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UPS系统用储能器 第1章 铅酸蓄电池（1）

1.概述

UPS系统用蓄电池的发展概况

早期的UPS系统是为了应急照明，安全防范的。随着信息产业的发展，UPS也成为计算机、通讯、电力控制等的应急电源。比原来意义上的UPS更扩展了。

原始的UPS系统，是采用机械储能式的电动机带动发电机上带一个数吨的大飞轮。当市电停电后，该发电机可以维持正常工作数秒钟。

现代UPS系统工作需逆变器的配套，所以随着逆变器水平的提高，UPS系统应用也得到了空前的发展，从方波到正弦波，从离线到在线，从小功率到大功率，从常规延时到长延时，（电信系统、电力系统等 ）从简单不停电到智能化操作，由硬件控制发展到软件控制，电脑控制，从有线到无线控制。随着UPS系统的发展与之相配套的储能系统也由原始的机械飞轮储能逐步发展为蓄电池储能、超级电容器储能等。

1859年由普兰特发明了铅蓄电池，1912年开口铅酸蓄电池开始应用在应急供电系统中（UPS早期的型式），后来又出现了铂催化栓的防酸隔爆蓄电池。1899年渥德英发明了镉镍蓄电池，也应用在UPS系统中，由于价格昂贵，逐步被铅酸蓄电池代替了。1987年铅酸蓄电池开始应用在电信行业的大型UPS系统中。由于现代电信技术的大发展对储能蓄电池提出了更高的要求，体积小、功率大、免维护。不允许有酸气腐蚀设备。后在上世纪七十年代末研发了密封免维护铅酸蓄电池。关于《阀控式》和《免维护》概念的说明：这两种蓄电池开始诞生时概念混淆，直到现在，国内外称阀控式是指具有放气阀的一种气密型蓄电池，是贫液用阀控密封，称为VRLA battery；免维护是指蓄电池在寿命期内不用补水，在这一点上两者是相同的。而现在说免维护是指另一种液密式蓄电池，早是美国DELCO公司开发，称为富液液密式蓄电池，壳盖中镶一个透气不透酸过滤垫。这两种蓄电池国内外在UPS系统和其他行业普遍使用。

2.目前UPS系统常用的储能装置

1) 碱性镉镍蓄电池

碱性蓄电池是以KOH或NaOH的水溶液做为电解质的 ，镉镍蓄电池是碱性蓄电池，碱性镉镍蓄电池相对于铅酸蓄电池是长寿命、高倍率、，可以做到密封。IEC285、IEC623标准规定循环寿命500~1000次可以工作5~10年，高低温性能好，高倍率（5~10倍率）放电性能好，除有记忆效应，制造工艺复杂，组成镉镍蓄电池的材料昂贵短缺外，其它各方面都优于铅酸蓄电池，其价格是铅蓄电池的几十倍，单体电压低（1.25V）。一般UPS系统不宜选用镉镍蓄电池，尤其是大功率UPS系统用镉镍蓄电池造价非常可观。

 2） 阀控式密封铅酸蓄电池       

组成阀控铅酸蓄电池材料资源丰富，价格便宜，单体电压高（2V），经过阀控达到密封，现在工艺都很成熟，大电流高倍率放电性能基本满足UPS系统工作要求，工作其间对环境没有污染，价格相对镉镍蓄电池便宜很多，尤其适用于大功率UPS系统。是目前UPS系统的蓄电池。

3） 胶体密封铅酸蓄电池

胶体阀控铅酸蓄电池与阀控式密封铅酸蓄电池，其工作原理基本相同，但两种体系给正极析出的氧气到达负极提供的通道是不同的，因而结构工艺不相同。胶体蓄电池的电解液比重1.26~1.35g/m3，不同用途的蓄电池其电解液比重是不一样的。胶体铅蓄电池适用在动力型寿命较短要求的场合，虽然胶体密封铅酸电池内阻比阀控式略高一些，但其放电容量、大电流放电性能仍不亚于阀控式电池。胶体阀控铅酸蓄电池在使用寿命克服热失控电液分层，都优于阀控式密封铅酸蓄电池。阀控式密封铅酸蓄电池的氧气复合效率比胶体阀控铅酸蓄电池高，能作到免维护。胶体阀控铅酸蓄电池工艺较复杂避免不了放酸气，成本较高，单体间的电压平衡性有待提高，胶体阀控铅酸蓄电池因耗水量小，寿命比阀控式密封铅酸蓄电池略长，一般5~10年。但是胶体阀控铅酸蓄电池工艺各方面都要做到很好的情况下，才能显示出它的优越性。其容量和常规放电两者相近。但由胶体阀控铅酸蓄电池的粘着性，从电化学动力学的理论分析，高速放电的传质速度是很差的，低温内阻较大，胶体阀控铅酸蓄电池稳定性有待提高，所以做为高倍率需求的UPS系统，阀控式密封铅酸蓄电池与胶体阀控铅酸蓄相比各有千秋。

4） 富液免维护铅酸蓄电池

富液免维护铅酸蓄电池的工作原理除氧气阴极复合不如阀控式密封铅酸蓄电池，其化学反应机理相同。由于将阀控式密封铅酸蓄电池的贫液式改为富液式，用PE（polythylene）隔板、富液密封，能克服阀控式密封铅酸蓄电池贫液体系所产生的热失控、干涸、内阻大等缺点。由于该体系的流动性大、低温内阻小，从电化学动力学的理论分析，高速放电传质速度优于上述两种蓄电池。由于采用过剩电解液气体可以自由进出，通过特殊的复合盖结构设计通过分子筛性质的滤气安全阀，实现了对电池的完全密封，漏液。由于生产工艺简单单体电压容易实现一致，电液量高于上述两种蓄电池1.2倍，使用寿命5~10年。 根据以上几点分析和比较能，目前为UPS系统配套阀控式密封铅酸蓄电池和免维护铅酸蓄电池。（御风）