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科士达阀控式铅酸蓄电池延长小型 UPS 后备时间的蓄电池解决方案

电压范围介于 400 至 2500VA 之间的小型 UPS 机，通常在市电断电时用于向一台或多台个人计算机提供备用电源。这些 UPS 机通常装有预期寿命 3 至 5 年的内置蓄电池，并定量提供 5 至 45 分钟的备用工作时间。用户可将其用于长期（甚至可能每天）频繁市电断电的场所运行，可能由于缺乏备用发电机，因此他们希望将 UPS 用作替代电源。

解决办法呢？加装一块相同电压的并联蓄电池。当然，加装的并联蓄电池将外接至 UPS 机，最常见的解决办法如图 1 所示。

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图 1-辅助蓄电池

在加装外接蓄电池的情况，决定实际配置时需考虑若干问题。这些问题包括：

1. UPS 电子元件在不过热的情况下长期运行的能力。

2. UPS 充电电路在所需再充电时间内对附加蓄电池再充电的能力。

3. 将附加蓄电池与 UPS 内置蓄电池隔离，防止一串中的单格电池短路影响另一串。

4. UPS 连接器蓄电池，以及与附加蓄电池预期放电和再充电电流有关的线径。

5. 装于外壳上的附加蓄电池的适当通风。

如图 1 所示的配置无疑最易于实施，但是，其假设前提为 UPS 整流器具有向逆变器供电、再充电内置蓄电池以及对辅助蓄电池再充电的充足安培输出量。用于此配置以及图 2 中的

配置，UPS 整流器的辅助蓄电池每 1000 安时容量应有最小 2 安培的备用电流。此最小备

用电流应提供用于 72 小时内对辅助蓄电池进行再充电。

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图 2-配充电限流电阻器的辅助蓄电池

如果 UPS 内部整流器的电流容量有限，蓄电池的再充电电流可如图 2 所示用电阻器（R1 和 R2）予以限定。例如，假设 UPS 整流器只有 2 安培可用于对独立的 10 安时容量蓄电池充电，并假设并联加装一块 40 安时蓄电池用作外接蓄电池。在这种情况，应在两个蓄电池之间按其容量比例分配受限的可用充电电流。此时，1/5 再充电电流（0.4 安培）应供往内置的 10 安时蓄电池，而 4/5 再充电电流（1.6 安培）应供往外接的 40 安时蓄电池。限流电阻值将根据以下要求进行计算：当全充电电压施加于已放电蓄电池且为开路电压值时，将涌流限定在期望值。电阻散热能力值（瓦特数）仅是电压降乘以最大电流（V*I）或最大电流平方乘以电阻（I²R）的乘积。

例如，假设 24 单格电池系统的每单格充电电压为 2.3 伏特或 55.2VDC。最坏的情况是用于24 单格电池系统的已放电蓄电池开路电压为每电池 1.96V 或 47VDC。内置的 10 安时蓄电池限流电阻值将计算如下：

R1=(55.2-47)VDC/0.4 安培

R1=20.5 欧姆

W_R1=(55.2-47)VDCX0.4 安培

W_R1=3.25 瓦特最小值

外接 40 安时蓄电池限流电阻将计算如下： R2=(55.2-47)VDC/1.6 安培R2=5.1 欧姆

W_R2=(55.2-47)VDCX1.6 安培

W_R2=13.1 瓦特最小值

放电过程中，蓄电池将通过二极管 D1 和 D2 供电，因此可消除压降，若通过 R1 和 R2 供电则会产生压降。

采用其它可行的限流方式情况下，使用电阻器也许最简单、最廉价；不过，它会增加再充电时间。此外，如果采用电阻限流，那么产生热量的电阻不得安装在蓄电池附近。

尽管图 1 和图 2 的配置切实可行，但它们有一大共同缺陷：它们无法将两个蓄电池系统相互隔离。因此，如果一蓄电池组中有一单格电池短路，则会致使并联连接的另一蓄电池组放电。这可能是一个大问题，尤其是在两个蓄电池系统有不同的使用寿命或使用历史的情况。这一缺陷可如图 3 所示进行校正。

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图 3-配充电限流电阻和二极管隔离的辅助蓄电池

在此配置中，电阻器 R1 和 R2（如图 2 所示）限制至各个蓄电池（2 个）的充电电流。但是 D1、D2 和 D4 的作用可防止任何一个蓄电池发生短路，以免导致另一蓄电池放电。

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图 4-辅助蓄电池和充电系统

当 UPS 内部充电器没有足够安培容量可在合理的时间内对辅助蓄电池再充电时，则需要在外部组合件中配置一件辅助充电器。该配置将与图 4 所示相类似。如图所示，通过市电继电器常闭触点（或固态开关），辅助蓄电池和充电器可在市电断电之前与 UPS 完全隔离。在市电断电时，该继电器 K1 将断开，常闭（NC）触点将会闭合，而辅助蓄电池与 UPS 内置蓄电池实现并联。

如果 UPS 内置蓄电池充电电压调节至稍高于辅助蓄电池所使用的（例如 2.25v/c）电压值时

（例如 2.3v/c），市电继电器 K1 则可以忽略不计。在这种情况中，二极管 D2 在市电断电之前为反向偏流，断电时将为正向偏流并将其负载电流份额路由至 UPS 逆变器。此外，二极管 D1 和 D2 的布置也将两个蓄电池系统隔离，防止一串中的电池短路而影响另一串。这也许是所有配置中最简单的，但是，充电器输出电压的相关设定值相当关键。

表 1 确定了约为 20 小时的电池所需额定安时容量，用于为标有 VA 额定值、功率因子（pf）、交直流逆变器效率和直流母线电压的 UPS 系统提供已标注的操作时间。

加入相同电压的并联蓄电池串时，各电池串应单独接线至公共连接点，且应包括独立的串过流保护功能。

UPS-VA	直流母线	假设	蓄电池	蓄电池	每额定蓄电池安时容量的大约操作小时数
额定值	电压	直流-交流	瓦特	瓦特/单格	每额定蓄电池安时容量的大约操作小时数
在 0.8p.f 时		效率			1 小时	2 小时	3 小时	4 小时
					Ah	Ah	Ah	Ah
500	12	65%	615.4	102.6	85	150	200	250
	24	65%	615.4	51.3	43	75	100	125
	36	70%	571.4	31.7	26	46	62	77
	48	75%	533.3	22.2	18	33	43	54
	72	75%	533.3	14.8	12	22	29	36
	120	80%	500.0	8.3	7	12	16	20

1000	12	65%	1230.8	205.1	170	300	400	500
	24	65%	1230.8	102.6	85	150	200	250
	36	70%	1142.9	63.5	53	93	124	155
	48	75%	1066.7	44.4	37	65	87	108
	72	75%	1066.7	29.6	25	43	58	72
	120	80%	1000.0	16.7	14	24	33	41

1500	12	65%	1846.2	307.7	255	450	600	750
	24	65%	1846.2	153.8	128	225	300	375
	36	70%	1714.3	95.2	79	139	186	232
	48	75%	1600.0	66.7	55	98	130	163
	72	75%	1600.0	44.4	37	65	87	108
	120	80%	1500.0	25.0	21	37	49	61

2000	12	65%	2461.5	410.3	340	600	800	1000
	24	65%	2461.5	205.1	170	300	400	500
	36	70%	2285.7	127.0	105	186	248	310
	48	75%	2133.3	88.9	74	130	173	217
	72	75%	2133.3	59.3	49	87	116	144
	120	80%	2000.0	33.3	28	49	65	81
	144	85%	1882.4	26.1	22	38	51	64

2500	12	65%	3076.9	512.8	425	750	1000	1250
	24	65%	3076.9	256.4	213	375	500	625
	36	70%	2857.1	158.7	132	232	310	387
	48	75%	2666.7	111.1	92	163	217	271
	72	75%	2666.7	74.1	61	108	144	181
	120	80%	2500.0	41.7	35	61	81	102
	144	85%	2352.9	32.7	27	48	64	80

表 1- 规定运行时间所需的安时（Ah）蓄电池容量

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