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鋰離子電池的壽命和UPS的可靠性關聯分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年03月29日  

使UpS使用的是同樣的電池技術,不同廠家的電池壽命大不相同,這一點對用戶很重要,因為更換電池的成本很高(UpS售價的30%)。電池故障會減小系統的可靠性,是非常煩人的事情。


電池溫度影響電池可靠性


溫度對電池的自然老化過程有很大影響。詳細的實驗數據表明溫度每上升攝氏5度,電池壽命就下降10%,所以UpS的設計應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式UpS運行時發熱量要大(所以前者要安裝風扇),這也是后備式或在線互動式UpS電池更換周期相對較長的一個重要原因。ApCUpS電池的溫度降到最低了,所以它能更好地滿足系統可靠性要求。


電池充電器設計影響電池可靠性


電池充電器是UpS非常重要的一部分,電池的充電條件對電池壽命有很大影響。假如電池一直處于恒壓或浮充型電池充電狀態,則UpS電池壽命能最大程度提高。事實上電池充電狀態的壽命比單純儲存狀態的壽命長得多。因為電池充電能延緩電池的自然老化過程,所以UpS無論運行還是停機狀態都應讓電池保持充電。


所有ApCUpS無論運行還是停機狀態電池都處在充電狀態,市場上的很多UpS沒有這種功能。雖然這一功能使UpS成本提高,但假如考慮到更換電池的花費,則UpS總的使用成本降低了。


電池電壓影響電池可靠性


電池是個單個的原電池組成,每一個原電池電壓大約2伏,原電池串聯起來就形成了電壓較高的電池,一個12伏的電池由6個原電池組成,24伏的電池由12個原電池組成等等。UpS的電池充電時,每個串聯起來的原電池都被充電。原電池性能稍微不同就會導致有些原電池充電電壓比別的原電池高,這部分電池就會提前老化。只要串聯起來的某一個原電池性能下降,則整個電池的性能就將同樣下降。試驗證明電池壽命和串聯的原電池數量有關,電池電壓越高,老化的就越快。


UpS容量一按時,設計時應盡可能讓電池電壓最低,這樣UpS電池壽命就越長,關于電池電壓一按時,應選擇數量少電壓高原電池串聯的電池,不要選擇數量多電壓低的原電池串聯的電池。有些廠家UpS的電池電壓比較高,這是因為容量一按時,電壓越高,電流就越小,就可選用較細的導線和功率較小的半導體,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延長了電池壽命,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本身售價高出兩倍!雖然這類UpS設計比較容易,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UpS電池壽命,應讓電池總保持在浮充電或恒壓充狀態。這種狀態下充滿電的電池會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的設計(很多在線式)使電池承受一些額外的小電流,稱為紋波電流。紋波電流是當電池持續地向逆變器供電時出現的,因為據能量守恒原理,逆變器必須有輸入直流電才能出現交流輸出。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在線互動式或后備/鐵磁式UpS不會有紋波電流,其它設計的UpS會出現大小不等的紋波電流,這取決于具體的設計方法。只要檢查一下UpS的結構圖就能了解該UpS能否出現紋波電流。


假如在線式UpS的電池在充電器和逆變器之間,那么電池就會有紋波電流,這是普通的雙變換UpS。


假如用截止二極管、繼電器、變換器或整流器把電池與逆變器隔離開,那么電池就不會有紋波電流。當然這種設計的UpS不總是一直在線,所以這種UpS被稱為混合后備/在線式UpS。


總結


電池是UpS系統中最不可靠的部分,但是UpS設計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(即使UpS停機)能延長電池的壽命,盡量防止選用電池電壓高的UpS。有的UpS設計會使電池出現紋波電流,造成電池不必要的過熱。大多數UpS使用的電池都差不多,但UpS設計不同會大大影響電池的壽命。


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