Comet5电池.docx
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Comet5电池
第五章电池
§5.1电池的特性（密封铅酸电池）
§5.1.1电池的放电特性
图60.电池的放电特性
电池的放电特性是一族曲线（见图60）。
在一定的环境温度下，随放电电流的不同，电池端电压与放电时间的关系称为放电曲线。
由放电曲线可以看到如下的特性：
1.放电时间最长的曲线，放电时间为10小时，电流恒定，我们称
之为10小时放电制曲线，由此测定的电池容量用Ｃ10表示，这里：
Ｃ10＝6A×10h＝60AH
如果用1小时恒流放电来测定这同一只电池，则
Ｃ1＝41.9A×1h＝41.9AH
由此可见电池的容量是在标定了放电制式之后才是一个可比的确定值。
2.无论放电电流的大小，在放电的初始阶段都有电压突然下降较多，然后略有回升的现象，这是因为电池从充电状态转变为放电状态的
瞬间，电池极板附近的电荷快速释放出来，而离极板较远的电荷需要逐渐运送到极板附近，然后才能释放出来，这个过程形成了电池端电压有较大的低谷。
3.无论放电电流的大小，电池电压最终将出现急剧下降的拐点，以这些曲线的拐点联接得到的曲线就称为安全工作时的终止电压曲Ubend，
UPS的电池电压工作终点都是设计在这条拐点曲线附近的。
拐点之后的曲
线具有电压急剧下降的趋势，直到放电曲线的终点，这些终点联接得到的
曲线称为最小终止电压曲线UbMini，它表示放电电压低于此曲线后将造成电池的永久性失效，即电池不能再恢复储电能力。
由此可见UPS中设计有防止电池深度放电的保护功能是极为必要的。
§5.1.2电池的充电特性
图61.电池的充电特性
电池的充电特性曲线也是在25℃温度下测量和标度的（见图61）。
充电曲线通常有三条：
1.充电电流曲线：
在充电开始的一个阶段，充电电流是一个恒定值，随着充电时间的推移，充电电流逐渐下降，并最终趋于0。
这是由于在放电过程中，电池内的电荷大量流失，由放电转变为充电时，电荷的增长速度较快,化学反应将产生大量的气体和热量，对于密封电池来说,即使通过安全阀可以将气体和热量排放掉，但氢离子和水将同时损失掉，使电池的储能下降，因此必须限定充电的电流值，随着电池容量的恢复，充电电流将自动下降。
充电电流下降10毫安/安时以下时即认为电池已基本充满，转入浮充电状态。
电池放电越深，则恒流充电的时间越长，反之则较短。
2.充电电压曲线：
在电池恒流充电的阶段，电池的电压始终是上升的，因此有时又称为升压充电。
当恒流充电结束时，电池的电压基本保持不变，称为恒压充电。
在恒压充电阶段，电池的电流逐渐减小,并最终趋于０，结束恒压充电阶段，转入浮充电，以保持电池的储能，防止电池的自放电。
3.充电容量曲线：
在恒流充电阶段，电池的容量基本呈线性增长；在恒压充电阶段，容量增长的速度减慢；恒压充电结束后，容量基本恢复到100％大约需要24小时左右；转入浮充电后，容量基本不再明显增长。
由充电曲线还可以看到一组虚线，为电池放电50％后的充电特性，与100％放电后的充电特性相比，恒流充电时间明显缩短，恒压充电９小时左右，容量基本恢复到100％。
由以上可见：
□恒流充电是为了恢复电池的电压；
□恒压充电是为了恢复电池的储能；
□浮充电是为了抑制电池的自放电或保持储能。
UPS设计的电池放电容量通常为50％－70％额定容量，一般放电后最好连续充够24小时。
无论50％放电还是100％放电，恒流充电都是0.1Ｃ10（6Ａ），恒压充电都是6.75V（2.25V/cell），这是在25℃环境温度下进行的。
如果温度上升，则充电电压必须下降；否则电池内的化学会加,产生大量的气体，使电池内的压力增加，并经减压阀将气体释放，使电池内
的电解液减少，将造成电池的提早老化，减少电池的使用寿命。
CometUPS正是根据这一原理，设计了浮充电压随温度而变化的功能，以优化电池的使用寿命。
§5.2电池后备时间的计算
§5.2.1电池后备时间计算器的功能
电池后备时间计算器是测量电池充电或放电期间电池的实际后备时间
的方法。
这个功能是由主控制板COGO/COJO实现的，因此所有Comet系列的UPS都具有此功能。
电池后备时间计算器的计算结果可以在“MonitorPlus”和现场服务
工程师的笔记本电脑上显示出来。
这个功能可以由现场服务工程师设定或
取消。
后备时间计算所考虑的因素包括：
1.实际输出负载功率；
2.电池的使用年限；
3.电池的充电状态。
§5.2.2电池后备时间计算的原理
在市电超限，电池放电期间，电池后备时间计算器模拟电池的放电曲
线（见图62）。
计算的模型是将电池简化成一个恒压源（E0）与内阻R串联。
因此，电池的输出电压为：
UB=E0-R（Kn,t）I（t）
式中E0对确定的电池生产厂家及确定的电池类型是恒定的，R是电池的充电状态和随电池的环境温度变化的系数Kn的函数.在已知R（由主控制板计算）和I（实际测量）后，可以模拟出电池的放电曲线，直到终止电压UBmini，就可以预报电池的实际剩余后备时间ta。
从图上可以看出模拟出的电池放电曲线在电池的出厂曲线以下，因此，电池后备时间计算器总是偏保守的。
这样对10分钟后备时间的电池，在还能维持一分钟时就可能显示“剩余后备时间为0分钟”，对30分钟和50分钟后备时间的电池会有10％的误差。
这样做是为了避免因电池参数发生变化，或因计算误差造成过放电而损坏电池。
ti为开始计算电池剩余后备时间的时间。
在ti以内，电池刚开始放电，电池的输出电压变化很大，因此电池后备时间计算器不给出任何指示。
在电池开始放电50秒钟以后，后备时间计算器开始计算，随后每10秒钟重新计算一次。
图62.数值模拟的电池恒功率放电时的电压曲线
§5.2.2电池后备时间计算的模型参数
后备时间计算的模型参数包括：
理论后备时间（10，30，50分钟）;
电池单体的特性：
∙电池单体的十小时放电制容量：
以毫安时表示；
∙电池单体的内阻：
以毫欧姆表示；
∙电池单体的开路电压：
以毫伏表示。
有了这些参数，Comet的后备时间计算器就能计算电池的实际后备时间。
但这些参数是随电池所处的环境温度变化的。
更换电池后，在重新初始化后几个小时，等电池充电到一定水平后，电池后备时间计算器就能准确地计算电池的实际后备时间。
另外，还需要现场服务工程师在现场用Soft-tunor软件设置的参数包括：
1.并联电池的组数；
2.串联电池的单体节数（每节2V）；
3.电池的寿命（月）（<10年）；
4.两次电池测试的时间间隔（天）：
<6个月；
5.系数（1,K1）,（2,K2）,（3,K3）：
∙n：
放电倍率（n=1,2,3）;
∙Kn：
按理论后备时间（10分钟，30分钟，50分钟）所确定的系数，使计算的后备时间更精确；
6.系数Kt：
表示电池的容量随环境温度变化的系数。
电池后备时间计算器只有在以下两种情况下才无效：
1.由现场服务工程师用Soft-tunor设置Comet的参数时取消了电池后备时间计算器的功能；
2.使用外部充电器（由Soft-tunor设定）。
§5.2.4电池后备时间计算的结果
图.63后备时间计算器计算的理论30分钟后备时间的实际后备时间
在逆变器带满负荷时，电池后备时间计算器的精度最高；在逆变器带微量负荷时，后备时间计算器不再能作出精确的计算，这时显示的信息为：
“Loadtoolow”（负载太轻）
或者显示：
“back-uptime>3hours”（后备时间超过3小时）。
对不同的理论后备时间（由Soft-tunor设置不同的参数），所显示的信息
是不同的：
1.10分钟理论后备时间：
Pn＝额定功率
∙从Pn/3到Pn：
精度最高（最大误差为1分钟）；
∙从Pn/10到Pn/3：
精度约为20％，显示信息为：
“AVAILABLEBACK-UPTIME=__MINUTE”（剩余后备时间＝__分
钟）；
∙Pn/10及以下：
输出电流太小，在3个小时内显示的信息为：
“BACK-UPTIME>185MINUTES”（后备时间大于185分钟）；
在3个小时以后显示：
“BACK-UPTIME=?
LOADTOOLAW”（后备时间＝？
负载太轻）；
2.30分钟理论后备时间（见图63）
∙从Pn/3到Pn：
精度最高（最大误差为10％），显示的信息为：
“AVAILABLEBACK-UPTIME=___MINUTES”
（剩余后备时间为___分钟）;
∙从Pn/10到Pn/3：
精度约为20％，开始放电时显示信息为：
“BACK-UPTIME>185MINUTES”（后备时间大于185分钟）；
一旦后备时间计算器估算出的剩余后备时间不足3小时时显示：
“AVAILABLEBACK-UPTIME=__MINUTE”
（剩余后备时间＝__分钟）；
∙Pn/10及以下：
输出电流太小，在3个小时内显示的信息为：
“BACK-UPTIME>185MINUTES”（后备时间大于185分钟）；
在3个小时以后显示：
“BACK-UPTIME=?
LOADTOOLAW”（后备时间＝？
负载太轻）；
3.50分钟理论后备时间
∙从Pn/3到Pn：
精度最高（最大误差为10％），显示的信息为：
“AVAILABLEBACK-UPTIME=___MINUTES”
（剩余后备时间为___分钟）;
∙从Pn/5到Pn/3：
精度约为20％，开始放电时显示信息为：
“BACK-UPTIME>185MINUTES”（后备时间大于185分钟）；
一旦后备时间计算器估算出的剩余后备时间不足3小时时显示：
“AVAILABLEBACK-UPTIME=__MINUTE”
（剩余后备时间＝__分钟）；
∙Pn/5及以下：
输出电流太小，在3个小时内显示的信息为：
“BACK-UPTIME>185MINUTES”（后备时间大于185分钟）；
在3个小时以后显示：
“BACK-UPTIME=?
LOADTOOLAW”（后备时间＝？
负载太轻）；
§5.3电池放电终止前的预报警
产生预报警信号（Prealarm）的目的是为了保证计算机系统有充裕的存盘、系统退出和关机时间，也为具有自动关闭系统文件的计算机发出自动关机的命令（Closefiling）。
CometUPS对电池终止电压的保护是极为认真和严格的。
在Comet中设计了浮动的终止电压保护方法，以获得最佳电池运行状态和最大的后备时间保护而又不会导致深度放电而损坏电池本身（见图64）。
终止电压Ua是一个随放电电流Id变化的浮动值，当Id＝0～0.05Ｃ10时，Ua＝1.95V恒定；当Id＝0.05～1.5Ｃ10时，Ua呈线性下降变化；当Id＝1.5～3Ｃ10时，Ua＝1.65V恒定。
从前面的放电曲线可见（参考图26），
放电时间约等于10分钟至数小时，随负载而变化，Comet首选了Ua呈线性变化的一段时间为可计算精确的后备时间。
在后备时间结束后，Comet有两个小时待机时间，即逆变器停止后，电池只维持控制电路工作，等待市电的恢复；超过两个小时，控制电路停止工作，以保证电池不会过深放电。
如果在两个小时待机时间内,电池电压提前下降到1.8V/cell（5.4V或10.8V）则控制电路仍然要停止工作。
产生预报警信号的方法有两种：
1.当Comet设置了“使用后备时间计算器”（Backuptimeravailable），且有足够的负载使计算可能时，该计算器在电池放电
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