瞭解 UPS 電池

UPS所使用的電池需所具備的特點

一、優良的充電特性:電池需具備優良的充電特性,可於短時間內回復額定的電量,以作為下一次市電斷電時可提供有效的電力來源。
二、可容許浮動電壓充電:UPS 由於需長時間開機使用,因此電池須一直處於充電的狀況下使用。故需可容許充電電壓浮動的狀況。
三、放電穩定度:UPS 內的電池常需要並聯、串聯使用,因此電池需具備高放電穩定度,確保穩定的直流電源供應不斷電系統使用。
四、壽命長:UPS 專用之電池,正常使用狀況下其壽命皆可介於三至五年。但由於 UPS 為長期使用及其為緊急電源供應角色的關係,因此建議兩年至兩年半即需更換電池,才可確保正常、穩定的使用。

電池種類與特性

市面上所提供的電池種類繁多,含鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰鐵電池…..等 。鉛酸電池雖然在能力及特性上並非各項之冠。但考量不斷電系統的使用條件、市場因素、回收環保、以及價格的種種狀況下。鉛酸電池成為目前使用在不斷電系統上的主流趨勢。

項目/ 種類
鉛酸
鎳鎘
鎳氫
鋰鐵
單位電壓(V)
2.0
1.2
1.2
3.6
放電效率(%)
80
75
70
95
充放電次數
250
800↑
1000↑
2000↑
使用壽命(年)
3~5
10~15
5~8
8~10
價格(鉛酸=1)
1
1.8↑
2.2↑
3.8↑

了解電池結構

電池中的每一個單元結構叫做「Cell」,稱為單電池;但內部常有多個單電池並連或串連的結構叫做「Battery」,稱為電池或電池組。市售一般乾電池其實構造上是「Cell」但英文上習慣稱「Battery」,而不斷電系統所用的鉛酸電池才是真正的「Battery」。另一般而言電池的容量單位為安培小時(AH),但日常生活使用的電池也有容量相對少的,因此也有用千分之一安培小時,即毫安培小時(mAH)作單位。

了解電池充電電流

一般來說,電池容量會決定充電電流的大小。電電流越大,電池越快充滿,但是快速充電容易造成電池過熱,內部氣體異常產生,進而發生危險。
因此,充電電流常設定在 0.1~0.2C。而 1C 則為電池容量大小。舉例而言 40AH 的電池,其設定充電電流需介於 4~8 安培(A)。

如何選擇UPS電池與負載的放電時間關係

由下方算是可大約算出一台 10KVA 的不斷電系統搭載 60 顆 9AH 的電池約可供應 8000W 的負載使用約 34 分鐘。
不過電池的放電過程為曲線,非線性直行,因此34分鐘計算值為線性的結果,但電池放電實際為曲線,放電到一段時間後,越接近截止電壓點(停止放電點)速度掉得越快,因此放電應是少於 34 分鐘的。較能確保的放電時間為 2/1,就是 17 分鐘,以上至多少時間就需依照實際使用。
由於 UPS 負載實際運作狀況變數多,且電池計算考量因素甚多,以上供使用者進一步了解。

選擇電池容量時需下列因素之考量皆會影響結果

一、UPS 之相關規格 (容量、轉換效率、功率因素、電池數量規格等)
二、電池放電效率
三、電池截止放電電壓
四、您所使用的負載用電W數大小及種類(是否為感性負載)
五、希望 UPS 可提供的備援時間使用。

例如:(下列計算式會因負載特性不同而放電時間不同,僅供參考)
假設 UPS 容量為:10KVA/ 8000KW(瓦特),功率因素:0.8
電池電壓:12Vdc (伏特)
電池容量:9AH (安培小時)
電池顆數:60 (顆) 

放電計算式如下:

1、每顆電池電壓 × 每顆電池容量 × 電池顆數 × 電池放電效率
= 12 (伏特) × 9 (安培小時) × 60 (顆) × 0.7
= 4536 (瓦特小時) = 所有電池可提供的能量

2、所有電池可提供的能量 ÷ UPS最大負載量
= 4536 (瓦特小時) ÷ 8000 (瓦特)= 0.567 (小時)= 34.02 (分鐘)

電池正確使用概念及如何保養電池

一般而言,不斷電系統所搭載的電池都是鉛酸免保養免加水式電池。在溫度濕度正常使用的情況下,即溫度介於 25℃~40℃ 之間,濕度不高於 80% 且不結霜。介於此狀態下,電池壽命可維持至三年以上,甚至最高可達五年使用。
但由於不斷電系統皆為長時間使用,且電池位在密閉的環境中,一般狀態下使用約兩年至兩年半即需為您的不斷電系統更換電池,以確保市電中斷後,不斷電系統能正常運作。
另外建議,您可約 3 個月左右讓 UPS 放電完(至機器電池沒電告警聲響起),再充飽電使用這樣可增加電池活性,延長電池的使用壽命。

項目
內容
結果
每月
保養電池外觀
查看外觀是否異常
若發生異常,請洽供應商
每季
查驗電池電壓
量測電池電壓,是否每顆介於12±0.3V
電池電壓發生異常,請洽供應商,或更換新電池
每年
清理電池環境
清理電池週遭環境, 防止外物侵入產生電池短路狀況。
若電池已發生異常,請洽供應商,或由專業的電機人員進行拆除