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提高UPS可靠性的電池在線監測技術

日期: 2021-06-04 14:19
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    在工作和生活中,人們在很多方面都依賴于電子設備。從移動通信到數據中心等各種設備都***實現不間斷運行,這使得電源供應的可靠性成為一個關鍵性的問題。不間斷電源(UPS)可在停電時提供備用電源,因此被廣泛用在電網停電時確保關鍵負載正常運行。
  
 盡管可以應用其他的科學技術(比如飛輪儲能方式),但是大多數的UPS還是采用蓄電池來存儲能量。電池幾乎能在瞬時提供電力,如果UPS需要可靠運行,***重要的是蓄電池不僅要充滿電,而且要狀況良好。
  
 蓄電池的使用壽命有限。如果環境條件(尤其溫度)超出適宜的范圍,那么電池的使用壽命會大大縮短。大多數設備內的電池一般會根據保修規定的固定間隔時間(通常為5年)定期更換。但是這種方法也有缺陷,那就是電池在預期環境條件范圍之外使用時會很快沒電,而保養良好的電池使用壽命會更長。
  
  如今要求UPS提供更高的功率輸出,因此需要配備許多電池。在大型電池組中,單個電池失效會導致整組電池失效。大型和中型UPS供電系統會進行冗余,以便確保電池組失效時不會導致整個UPS失效。與此同時,UPS會繼續運行,輸出的峰值電流會減小,使得UPS運行的時間縮短。而且,失效電池還會對蓄電池組中的其他蓄電池產生影響,從而縮短這些蓄電池組的使用壽命。
  
  電池監測和保養是與UPS相關的一項重要成本。一般來說,工程師會定期到現場巡查,對裝置內電池的電氣特性進行測量。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,如果超出范圍則進行更換。輸出電壓未必是電池失效的良好指標,因此在兩次常規巡查之間電池可能會發生故障,工程師還需要進行額外的巡查。
  
  對電池進行在線監測,一方面減少工程師實際到現場檢查每塊電池狀態的時間,提高了現場巡查的效率,因此縮減了成本;另一方面,在線監測還實現了預防性維護。通過對可能的故障進行鑒別,工程師在常規巡查過程中即可以更換故障電池,從而確保裝置運行更可靠,無需再進行緊急巡查。
  
  HDGC3920蓄電池在線監測系統對配有800kVAUPS的廣播設備中的電池進行測量。一組電池組中的幾個電池的輸出電壓如圖1所示。在這個案例中,每個電池組具有200塊單體電池,能夠提供大約440V的電壓。電壓變化很大,主要是由于電池條件配置不正確。
一塊電池輸出為2V電壓,而不是常規的2.2V電壓。盡管一塊電池產生的電壓比預期的電壓要低,但是差別卻相當小而且很穩定。這種性能很常見,使得采用輸出電壓作為預測失效的指標不再可靠,這是由于電壓值可以保持在閾值范圍之內,因此不會觸發報警器。
  
  在這個例子中,當未采取任何措施。當采用了HDGC3920蓄電池在線監測系統對預定維護方案的有效性進行評估,目的并非是提示潛在的問題。注意:在電池電壓降低到0.7V之前,故障電池的電壓還是保持不變,未出現任何可能失效的跡象。在更換電池后,電池電壓恢復到正常值。由于在電池失效之前輸出電壓并未出現任何變化,因此輸出電壓并不是可能失效的良好指標。電池的參數阻抗是一個更好的指標。舉例說明了上升的阻抗提高超過20%。變化趨勢容易檢測:對阻抗進行測量可在電池失效前三個月就能發現問題。如果客戶使用了阻抗數據,在電池變質導致失效之前的常規預防性維護過程中就能更換電池。
 
  對電池進行長期監測,為改善UPS的可靠性提供了更多有用的信息。盡管所有的電池都需要進行維護管理,但是電池放電太過頻繁,每個月都要放電4到5次。在一些電池維護延長使用壽命的同時,太多的放電過程會縮短使用壽命:一次正常的配置每年僅會循環2到3次。通常情況下,電池質保使用壽命為20到50個循環。在這種情況下,電池在僅僅幾個月中就可能超過這個質保過程,而每5年更換一次電池的方案可能意味著電池需要經歷比設計承受的放電過程多幾倍的放電過程。
  
  該現場頻繁的充電/放電過程是由于安裝工將UPS留置在試運行模式而造成,這種模式使得電池不斷地循環充電以便進行測試。這個出乎意料的常見錯誤可能極大地縮短電池使用壽命。在工程師對連續自動監測的現場進行巡查過程中,錯誤的配置可能表現并不明顯,但是產生的問題卻很顯著。電池使用壽命縮短的另外一個原因是高溫。即使溫度只升高一點,也會提高電池內不必要化
  
  學反應概率,***終導致電池失效。一般來說,電池制造商會提示電池的使用溫度為20℃。該系統中隨時間變化的環境溫度,在其中一點溫度達到了22℃?照{系統未能將溫度保持在可接受的范圍之內,這樣的結果是導致電池使用壽命縮短。而且溫度升高可使電池制造商的質保無效。
 
  通過使用HDGC3920蓄電池在線監測裝置對電池進行長期監測,除了使工程師現場巡查更有效而降低成本之外,還有很多優點。在這個例中,對電池阻抗進行自動監測可在電池變成無效之前三個月就可鑒別出即將失效的電池。連續監測也使鑒別UPS配置問題變得簡單:特別是可能極大縮短電池壽命的不正確充電/放電頻率。監測同時也測量環境條件,從而確保了電池壽命不會由于高溫的影響而縮短。
  
  對電池進行長期監測可使電池的壽命達到***長,確保無需過早更換電池組以及確保對變質的電池進行早期檢測,從而在電池組沒電之前進行更換,降低了電池失效的風險以及節省了資金。盡管諸如UPS等關鍵的裝置通常不是節省成本的第一目標,但是用戶將裝置轉變成長期在線監測非常重要,因為這樣不僅能夠削減成本,而且還能夠增加裝置的可靠性。
 
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