不間斷電源(UPS)可以隨時啟用嗎?
這個問題困擾著依賴電池提供應急電源的設備制造商;如何知道在您最需要的時候,它能夠發(fā)揮作用?這對不間斷電源(UPS)制造商尤其重要,因為UPS的唯一用途是在主電源發(fā)生故障時確保計算機系統(tǒng)或醫(yī)療設備的電力供應。在這些情況下,電力提供和在確定的時間和供給容差范圍內(nèi)供電是極其必要的。
大多數(shù)備用電池使用多個閥控鉛酸(VRLA)電芯做成整體電池。雖然稱作“免維護”,但這項技術有眾所周知的不足,其中的任何一個都可能造成電池低效甚至完全不起作用。
因此,弱、老化或其他“不健康”的電池構成這些系統(tǒng)的嚴重危險,需要定期維護檢查它們的健康狀態(tài)(SOH)與荷電狀態(tài)(SOC)。不論這些維護多么頻繁,在維護檢查間隙仍有發(fā)生電池故障的風險。為了克服這種狀況,一些公司正轉(zhuǎn)向提供持續(xù)原位SOH和SOC監(jiān)測的系統(tǒng)。
持續(xù)監(jiān)測
這似乎是個簡單的解決辦法,但在現(xiàn)實中面臨經(jīng)濟上的難題。持續(xù)監(jiān)測方案通常需要增加50%的電池成本,如果把安裝和運行考慮在內(nèi),增加比例甚至高達70%。面對這么高的成本,在提示電池壽命終結的平均無故障時間(MTBF)之前定期更換電池,可能是更經(jīng)濟的做法。然而,和例行維護一樣,這也充滿不確定性,因為環(huán)境條件對電池的MTBF有很大影響。
制造商因而把目光轉(zhuǎn)向低成本的持續(xù)監(jiān)測系統(tǒng),全面診斷電池在各個條件下的SOH和SOC。2007年3月,供應這類智能變送器的專業(yè)公司LEM與密封及排氣式鉛酸電池診斷和管理領域領先的權威機構RWTH亞琛大學合作,確立了先進的低成本電池監(jiān)測管理的發(fā)展方向。
在其他制造商追逐更“時尚”的電池技術時,RWTH亞琛大學則已建立起技術中心并增強其力量,集中研究最為成熟和普遍銷售的電池化學工藝。LEM-亞琛結成長期合作關系,共同研究VRLA(閥控鉛酸)富液和膠體電池的故障模式,開發(fā)包括SOH和SOC在內(nèi)的下一代監(jiān)測與分析系統(tǒng)。
通過這種合作和了解用戶需要,LEM持續(xù)開發(fā)用于持續(xù)監(jiān)測的“Sentinel”解決方案,終于研制出最新一代產(chǎn)品Sentinel III。Sentinel能夠測量電池電壓、內(nèi)部溫度和內(nèi)部阻抗,其診斷測量水準可媲美高度復雜且昂貴的實驗設備,但成本因素使其可用作持續(xù)監(jiān)測方案。
為了開發(fā)Sentinel,如圖1所示,LEM使用上述實驗設備并選用眾多的電池樣式和品牌,進行廣泛的研發(fā)。在這個項目中,Sentinel運用和復制了電化學阻抗頻譜分析法。在解釋高性價比的單芯片解決方案中如何復制這項先進技術之前,值得我們確切說明的是它實現(xiàn)的診斷水準以及如何保護基于電池的UPS的完整性。

圖1:用于評估監(jiān)測裝置的測試設置
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/227617.htm老化問題
這類系統(tǒng)大多采用鉛酸電池技術,眾所周知的技術缺陷是老化導致容量衰減,內(nèi)阻升高。不過,由于這項技術如此成熟,老化狀況也廣為人知,因而能夠通過探測幾種情況確定老化狀況。
容量降低是尤其普遍的影響之一,這基本是電池的使用模式造成的。在UPS內(nèi)部,電池以高電流放電,導致電極上生成大的晶體??赏ㄟ^適當調(diào)節(jié)電池,部分地控制這種狀況,但事實證明在嚴重情況下這是不可逆的。這種情況也會生成小的晶體,稱作“樹枝晶”,如果沒有探測到的話,可能會連在一起造成電池短路。
內(nèi)部腐蝕使端子的薄片落到電極上,也可能造成短路。導致腐蝕的重要因素包括溫度、電壓和局部酸液濃度,通常影響正極端子。這些老化效應都導致電池容量或電量損失,因此任何一種診斷都必須能夠鑒別它們,以便在災難性故障發(fā)生之前采取適當行動。
以上效應導致電池容量或電量降低。任何一類診斷都應當以鑒別這些老化效應為目標。
在已進行的測試中,使用電化學阻抗譜(RWTH亞琛大學的EISmeter分析儀)進行全譜測量;運用一系列的正弦波形測量電池,測得整個頻譜的阻抗。通過傅立葉分析計算給定頻率的實際和假想的電壓響應部分,得出測量結果。通過分析電壓響應與勵磁電流的幅角及相角關系,獲得復雜的阻抗結果。
對于Sentinel解決方案而言,這是不切實際的,因為做到這一點所需的處理能力會使持續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的任何解決方案失去商業(yè)可行性。因此,我們面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)這
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