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山特UPS電源電池的智能化管理

發布時間:2019-02-18    文章來源:    瀏覽次數:707山特UPS電源電池作為UPS系統中的儲能裝置,其作用是在失去市電或市電質量不穩定超出用電設備允許的范圍時,向負載提供電能,是組成山特UPS系統的關鍵設備之一。同時,山特電池又是一種價格昂貴的消耗品。因此,如何對電池進行合理使用和管理以延長其使用壽命,一直是UPS生產廠家多年來研究和改進的課題。隨著科學技術的發展,UPS電池管理趨向于更科學、更嚴謹、更智能化。本文結合美國伊頓旗下山特UPS在電池管理功能方面的特點,介紹目前UPS先進的智能化電池管理功能。

1    智能化的充電功能

  電池充電性能是影響電池壽命的重要因素之一。早期的UPS以及目前一些小功率UPS只控制充電電壓而不控制充電電流,這樣在電池充電初期,由于電池端電壓與充電電壓存在較大的壓差,極易因充電電流過大而造成電池損壞。智能化的充電管理能夠根據使用條件、使用環境自動調節充電機理,從而為電池創造良好的運行條件,有效延長電池的使用壽命。

  UPS充電原理

  山特UPS電源的充電原理所示。SH2是電池充電電流傳感器,可以通過調整整流器的輸出電壓(即電池的充電電壓)從而控制電池的充電電流。

    (1) 能夠適應不同類型電池的充電管理

  山特UPS支持多種電池的使用。根據不同類型的電池,其充電機理會自動進行調整改變。只需在電池安裝時,在控制面板輸入電池類型即可。

① 閥控密封鉛酸電池
  采取先恒流后恒壓的充電方式。充電初期充電電流較大,UPS根據所配置的電池容量,自動將充電電流限制在0.1C~0.2C(用戶可通過控制面板調整),對電池進行恒流充電,確保電池充電時安全快速。當電池容量達到80%后,UPS轉為浮充電壓對電池進行恒壓充電。

② 開口式鉛酸電池
  采取先均充后浮充的充電方式。開口式鉛酸電池對充電電流沒有嚴格的要求,為盡快完成對電池的回充,首先充電電壓被自動調整到均充電壓。當電池容量達到80%后,UPS轉為浮充電壓對電池進行恒壓充電。

③ 鎳鉻電池
工廠根據用戶需要對設備進行適當調整,也可以適用于鎳鉻電池的使用。

(2) 具有浮充電壓溫度補償功能

  根據電池特性,當環境溫度升高時,由于電池內阻降低,若充電電壓保持不變,充電電流就會增大,造成電池的過充。反之,當溫度降低時,若充電電壓保持不變,易造成電池的欠充。過充和欠充均會影響電池的使用壽命。鉛酸蓄電池的額定運行溫度范圍是10℃~30℃,在15℃~25℃范圍內,充電電壓不必隨溫度的變化進行調整,如果運行溫度不在此范圍內,充電電壓應隨溫度的變化自動予以調整。

  山特UPS電源具有浮充電壓溫度補償功能。通過在電池組現場安裝溫度傳感器, UPS會實時取得電池的環境溫度數據,并根據電池環境溫度的變化自動調節浮充電壓。溫度調整系數為-5mV/CELL/℃,可以在-3mV~-8mV/ CELL/℃范圍內設定。有資料表明,當UPS工作在30℃時,是否具有溫度補償功能,電池壽命可以相差30%。

2001年5月1日實施的國家通信行業UPS標準已明確要求UPS應具有浮充電壓溫度補償功能。

2   電池的自動檢測功能

    目前,大多數中大容量UPS都設計并具備了此項功能,其主要作用是:檢測電池性能以及電池回路是否正常。基本原理是:通過強迫電池放電,檢測電池在一定時間內的放電電流和電壓降。然后與UPS內存儲的放電曲線進行比較,給出電池目前的品質狀態。

       在檢測技術上,各UPS廠家有所不同。

    (1)在強迫電池放電方面,有些廠家采取停止整流器工作的方式;有些廠家采取降低整流器輸出電壓的方式。顯然,后者更先進更可靠,因為檢測這種方式不會由于電池或電池回路存在故障而造成輸出斷電。

    (2) 在測試程序方面,大多數UPS是將測試時間間隔設置為3~6個月;每次測試放電時間為6分鐘,或放出電池容量的20%~25%。而有些UPS采取恒功率放電,由于不受負載波動的影響,所得參數較準確。但由此帶來的問題是,當UPS所帶負載低于測試要求的功率時(如25%),則電池檢測過程無法進行。

  山特UPS設計安裝了電池接觸器,電池接入系統由UPS自動控制,避免了由于電池的開關閉合時間不當帶來的人為故障。電池檢測采取降低整流器輸出電壓的方式,確保UPS在電池檢測時的可靠性,測試時間持續6秒鐘。電池測試在以下情況將自動執行:

    ·系統啟動后的60 s
     ·市電中斷時
    ·市電恢復后24 h
    ·測試失敗后的60 s
    ·手動命令

每次放電測試后,山特UPS電源均會對測試數據進行記錄和分析,并顯示分析結果。
可以注意到山特UPS的電池檢測較傳統方法的獨特之處在于:

    (1) 測試頻度高,每24小時進行一次。這樣可以使用戶及時掌握電池的運行情況,在電池出現性能下降的征兆時,就進行維護處理。避免了傳統方法中,電池在測試間隔期間(3~6個月)性能迅速下降甚至完全損壞的可能。由于用傳統方法測試時,放電時間長、電池放電容量大(20%),故不可能進行如此頻繁的測試,否則將影響電池的使用壽命。

    (2) 測試持續時間短,每次只需6秒鐘,基本不消耗電池容量。這樣,即使在電池檢測后立刻發生市電停電的情況,UPS的后備時間也不會受到損失。

3  過放電自動保護

  電池過放電是指當電池放電到最低保護電壓時,電池已處于被深度放電的狀態。過放電是電池損壞的重要原因之一。造成電池過放電的原因主要有:
·電池最低保護電壓設置錯誤。
·小負載,長時間小電流放電。

 智能過放及低電壓報警

    在并機冗余系統中,輕載、長時間小電流放電造成的過放電情形很常見。這是因為,在系統設計時,UPS的容量就留有一定的余量,而配備電池時,一般要求按滿負載設計。實際應用中,負載往往只能達到UPS容量的30%左右。根據這一情況,如果設計系統后備時間為30分鐘,則實際放電時間可達到4小時左右,極易造成電池的過放電。

  通過修正相關設置可以糾正最低保護電壓設置錯誤,但解決不了因小負載、長時間小電流放電造成的過放電。因此,更為先進的保護方式是:UPS可以根據負載情況動態調整電池最低保護電壓。

  山特UPS電源具有智能過放電保護功能。其內置的微處理器會根據電池的放電電流自動調節關斷電壓, 保護電池免受過放電損壞。原理如圖2所示。

4   后備時間顯示及低電壓報警

  當UPS由于各種原因切換到由電池供電時,用戶需要及時了解系統后備時間,采取相應措施。當電池電壓降到低限時,報警通知用戶,然后自動關機以防止電池深度放電。

  電池放電時,山特UPS會根據電池的類型、電池容量、浮充電壓、電池最低放電電壓等資料,結合當前的負載情況,實時計算電池的后備時間、電池電壓過低的預警值以及系統關機的最低值。計算每30秒更新一次,以消除因負載變動引起的誤差,確保檢測精度。后備時間在液晶控制屏上實時顯示。

  當電池電壓到達電池預警低電壓時,UPS聲音報警頻率會加快;如果配合山特UPS隨機提供的電源管理軟件,則可以實現網絡設備順序關機的功能。預警時間額定值為5分鐘,可以在2~254分鐘范圍內設置。電池預警低電壓和預警時間是兩個獨立的參數,當電池可供電時間少于預警時間值或電池電壓低于預警電壓設置值時,均會報警。

  另外,山特UPS電源還具有并機時共用電池組的功能。具備了以上種種先進的電池智能管理功能,寶蘭阿波羅系列UPS可以有效延長電池組的使用壽命,提高整機可靠性,并可以方便地集成到網絡設備中去。

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