【導(dǎo)讀】在我們的工作和生活中,我們已經(jīng)有很多方面依賴電子設(shè)備。從移動通信到數(shù)據(jù)中心等多種設(shè)備都必須實(shí)現(xiàn)最短停機(jī)時(shí)間的運(yùn)行,這使得電源供應(yīng)的可靠性成為一個關(guān)鍵性的問題。不間斷電源 (UPS) 可在停電時(shí)提供備用電力,因此被廣泛用于在電網(wǎng)停電時(shí)確保關(guān)鍵的電子設(shè)備正常運(yùn)行。
盡管可以應(yīng)用其他的科學(xué)技術(shù)(比如飛輪儲能),但是大多數(shù)的UPS還是采用各種電池來存儲能量。電池可提供相當(dāng)數(shù)量的能量,幾乎能夠在瞬時(shí)間提供電力。如果UPS需要可靠運(yùn)行,最重要的是電池不僅要充滿電,而且要狀況良好。
電池的使用壽命有限。如果環(huán)境條件(尤其溫度)超出最適宜的范圍,那么電池的使用壽命會大大縮短。大多數(shù)設(shè)備內(nèi)的電池一般會根據(jù)保修規(guī)定的固定間隔時(shí)間(通常每5年)定期更換。但是這種方法也有缺陷,那就是電池在預(yù)期環(huán)境條件范圍之外使用時(shí)會很快沒電,而保養(yǎng)良好的電池使用壽命會更長。
現(xiàn)代的UPS要求提供更高的功率輸出,因此需要很多電池。在大型電池組中,單個電池失效會導(dǎo)致整組電池失效。大型和中型UPS會進(jìn)行冗余,以便確保電池組失效不會導(dǎo)致整個UPS失效。與此同時(shí),UPS會繼續(xù)運(yùn)行,輸出的峰值電流會減小,系統(tǒng)采用UPS能夠運(yùn)行的時(shí)間會縮短。而且,失效電池還會對電池組中的其他電池組塊產(chǎn)生影響,從而縮短這些電池組塊的使用壽命。
電池監(jiān)測和保養(yǎng)代表了與運(yùn)行UPS相關(guān)的一項(xiàng)重要成本。一般來說,工程師會定期(可能每個月)到現(xiàn)場巡查,對裝置內(nèi)電池的電氣特性進(jìn)行測量。工程師通常會測量電池的電壓,以鑒別電池是否超范圍使用,如果超出范圍則進(jìn)行更換。輸出電壓未必是電池失效的良好指標(biāo),因此在兩次常規(guī)巡查之間電池可能會發(fā)生故障,工程師需要進(jìn)行額外的巡查。
對電池進(jìn)行在線監(jiān)測一方面減少了工程師實(shí)際到現(xiàn)場檢查每塊電池狀態(tài)的時(shí)間,提高了現(xiàn)場巡查的效率,因此縮減了成本;另一方面,在線監(jiān)測還實(shí)現(xiàn)了預(yù)防性維護(hù)。通過對可能的故障進(jìn)行鑒別,工程師在常規(guī)巡查過程中即可以換出故障電池,從而確保裝置運(yùn)行更可靠,工程師也無需再進(jìn)行緊急巡查。
萊姆使用Sentinel電池監(jiān)測系統(tǒng)對配有800 kVA UPS的廣播設(shè)備中的電池進(jìn)行測量。圖1給出了一組電池組中的幾個電池的輸出電壓。在這個例子中,每個電池組具有200 塊單體電池,能夠提供大約440 V的電壓。電壓變化很大,主要是由于電池條件配置不正確,這一點(diǎn)將在后文進(jìn)行討論。
圖形清晰地顯示了一塊電池輸出2 V電壓,而不是常規(guī)的 2.2 V電壓。盡管一塊電池產(chǎn)生的電壓比預(yù)期的電壓要低,但是差別卻相當(dāng)小而且很穩(wěn)定。這種性能很常見,使得采用輸出電壓作為預(yù)測失效的指標(biāo)不再可靠,這是由于電壓值可以保持在閾值范圍之內(nèi),因此不會觸發(fā)報(bào)警器。
圖題:電池輸出電壓