淺談電池壽命和UPS的可靠性
出處:彪哥 發(fā)布于:2011-08-28 10:21:43
即使UPS使用的是同樣的電池技術(shù),不同廠家的電池壽命大不一樣,這一點對用戶很重要,因為更換電池的成本很高(UPS售價的30%)。電池故障會減小系統(tǒng)的可靠性,是非常煩人的事情。
UPS是不間斷電源(uninterruptible power system)的英文簡稱,是能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源供應的重要外部設備。 UPS按工作原理分成后備式、在線式與在線互動式三大類。 UPS顧名思義,它就是一臺這樣的機器,它在市電停止供應的時候,能保持一段供電時間,使人們有時間存盤,再從容地關(guān)閉機器。
電池溫度影響電池可靠性
溫度對電池的自然老化過程有很大影響。詳細的實驗數(shù)據(jù)表明溫度每上升攝氏5度,電池壽命就下降10%,所以UPS的設計應讓電池保持盡可能低的溫度。所有在線式和后備/在線混合式UPS比后備式或在線互動式UPS運行時發(fā)熱量要大(所以前者要安裝風扇),這也是后備式或在線互動式UPS電池更換周期相對較長的一個重要原因。APCUPS電池的溫度降到了,所以它能更好地滿足系統(tǒng)可靠性要求。
電池充電器設計影響電池可靠性
電池充電器(battery charger) 也稱電池充電座。電池充電器是電動車、電動工具、電玩、筆記本、數(shù)碼及小型便攜式電子設備及電子電器所用可充電電池充電用電子設備,一般由外殼、電源轉(zhuǎn)換部分、充電檢測部分、充電保護部分等組成。其輸出類型為純直流或脈動直流。按連接方式可分為插墻式和桌面式。按所充電電池的類型又可分為鎳鎘電池充電器、鎳氫電池充電器、鎳鋅電池充電器、鉛酸電池充電器、鋰電池充電器等。按充電器的功能又可分為專用充電器和通用充電器。
電池充電器是UPS非常重要的一部分,電池的充電條件對電池壽命有很大影響。如果電池一直處于恒壓或“浮充”型電池充電狀態(tài),則UPS電池壽命能提高。事實上電池充電狀態(tài)的壽命比單純儲存狀態(tài)的壽命長得多。因為電池充電能延緩電池的自然老化過程,所以UPS無論運行還是停機狀態(tài)都應讓電池保持充電。
浮充特性:蓄電池組是電力直流系統(tǒng)的備用電源。浮充線路特點,是電池組與電源線路并聯(lián)地連接到負載電路上。在正常的運行狀態(tài)下,與直流母線相連的充電裝置,除對常規(guī)負載供電外,還向蓄電池組提供浮充電流。這種運行方式稱為全浮充工作方式,簡稱浮充運行。 浮充是蓄電池組的一種供(放)電工作方式,系統(tǒng)將蓄電池組與電源線路并聯(lián)連接到負載電路上,它的電壓大體上是恒定的,僅略高于蓄電池組的端電壓,由電源線路所供的少量電流來補償蓄電池組局部作用的損耗,以使其能經(jīng)常保持在充電滿足狀態(tài)而不致過充電。因此,蓄電池組可隨電源線路電壓上下波動而進行充放電。當負載較輕而電源線路電壓較高時,蓄電池組即進行充電,當負載較重或電源發(fā)生意外中斷時,蓄電池組則進行放電,分擔部分或全部負載。這樣,蓄電池組便起到穩(wěn)壓作用,并處于備用狀態(tài)。
所有APCUPS無論運行還是停機狀態(tài)電池都處在充電狀態(tài),市場上的很多UPS沒有這種功能。雖然這一功能使UPS成本提高,但如果考慮到更換電池的花費, 則UPS總的使用成本降低了。
電池電壓影響電池可靠性
電池是個單個的“原電池”組成,每一個原電池電壓大約2伏,原電池串聯(lián)起來就形成了電壓較高的電池,一個12伏的電池由6個原電池組成,24伏的電池由12個原電池組成等等。UPS的電池充電時,每個串聯(lián)起來的原電池都被充電。原電池性能稍微不同就會導致有些原電池充電電壓比別的原電池高,這部分電池就會提前老化。只要串聯(lián)起來的某一個原電池性能下降,則整個電池的性能就將同樣下降。試驗證明電池壽命和串聯(lián)的原電池數(shù)量有關(guān),電池電壓越高,老化的就越快。
UPS容量一定時,設計時應盡可能讓電池電壓,這樣UPS電池壽命就越長,對于電池電壓一定時,應選擇數(shù)量少電壓高原電池串聯(lián)的電池,不要選擇數(shù)量多電壓低的原電池串聯(lián)的電池。有些廠家UPS的電池電壓比較高,這是因為容量一定時,電壓越高,電流就越小,就可選用較細的導線和功率較小的半導體,從而降低UPS成本。容量1KVA左右的UPS的電池電壓一般為24 ̄96V。這種容量等級的APCUPS 如Smart-UPS 1250電池電壓選擇了的24V。
APCUPS較低的電池電壓相對延長了電池壽命,APCUPS電池壽命為3 ̄5年,而有些UPS的電池典型壽命只有1年!在UPS十年的使用期里,更換電池的成本比UPS本身售價高出兩倍!雖然這類UPS設計比較容易,成本也較低,但“潛在的”更換電池則成本很高。
電池紋波電流影響電池可靠性
理想情況下,為了延長UPS電池壽命,應讓電池總保持在“浮”充電或恒壓充狀態(tài)。這種狀態(tài)下充滿電的電池會吸收很小的充電器電流,它稱為“浮”或“自放電”電流。盡管電池廠商如此推薦,有些UPS的設計(很多在線式)使電池承受一些額外的小電流,稱為紋波電流。紋波電流是當電池連續(xù)地向逆變器供電時產(chǎn)生的,因為據(jù)能量守恒原理,逆變器必須有輸入直流電才能產(chǎn)生交流輸出。這樣電池形成了小充放電周期,充放電電流的頻率是UPS輸出頻率(50或60Hz)的兩倍。
普通后備式、APC在線互動式或后備/鐵磁式UPS不會有紋波電流,其它設計的UPS會產(chǎn)生大小不等的紋波電流,這取決于具體的設計方法。只要檢查一下UPS的結(jié)構(gòu)圖就能知道該UPS能否產(chǎn)生紋波電流。
如果在線式UPS的電池在充電器和逆變器之間,那么電池就會有紋波電流,這是普通的“雙變換”UPS。
如果用截止二極管、繼電器、變換器或整流器把電池與逆變器隔離開,那么電池就不會有紋波電流。當然這種設計的UPS不總是一直“在線”,所以這種UPS被稱為“混合后備/在線式”UPS。
總結(jié)
電池是UPS系統(tǒng)中不可靠的部分,但是UPS設計得好壞直接影響到電池的可靠性。讓電池一直保持充電狀態(tài)(即使UPS停機)能延長電池的壽命,盡量避免選用電池電壓高的UPS。有的UPS設計會使電池產(chǎn)生紋波電流,造成電池不必要的過熱。大多數(shù)UPS使用的電池都差不多,但UPS設計不同會大大影響電池的壽命。
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