从无形到有形—UPS电池精细化管理

方树敏

北京首都国际机场股份有限公司航站楼管理部, 北京 100621

1 概述

3号航站楼UPS系统运行已满5年，现有电池组已经接近寿命终止，需要在近两年进行更换。由于多数UPS的实际负载很轻（不足10%），现有电池组配置后备时间过长，造成资源浪费。为降低更换电池成本，有必要对电池组进行合理调整；调整后，电池组的实际后备时间仍在3小时以上，不仅可以满足航站楼的运行和维护需求，还可节省更换电池费用。

2 问题的界定

3号航站楼在用的UPS蓄电池品牌为“武汉非凡”，该厂家提供的质保时间为3年，并说明当电池容量低于设计容量的80%时，称电池寿命终止。如何准确的监控电池容量，精确预测电池失效时间，是我们工作中的重点。同时3号航站楼UPS系统为2007年投入使用，截至2012年底，已经运行满五年；对比2012年电池放电数据和2009年电池放电数据，目前电池容量已经低于或接近电池容量的80%，临近寿命终止；需要对其进行更换，以保障UPS系统的正常运行。

3 诊断与分析

目前UPS主机负载量较小，平均负载量为11%，而UPS电池组是按照100%负载量配置的，实际电池冗余量很大。

3号航站楼UPS系统在建设时，设计后备供电时间为100%负载时0.5小时，但是实际负载量11%的情况下，供电时间可达到10小时或者更长时间；通过实际运行发现，夜航后维护作业时间不会超过3小时，故实际运行中，需要UPS系统后备时间3小时。

综上所述，3号航站楼UPS系统蓄电池更换时，对电池重新进行配置，可核减电池容量，减少电池更换的资金投入，同时又保障系统的正常运行。

UPS系统是为行业内重要的生产系统提供可靠电源的系统，平时看似并不起眼，但是确非常的重要。而UPS系统的蓄电池组更是在市电停电的情况下，UPS系统能否保障供电的重中之重。航站楼内也发生过因电池耗尽造成的供电中断，可见平时关注蓄电池维护管理的重要性。我模块在UPS系统的维护管理中，对蓄电池进行每年一次的电池活化放电测试，并在测试时将负载功率和放电时间进行了统计。

UPS电源中使用的铅酸蓄电池的所谓失效和容量衰减，都直接表现为内阻增大、端电压升高、使用性能明显下降等。影响蓄电池的内在质量主要表现在蓄电池硫化，造成硫化的两个重要因素：一是极化电压，二是记忆效应，其中极化电压是在充电过程中，电荷堆积于蓄电池电极上而产生的反向，实际上表现为蓄电池内阻的增大。消除极化电压的有效方法，是采用负极性脉冲在蓄电池两端瞬间放掉电极上堆积的反极性电荷。记忆效应则可通过多次充放电来消除。经过活化激活后可恢复和提升电池的实际容量，提升蓄电池的使用寿命。

而负载功率以及放电时间的数据统计工作，平时看似毫无意义，但是通过每一年与上一年的数据对比，我们可以了解电池容量，进而掌握电池是否有效，何时需要对电池进行更换，数据为这次电池更换打下了牢固的基础。

根据电池放电时间计算方法，可以看出负载功率的不同，使得负荷电流I不同，而电池组容量可以估算为负荷电流I乘以放电时长T，3号航站楼目前电池组设计原则为100%负载情况下后备半小时，而实际运行中，大部分UPS负载为11%，后备时间根据运行维保要求，需要3个小时，所以在电池更换时，只需要按照实际使用需求配置电池容量即可。

而不同容量的电池，价格差异很大，按照原有电池容量配置，全部更换蓄电池需要大概人民币630万元，而按照实际使用需求重新配置蓄电池，只需要大概人民币320万元，节省成本约50%。

表1 参考文献类型及载体类型标识

4 公式

根据YD 5040-1997《通信电源设备安装设计规范》,蓄电池组放电时间的计算公式为：

T=η*[1-a（t-25）]Q/KI

其中：

T——放电小时数，h；

η—— 放电容量系数；

a——电池温度系数，当放电小时率在1-10时，a取0.008；

t——实际电池所在地的环境温度的数值；

Q——蓄电池组的容量，Ah；

K——老化系数，取1.25；

I——负荷电流，A。

5 结束语

在UPS系统的运行中，大家往往容易忽视蓄电池的维保，并没有意识到精细化电池维保管理，可以带来的直接经济效益。目前蓄电池市场上，大部分厂商的质保期只有三年，而通过电池的精细化维护，可以将电池的寿命延长至五年或更长时间，直接节省近一倍的电池更换。可见重视电池维保的管理，注重电池放电时长的数据积累，不但有助于UPS系统的稳定运行，还可以为公司节约成本。

[1]张青泉. 通信电源设备安装工程设计规范. YD5040-2005.