UPS不間斷電源的啟用與持續(xù)監(jiān)測

    我們越來越依賴技術(shù)為我們提供安全感：相機、應(yīng)急電話甚至安全照明都給人可靠的感覺，讓我們明白，如果需要，可以隨時使用它們。確保緊急情況下的可用性依賴于不出差錯的電源，這相應(yīng)意味著高品質(zhì)的備用電池。但是，如何知道備用電池真地不出差錯呢？

    這個問題困擾著依賴電池提供應(yīng)急電源的設(shè)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(shè)備的電力供應(yīng)。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(shù)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(gòu)成這些系統(tǒng)的嚴(yán)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(fēng)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(jié)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(yīng)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(lǐng)域領(lǐng)先的權(quán)威機構(gòu)RWTH亞琛大學(xué)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(shù)時，RWTH亞琛大學(xué)則已建立起技術(shù)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(xué)工藝。LEM-亞琛結(jié)成長期合作關(guān)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(zhǔn)可媲美高度復(fù)雜且昂貴的實驗設(shè)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(shè)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(fù)制了電化學(xué)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(fù)制這項先進技術(shù)之前，值得我們確切說明的是它實現(xiàn)的診斷水準(zhǔn)以及如何保護基于電池的UPS的完整性。■