UPS運行中,往往出現以下情況:同一供電環境下的兩臺UPS,其中1號UPS使用了7年,2號UPS使用了4年,但是這兩臺UPS均使用同一批次蓄電池,這批電池均使用了4年,然而1號UPS的蓄電池出現老化現象,而2號UPS蓄電池使用正常。這種情況,往往是由于1號UPS直流電容老化導致的交流紋波過大造成的。
　　
　　下述蓄電池均指閥控式鉛酸(VRLA)蓄電池。
　　
　　1 交流紋波
　　
　　交流紋波是指在直流電壓或電流中,疊加在直流穩定量上的交流分量。交流紋波電壓是直流電壓中的交流成分,理論上,直流電壓是一個固定的值,但是在充電器中輸出的直流是由交流電壓整流、濾波后得來的,即使是好的基準電壓源,其輸出電壓也是有紋波的,如圖1中所示虛線。
　　
　　我們往往用交流紋波的峰峰值及有效值來描述紋波:
　　
　　峰峰值(peak-to-peak,pk-pk)是指波形圖中大的正值和大的負值之間的差。
　　
　　針對正弦波而言,峰峰值除以2是峰值,峰值除以√2是有效值,如圖2所示。
　　
　　以我國的市電為例,有效值為220V,峰峰值為622V,峰值為311V,見表1。
　　
　　2 紋波電壓對于蓄電池的影響
　　
　　(1)導致蓄電池發熱
　　
　　眾所周知,蓄電池的高溫會極大地影響使用壽命(即:超過25℃以上,每升高10℃,使用壽命減少一半),那么蓄電池的溫度主要取決于蓄電池周圍的環境溫度和蓄電池內部溫度,而內部溫度主要來源于內部放熱電化學反應和電流通過電阻元件的電阻熱(I2R)

   以一節西恩迪MPS12-100R(12V100Ah)為例:在理想的無紋波的情況下,浮充電壓=13.6V,浮充電流=0.2A,那么這節電池在浮充狀態的用電消耗=13.6×0.2=2.72W,其中有2%為蓄電池自放電,2%～3%消耗在板柵腐蝕和氣相反應,約95%的浮充電流消耗在氧循環上,而氧循環是一個發熱反應,那么這節電池,在浮充階段,發熱量=13.6×0.2×95%=2.58W。
　　
　　而實際中，充電器存在輸出紋波，會在此純直流分量的發熱量上，再疊加一個交流紋波分量發熱量。
　　
　　如果浮充階段的紋波電壓(峰峰值)為0.12V,那么,紋波電壓比例(峰峰值)=0.12÷13.6=0.88%,雖然此比例0.88%小于推薦值1.5%,但是此紋波電壓造成的紋波電流(峰峰值）=0.12÷0.0052=23A,即紋波電流(有效值)為8.16A,超過了大允許值5A,此紋波導致的熱量增加量為0.35W,此熱量相對于純直流電路的熱量2.58W,有13%的增加,此熱量的增加會影響蓄電池的壽命。詳情如表2。
　　
　　膠體電池相對于AGM蓄電池內阻較大,浮充電流較小,而受紋波電壓的影響較小;相反,AGM高功率蓄電池內阻較小,會受紋波影響較大,以西恩迪高功率蓄電池C&D12-370DNT為例,紋波仍舊是0.12V(峰峰值),C&D12-370DNT的內阻較小,為4.65mΩ,因為此紋波電壓,導致了15%的發熱量的顯著增加,如表3。因此,紋波電壓和紋波電流兩個參數均要關注。
　　
　　(2)導致蓄電池排氣
　　
　　除了關注過大的紋波電壓導致的蓄電池發熱,也要關注紋波電壓導致的排氣和提前干涸,以蓄電池單體為例,2.35V的充電電壓會使得蓄電池排氣,所以建議單體電池充電電壓不高于2.3V,如果浮充電壓直流部分為2.25V,在其上疊加的交流瞬時峰值不得高于0.05V,詳細如表4及圖3,也就是紋波的峰值過高,會導致排氣和提前干涸。
　　
　　

(3)影響循環壽命
　　
　　蓄電池的單體開路電壓是2.14V,如果浮充電壓低于這個值,蓄電池就開始放電,如果浮充電壓直流部分為2.25V,在其上疊加的交流瞬時谷值不得低于-0.11V(2.25-0.11=2.14V),詳細如表5及圖3。也就是紋波的谷值過低,會導致放電。
　　
　　

如果紋波導致蓄電池放電，蓄電池將以紋波頻率循環，不僅過大的紋波電流會產生極端的熱量，而且會加速極板活性物質和板柵的腐蝕及其劣化。
　　
　　3 結束語
　　
　　如何使得蓄電池壽命佳基于前面幾點,沒有紋波的直流充電是理想的,然而實際是做不到的,期望VRLA蓄電池獲得佳的壽命應該采取以下措施:
　　
　　①在浮充階段,充電器紋波電流要小于5A/100Ah;
　　
　　②在浮充階段,充電器紋波電壓比例(有效值)≤0.5%;在恢復性充電階段,紋波電壓比例(有效值)≤1.5%;
　　
　　③在循環使用的情況下,充電器紋波電壓比例(有效值)≤1.5%;
　　
　　④在日常維護的時候,要經常性檢測浮充紋波電流,跟蹤直流紋波的變化,如果紋波電流有顯著增加,應及時更換直流電容等濾波器件。