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通信用UPS蓄電池的管理與維護

來源:友聯蓄電池 發布時間:2016-06-13 14:59:57 瀏覽次數:

 蓄電池是UPS的心髒,不管UPS供電係統多麽複雜,其供電的時間和性能最終取決於它的電池,如果電池失效,再好的UPS也無法提供後備電源。管理和監控電池以精確地預測其臨界失效期以及延長電池的有效壽命,是保證UPS供電係統穩定可靠的關鍵。
  
  1 智能化管理的重要性
  
  UPS蓄電池在通信用UPS供電設備中占據十分重要的地位。目前,中小型UPS中廣泛使用的免維護密封式鉛酸蓄電池,占據UPS供電係統總成本的1/4~1/2。不僅如此,實際情況也表明,約有50%以上的UPS故障與其蓄電池有關。無論作為UPS故障的起因還是結果,UPS蓄電池的失效都會直接表現為內阻增大、端電壓不夠、容量不足或瞬間放電電流不滿足帶載啟動要求等。
  
  通信用UPS蓄電池一定要具有電池智能化管理的功能。由於使用通信用UPS的都是通信係統中關鍵的部門和場合,如數據中心機房和網絡監控中心等,因此對通信用UPS蓄電池的智能化管理要求是非常高的,在選型和驗收的過程中,要予以充分重視。
  
  2 智能化管理的實現
  
  對蓄電池的簡單管理,一般UPS產品都可以實現。但是,對於眾多而分散的通信用UPS而言,管理起來是很不方便的。為了實現全方位的智能化監控,艾默生網絡能源公司提供的PSMS動力與環境集中監控係統專門開發出UPS監控的軟硬件產品,對分散的通信用UPS提供了遠程集中監控的功能,此功能利用了通信用UPS本身具有的智能化管理功能,將UPS的監控模塊或監控單元通過RS232或RS485接口,再通過協議轉換器與網絡監控中心連接起來,將UPS的監控模塊或監控單元的數據直接傳送到網絡監控中心,這樣就節約了大量人力物力。監控值班人員在機房就可以隨時觀察到通信用UPS的運行狀態,真正實現了對通信用UPS及電池的集中智能化管理。
  
  3 智能化管理的要求和技術
  
  要實現UPS的電池智能管理要從多方麵考慮,其中最重要的就是智能化的充放電管理和靈活的電池維護管理,而電池精確的充放電管理是延長電池壽命的重要因素。電池維護操作的方便靈活,則是保證係統安全、易用的關鍵。電池的智能化管理使全麵提高UPS穩定性和可用性成為可能。
  
  合理地進行UPS電池的充放電管理,首先要準確全麵地監控每一節電池的狀態,包括電池容量、後備時間等。目前,大多數中、大功率UPS都設計並具備了此項功能,其主要作用是檢測電池性能以及電池回路是否正常。在放電環節需要特別控製過度放電給電池帶來的損害。容易造成電池過放電的因素主要是電池最低保護電壓設置錯誤,以及小負載、長時間小電流放電。最低保護電壓設置的錯誤比較容易被修正,但小負載、長時間小電流放電由於其隨機性,不容易被控製,且小電流放電極易造成電池的深度放電,損壞電池。這就需要UPS能夠根據負載情況智能化地動態調整電池最低保護電壓。艾默生網絡能源公司提供的PSMS動力與環境監控係統能讓值班人員實時監測通信用UPS的運行數據,包括電池的電壓、溫度,及時發現告警並通知維護人員,避免電池的過度放電或小電流深度放電等危及設備和通信安全的事件。
  
  以APC公司的Smart-UPSRT係列為例,它具備智能化的電池診斷和充放電管理功能,擁有電池狀態指示燈,可以提供非常直觀的狀態視圖,能夠實時顯示電池容量和後備時間。其CellGuard智能電池管理功能可以實現精確的電池充電控製,防止電池的過充或欠充。定期的自動電池充放電管理係統能使電池長期保持極佳的狀態,並可以對電池的損壞進行預警。另外其快速智能充電功能FastCharge、電池熱補償和保護功能,可有效地保護負載。
  
  便於智能化管理的UPS,在設計、製造過程中都應該以用戶的安全、易用為首要準則,充分考慮UPS在使用時的各種因素。目前,越來越多的UPS產品采用模塊化電池陣列,甚至能實現在塔式和機架式之間進行靈活轉換,既方便了安裝和維護,又保證了係統的擴展性和兼容性。
  
  APC的Smart-UPSRT就是能在塔式和機架式形態之間自由轉換的典範,包括外置電池在內都能進行靈活的安排。其抽拉式電池設計,支持在線熱更換,讓用戶能像拉抽屜一樣替換電池,更為便捷與安全。
  
  4 影響UPS電池使用壽命的因素
  
  一般的UPS電池使用壽命為3~6年,而智能化管理保護下的電池,將獲得更高的可用性。而可靈活更換的電池模塊,也讓個別電池的損壞不再成為影響整個UPS使用的致命傷。擁有了高度靈活、操作方便、智能管理的UPS係統,整個IT係統就擁有了一顆健康強力的心髒。
  
  對UPS蓄電池精確地預測其臨界失效期,一般的廠商很少做到。目前有的UPS廠家已擁有技術,但真正應用於產品的好象沒有,比如對單元電池定時充放電;某一節電池出現故障,可以及時通知更換等功能,因成本太高,很少實際應用。因此對大容量的UPS隻能采用人工維護,定時監測電池狀況的方法。
  
  既然不能精確地預測UPS蓄電池臨界失效期,那就盡可能延長電池壽命。大容量UPS的電池管理比較完善,對中小功率UPS的廠家一般不太關注。當然隨著技術的發展,有的UPS廠家已經在小至1kVA的機內設有豐富的電池管理技術。據研究,影響電池壽命的因素有:充電電流、充電電壓、放電深度、環境溫度、放電次數。針對這五個因素,一般有如下對策:
  
  (1)充電器的性能
  
  充電器的性能需大大增強,采用恒壓恒流分段式充電技術,對電池進行最優充電,充電電流的紋波盡可能小,才能延長電池的壽命。最優充電電流隨著電池容量的不同而不同,因此隨著後備時間的不同、電池容量的不同要求充電器的充電電流可增加或減少。現在有的UPS廠家為了共用充電器,將充電器的功率做大,針對用戶的實際電池配置,將充電器的電流調小。這樣做的優點是可以滿足不同電池配置的要求,缺點是浪費成本,同時如果限製充電電流的裝置失效,或用戶維護不當,就會損壞電池。用戶看到的電池膨脹,有些就是充電電流太大,導致電池熱失控引起的。有的廠家就以正常配置設計充電器的功率,後備時間過長的或過短的就無法兼顧了。現在最好的方案是充電器模塊設計,可並聯、均流。根據不同的配置選擇數目不等的充電器,既可節約成本,又可滿足用戶不同的要求。
  
  (2)放電深度的控製技術
  
  目前UPS廠家對電池的終止放電電壓在各種電池容量、各種負載下均是固定的。這對大電流放電時電池能量不能充分利用,而小電流放電時又極易造成電池的深度放電,損壞電池。大電流、小電流是針對電池容量而言的,例如100Ah的電池,當放電電流為0.5C,即100×0.5A=50A以上時稱大電流放電;小於0.01C即1A的放電電流稱小電流放電。小電流放電很容易造成涓流放電,使電池永久性損壞。研究發現,電池的放電電流越大,電池所允許的終止放電電壓越小;相反,放電電流越小,電池所允許的終止放電電壓就越大。可見電池放電終止電壓是可變的。隨著技術的發展,有的UPS廠家已提出了電池放電終止電壓自動調節技術,通過實時監測放電電流的大小,自動調節電池終止放電電壓。這樣既能保護電池,又能最大限度地使用電池的電能。
  
  (3)環境溫度補償技術
  
  研究發現,當環境溫度升高時,電池組本身固有的“存儲壽命”會逐漸縮短。例如:電池的預期壽命在環溫為20℃時為10年,在環溫為45℃時隻有5年。如果選配有溫度補償功能充電器的UPS可以使電池的壽命延長30%~50%。因為當環境溫度升高時,電池所允許的浮充電壓閾值下降。此時,若浮充電壓為固定值,勢必對電池組置於過壓充電工作狀態,加劇電池的化學反應,造成蓄電池中的水分子大量電解,放出氫氣和氧氣而逸出,電解液不斷幹涸,電池容量減少,從而縮短電池的壽命。環境溫度補償技術是指UPS可以根據環境溫度的不同自動調整浮充電壓,從而不會使電池處於過充狀態,延長了電池的壽命。
  
  (4)放電次數
  
  放電次數與電池壽命是相對應的,減少放電次數就是延長電池壽命。因此要減少電池放電次數就得盡量減少電池工作,選擇適應電網能力強的UPS首當其選,如允許輸入電壓範圍寬、輸入頻率範圍寬等。
  
  (5)均浮充功能
  
  研究發現蓄電池在正常使用過程中,會發生電解液液麵位置、比重、溫度的變化,以及各個電池的端電壓、電池內阻的變化不均衡情況。這種不均衡情況會導致電池組輸出電壓過低或電池組內阻過大,長此以往會縮短電池的壽命。為防止這種不均衡情況不斷加劇,在一定時間內,應提高充電電壓,對電池單元進行充電,使各單元電池都達到均衡一致的狀態,起到活化電池的目的,從而延長電池壽命。均浮充轉換技術就是根據對電池充電電流的檢測及電池容量情況判斷,自動進行電池均浮充轉換。