采用鋰電池監(jiān)測系統(tǒng)來提高UPS的可靠性

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)備都必須實現(xiàn)最短停機時間的運行，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)可在停電時供應(yīng)備用電力，因此被廣泛用于在電網(wǎng)停電時確保關(guān)鍵的電子設(shè)備正常運行。盡管可以應(yīng)用其他的科學技術(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。電池可供應(yīng)相當數(shù)量的能量，幾乎能夠在瞬時間供應(yīng)電力。假如UpS要可靠運行，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。假如環(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，那就是電池在預期環(huán)境條件范圍之外使用時會很快沒電，而保養(yǎng)良好的電池使用壽命會更長。

現(xiàn)代的UpS要求供應(yīng)更高的功率輸出，因此要很多電池。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會進行冗余，以便確保電池組失效不會導致整個UpS失效。與此同時，UpS會繼續(xù)運行，輸出的峰值電流會減小，系統(tǒng)采用UpS能夠運行的時間會縮短。而且，失效電池還會對電池組中的其他電池組塊出現(xiàn)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)代表了與運行UpS相關(guān)的一項重要成本。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，假如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(guī)巡查之間電池可能會發(fā)生故障，工程師要進行額外的巡查。

對電池進行在線監(jiān)測一方面減少了工程師實際到現(xiàn)場檢查每塊電池狀態(tài)的時間，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)測還實現(xiàn)了預防性維護。通過對可能的故障進行鑒別，工程師在常規(guī)巡查過程中即可以換出故障電池，從而確保裝置運行更可靠，工程師也無需再進行緊急巡查。

萊姆使用SenTInel電池監(jiān)測系統(tǒng)對配有800kVAUpS的廣播設(shè)備中的電池進行測量。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，能夠供應(yīng)大440V的電壓。電壓變化很大，重要是由于電池條件配置不正確，這一點將在后文進行討論。

圖形清晰地顯示了一塊電池輸出2V電壓，而不是常規(guī)的2.2V電壓。盡管一塊電池出現(xiàn)的電壓比預期的電壓要低，但是差別卻相當小而且很穩(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(nèi)，因此不會觸發(fā)報警器。

圖1電池輸出電壓

在這個例子中，采用了Sentinel電池監(jiān)測系統(tǒng)對預定保養(yǎng)方法的有效性進行評估，目的并非是提示潛在的問題。由于未采取任何措施，圖2顯示了十月九日電池徹底失效的情形。請注意，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(xiàn)任何可能失效的跡象。十一月十九日更換電池后，電池電壓恢復到正常值。

圖2電池失效

由于在電池失效之前輸出電壓并未出現(xiàn)任何變化，因此輸出電壓并不是可能失效的良好指標。電池的另外一個特點參數(shù)阻抗是一個更好的指標，如圖3所示。該圖形舉例說明了六月份上升的阻抗在七月初提高超過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(fā)現(xiàn)問題。假如客戶使用了阻抗數(shù)據(jù)，在電池變質(zhì)導致失效之前的常規(guī)預防性保養(yǎng)過程中就能更換電池。

圖3電池阻抗預測失效