鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:939次 | 2019年11月08日
工程師淺談提高電池可靠性的常用方法
電池是UpS系統(tǒng)中最不可靠的部分,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(zhǎng)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。
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。
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(zhǎng)的一個(gè)重要原因。ApCUpS電池的溫度降到最低了,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電池壽命能最大程度提高。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(zhǎng)得多。因?yàn)殡姵爻潆娔苎泳忞姵氐淖匀焕匣^程,所以UpS無(wú)論運(yùn)行還是停機(jī)狀態(tài)都應(yīng)讓電池保持充電。
所有ApCUpS無(wú)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)盡可能讓電池電壓最低,這樣UpS電池壽命就越長(zhǎng),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-UpS1250電池電壓選擇了最低的24V。
ApCUpS較低的電池電壓相對(duì)延長(zhǎng)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(zhǎng)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。