装在塔式中，但是塔式UPS可能无法安装在机架中，因为塔式UPS可能无法安装导轨。因此，在确认UPS功率范围和工作模式后，您必须确认UPS电源是否能满足您的安装要求。

不同类型UPS电池的优缺点

UPS应用中使用的电池有三种类型：开放式液态铅酸电池、免维护电池、镍镉电池。目前UPS厂家提供的电池一般都是免维护电池。下面主要介绍这三种电池的特点：

1开放式液态铅酸电池

该类电池按结构可分为8-10年和15-20年两种，由于该类电池的硫酸电解会产生腐蚀性气体，所以该类电池必须安装在远离精密电子设备的通风室内，电池室要铺防腐瓷砖。

由于蒸发作用，开放式电池需要定期测量比重、添加酸和水。这种电池可耐高温、高压和深度放电。电池室应无烟，并使用开放式电池架。

此电池不能充电后运输，必须在现场安装后充电。初次充电通常需要55-90小时。每节电池正常电压为2V，初次充电电压为2.6-2.7V。

2 免维护电池

免维护蓄电池又称阀控式密封铅酸蓄电池，使用和维护时必须遵循以下原则：

密封电池允许使用范围为15度至50度，但在5度至35度内使用可延长电池寿命。低于零下15度，电池化学成分会发生变化，无法充电。在20度至25度范围内使用可达到最高寿命。电池在低温下运行寿命长但容量较低，在高温下运行容量较高但寿命较短。

电池寿命与温度的关系可以参考如下规律：温度超过25摄氏度后，温度每升高8.3度，电池寿命就会减少一半。

免维护电池设计浮充电压为2.3V/节，12V电池为13.8V，CSB建议为2.25-2.3V/节。120节电池串联时，温度超过25摄氏度后，每升高一度浮充电压应降低3MV，同样，温度每升高一度电压应升高3MV，以避免充电不足。放电终止电压为满载时（

如果电池放电后 72 小时内未再次充电，硫酸盐就会粘附在极板上，使电池绝缘，从而损坏电池。

电池浮充或均充时，电池内部产生的气体在负极板电解成水，从而不加水就能保持电池容量。但电池极板的腐蚀会降低电池容量。

电池隔板寿命在环境温度30-40度时只有5-6个月，长期存放的电池每6个月必须充电一次，电池必须存放在干燥阴凉的环境中，免维护电池在20度时自放电率为每月3-4%，且随温度变化。

免维护蓄电池都设有安全阀，当蓄电池内部气压升到一定程度时，安全阀能自动排出多余气体，内部气压恢复后，安全阀又会自动复原。

电池的循环寿命（充放电次数）取决于放电率、放电深度、恢复性充电方式，其中最重要的因素是放电深度。在放电率和时间一定的情况下，放电深度越浅，电池循环寿命越长。免维护电池在25度100%深度放电下循环寿命约为200次。

当电池到达使用寿命时，会出现容量衰减、内部短路、外壳变形、极板腐蚀、开路电压降低等现象。

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IEEE将电池寿命的终结定义为容量低于标称容量AH的80%。标称容量与实际后备时间呈非线性关系，容量每下降20%，相应的后备时间就会大大减少。有些UPS厂家将电池寿命的终结定义为容量下降到标称容量的50%-60%。

如何计算UPS的电池数量

1电池计算方法

例如：直流电压为384V，每组由32块12V电池组成，要求后备时间为2小时，则电池容量计算如下：

*2小时/(0.7*384伏)=297安时

所以选择3组100AH的电池，共96个电池。

电池组电流为40KVA/384V=104A，因此选择50mm2的电缆进行电池连接。

电池总数=（功率/直流电压*小时）/每块电池安培小时*每组电池数量

功率为UPS的功率，直流电压为UPS电池所需的电压，不同功率的UPS直流电压不同，每组块数为所需的最少电池数量，一般配置电池时，必须是每组块数的整数倍。常见的UPS直流电压及每组块数如下（每块电池以12V为基准计算）：

例如配置一台5K 8小时延时UPS，它的功率为5000，直流电压为96V，每组电池有8块，配置100AH的电池，总共需要电池数量为：（5000/96*8）/100*8=32块。

2UPS电池配置计算方法

以下因素会影响备份时间

负载总功率（W）。考虑到UPS的功率因数，可直接根据的伏安（VA）进行计算。

V low 为电池放电后的终止电压（V），2V电池V low = 1.7V；12V电池V low = 10.2V

为电池浮充电压（V），2V电池=2.3V；12V电池=13.8V

Kh为电池容量换算系数（Ct/C10），10Hr放电率为1，5Hr放电率为0.9，3Hr放电率为0.75，1Hr放电率为0.6

I为电池工作电流（A），T为连续放电时间（H），V为UPS外接电池直流供电电压（V）

计算方法

12V单体电池数量N：N=V÷12 2V单体电池数量为6N

电池工作电流I：I=P总÷V

电池实际容量C：C=I×T÷Kh

例如：1KVA电源后备时间为4小时，UPS型号选择为V=36V，则

①N=36V÷12V=3节

②电流=÷36V=28A

③C=24A×4H÷0.9=124AH

④电池配置可以是3块电池一组100AH，也可以是两组6块电池65AH，选择结果可能会有偏差，取决于用户的需求和成本考虑。

注：12V电池常见容量规格有7Ah、17Ah、24Ah、38Ah、65Ah、100Ah、200Ah等。