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(diǎn)對(duì)用戶很重要,因?yàn)楦鼡Q電池的成本很高(UPS售價(jià)的30%)。電池故障會(huì)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(yīng)的重要外部設(shè)備。 UPS按工作原理分成后備式、在線式與在線互動(dòng)式三大類。 UPS顧名思義,它就是一臺(tái)這樣的機(jī)器,它在市電停止供應(yīng)的時(shí)候,能保持一段供電時(shí)間,使人們有時(shí)間存盤,再從容地關(guān)閉機(jī)器。
電池溫度影響電池可靠性
溫度對(duì)電池的自然老化過程有很大影響。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)應(yīng)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(dòng)式UPS運(yùn)行時(shí)發(fā)熱量要大(所以前者要安裝風(fēng)扇),這也是后備式或在線互動(dòng)式UPS電池更換周期相對(duì)較長的一個(gè)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(shè)計(jì)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(dòng)車、電動(dòng)工具、電玩、筆記本、數(shù)碼及小型便攜式電子設(shè)備及電子電器所用可充電電池充電用電子設(shè)備,一般由外殼、電源轉(zhuǎn)換部分、充電檢測(cè)部分、充電保護(hù)部分等組成。其輸出類型為純直流或脈動(dòng)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(duì)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(shí)上電池充電狀態(tài)的壽命比單純儲(chǔ)存狀態(tài)的壽命長得多。因?yàn)殡姵爻潆娔苎泳忞姵氐淖匀焕匣^程,所以UPS無論運(yùn)行還是停機(jī)狀態(tài)都應(yīng)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(diǎn),是電池組與電源線路并聯(lián)地連接到負(fù)載電路上。在正常的運(yùn)行狀態(tài)下,與直流母線相連的充電裝置,除對(duì)常規(guī)負(fù)載供電外,還向蓄電池組提供浮充電流。這種運(yùn)行方式稱為全浮充工作方式,簡稱浮充運(yùn)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(fù)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(bǔ)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(dòng)而進(jìn)行充放電。當(dāng)負(fù)載較輕而電源線路電壓較高時(shí),蓄電池組即進(jìn)行充電,當(dāng)負(fù)載較重或電源發(fā)生意外中斷時(shí),蓄電池組則進(jìn)行放電,分擔(dān)部分或全部負(fù)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(yùn)行還是停機(jī)狀態(tài)電池都處在充電狀態(tài),市場(chǎng)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(fèi), 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(gè)單個(gè)的“原電池”組成,每一個(gè)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(gè)12伏的電池由6個(gè)原電池組成,24伏的電池由12個(gè)原電池組成等等。UPS的電池充電時(shí),每個(gè)串聯(lián)起來的原電池都被充電。原電池性能稍微不同就會(huì)導(dǎo)致有些原電池充電電壓比別的原電池高,這部分電池就會(huì)提前老化。只要串聯(lián)起來的某一個(gè)原電池性能下降,則整個(gè)電池的性能就將同樣下降。試驗(yàn)證明電池壽命和串聯(lián)的原電池?cái)?shù)量有關(guān),電池電壓越高,老化的就越快。
UPS容量一定時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能讓電池電壓,這樣UPS電池壽命就越長,對(duì)于電池電壓一定時(shí),應(yīng)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?yàn)槿萘恳欢〞r(shí),電壓越高,電流就越小,就可選用較細(xì)的導(dǎo)線和功率較小的半導(dǎo)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(jí)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(duì)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(jià)高出兩倍!雖然這類UPS設(shè)計(jì)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(yīng)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(huì)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(shè)計(jì)(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(dāng)電池連續(xù)地向逆變器供電時(shí)產(chǎn)生的,因?yàn)閾?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(dòng)式或后備/鐵磁式UPS不會(huì)有紋波電流,其它設(shè)計(jì)的UPS會(huì)產(chǎn)生大小不等的紋波電流,這取決于具體的設(shè)計(jì)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(huì)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(huì)有紋波電流。當(dāng)然這種設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jī))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(shè)計(jì)會(huì)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(shè)計(jì)不同會(huì)大大影響電池的壽命。
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