約頓電池6-GFM-150 12V150AH/20HR

電池在問題發(fā)生前，看起來似乎一切正常。當出現故障，突然切換到依賴UPS電池供電時，負載會變得沉重。這會對電池造成很大壓力，并可能導致它們失效，也可能給數據中心帶來毀滅性的后果。

UPS電池選項

近幾十年來的UPS電池選項并沒有太大的改變：要么是濕式鉛酸蓄電池或密封鉛酸蓄(VRLA)電池。

濕式電池由于可靠性久的特點，仍然是大型數據中心的標配。這類電池浸泡在大型而且昂貴的硫酸罐中，需要定期操控和維護，同樣還需要密封措施加強安全預防，把可能含有 酸的房間與UPS分離。

VRLA是目前數據中心最先進的UPS標準。這些電池被糊狀電解質密封在容器中，同樣還使用一個不同的充電系統，使它們能夠更安全并且規(guī)避容納它們的特殊設施。VRLA需要比濕式電池更長的時間來充電，另外一個原因是UPS電池壽命。濕式鉛酸電池在適當的保養(yǎng)下預期壽命可長達25年，而VRLA蓄電池3到5年后就需要進行更換。

延長UPS電池壽命

數據中心經理必須采取措施以最大限度提升UPS電池壽命并防止災難性故障。

每個UPS至少應配置兩組電池串(見圖1)。如果其中一組發(fā)生故障，第二組應能夠保持功率——盡管這樣的持續(xù)時間可能會縮短為不到之前的一半。UPS電池壽命是個非線性函數。兩組電池串會比單組壽命的兩倍還多。至少你不會遇到突然事故。

所有UPS系統都需要兩組電池串來防止在其中一組出現故障時出現災難性故障。

VRLA電池通常會造成全體失效：一個故障會導致整組電池串失效，沒有任何跡象能顯示具體是那個電池出的問題(見圖2)。濕式電池失效故障或短路，會導致電池串總電壓降低，但UPS還是可以持續(xù)傳輸電能。

VRLA一出故障就會導致整組電池串失效。

任何技術都無法保證其不會突然失效，所以不論采用何種方案，都需要采用雙組電池串的電池技術。

規(guī)劃合理的電池更換周期。在理想條件下，電池會在預期時間失效。當一組單元出現故障時，最好更換整組電池串。新電池與舊電池相比，電氣特性會有所不同，電池串中混用新舊電池可坑導致更多的故障。這條規(guī)則也有例外：在更換操作完成六個月內發(fā)生的電池故障。

同樣還需要電池監(jiān)控。許多UPS系統都帶有電池監(jiān)控器，但第三方的監(jiān)控可能會更準確。有些UPS電池監(jiān)控會測量電池內阻，而其他的會施以很小的電壓進行測試運行。一位銷售商聲稱，電池監(jiān)控可以重新平衡電池串，所以你可以混合使用新舊電池。但是制造商申明，在任何一個電池故障發(fā)生之前，沒有監(jiān)測器能準確預測。

VRLA中的電解液可能會在一段時間后干涸，但電池故障的主要因為多次充放電以及不穩(wěn)定的市電電壓造成;還有在異常環(huán)境中過熱;過度充電也會導致過熱。所有這些都會縮短UPS電池的續(xù)航時間并可能引起電池破裂與泄漏。過度充電還可能引起氫氣排放。

電池的保修周期是結構化的，所以價值會在早幾年迅速下降。例如如果電池標榜為“10年”，結果3年就失效了，那么保修價值很容易降到一半以下。

低于華氏77度(攝氏25度)的環(huán)境能讓電池最好也最穩(wěn)定的工作。許多UPS系統經常與服務器在同一個房間，而不是單獨的電池室。自從ASHRAE提升了IT設備的推薦工作溫度，入口空氣現在可以超過華氏77度，而且排出的熱空氣可能在華氏100度(攝氏38度)以上。在將UPS引入機房之前，需要考慮這一點。測試表明，提高電池溫度15華氏度(攝氏8.3度)會減少UPS電池50%的壽命。

電池在充放電時會發(fā)熱，所以在停電恢復后需要盡快冷卻電池。在沒有備用發(fā)電機為制冷系統提供支持的情況下，電池持續(xù)的深度放電以及溫度的升高，會顯著降低電池壽命。

沒有理由讓UPS電池過度充電。好的充電器擁有溫度監(jiān)控，并且在溫度上升時通過降低充電電流進行補正。

即使擁有良好的保養(yǎng)，VRLA UPS電池壽命也不應拿理論 大值作為預期，特別是在條件不理想的情況下。任何類型的電池檢測會遠遠好于沒有檢測。

DSP控制的UPS電源工作流程

DSP控制的數字式UPS電源的工作流程是：當市電正常情況下，輸入電壓、頻率在允許的范圍時，PFC部分對輸入進行功率因數校正，使得該系統的輸入功率因數為0.98左右，同時避免對電網產生污染，輸入的市電經PFC環(huán)節(jié)變換得到400V直流輸出電壓，為后面的逆變電路提供能量。同時DC/DC部分仍然在正常工作，只是由于電池電壓經過DC/DC電路變換得到360V輸出電壓，略小于市電經PFC變換得到的直流母線電壓，這樣通過二極管就將它和直流母線隔離，DC/DC部分空載運行，處于熱備用狀態(tài)。當市電不正常時，市電掉電或者輸入電壓、頻率不在允許的范圍時，市電經PFC得到直流母線電壓迅速降低，當低于360V時，二極管導通，使得直流母線電壓維持在360V，此時逆變器得到的能量是由電池電壓經由DC/DC電路變化得到的直流母線電壓。無論市電是否正常逆變部分均可以正常的工作。一般蓄電池可提供幾分鐘到幾十分鐘的后備供電時間，大容量的電池組的后備供電時間可以達幾個到幾十個小時，對于備有柴油發(fā)電機的用戶，可以在市電停電5~10秒之內把柴油發(fā)電機投入到UPS電源的輸入端，可以在長時間停電的情況下向用戶提供高質量的正弦波電源。經處理以后的市電同時還送給市電電壓/流相位測量電路，產生市電電壓信號和相位信號，供微處理器電壓/流測量和同步鎖相之用。這樣就實現了對負載的不間斷供電功能。

二、DSP控制的UPS電源組成結構

UPS電源要實現數字化控制化，那要用更多的模擬器件才能實現的控制功能和算法就可以通過DSP的軟件的編程來實現，所以整個UPS電源的結構就相比較用模擬器件的實現的UPS電源的整體結構要簡單得多。如圖1所示下面就是數字化的UPS電源的整體框圖。主要由輸入功率因數校正、逆變部分、DC/DC等組成。

三、DSP控制的UPS電源關鍵電路結構

(1)UPS電源的功率校正電路

輸入功率因數校正電路如圖2所示主要由功率管T5、電感L1、二極管D1、電容C1組成。它為輸入部分提供功率因數校正功能，并且提升電壓至400V。

(2)正弦逆變電路結構

圖3正弦逆變器電路圖

數字UPS電源的正弦逆變器是時刻處于工作過程中，其工作原理是通過采樣電路對逆變電路輸出電壓和電流進行采樣，得到的采樣信號輸入到DSP，通過對采樣信號進行處理，依照一定的算法和程式來實現正弦逆變電路控制的功能。

(3)DC/DC電路結構

DC/DC電路的構成如圖4所示，主要是由高頻變壓器、功率管T6、T7，整流二極管D33、D34、D35、D36，電容C31等組成。該部分采用直流電壓環(huán)反饋控制，變換后的電壓通過二極管D6與PFC的輸出端相連。

圖4DC/DC電路的結構圖

由于電池電壓比較低，逆變器對直流電壓的利用率又不高，因此需要DC/DC電路來轉換電池的電壓。而DC/DC的電路結構有很多，但是各有優(yōu)缺點，最常用的就是推挽式直流變換電路這種電路的優(yōu)點就是驅動電路簡單，輸出功率大。一般被功率要求比較高的負載選作直流變換電路。

(4)UPS電源其他結構功能

同時通過SCI和SPI來實現整臺UPS電源的監(jiān)控程序，通過SCI口和微機進行通信，實現遠程監(jiān)控是全數化UPS電源的重要結構功能。

其中一方面，在UPS電源運行時出現市電故障或停電時，UPS電源會利用上述通訊通道向由它供電的計算機網絡傳送因市電故障產生的報警信號。當長時間停電，而電池組的供電電壓要低于臨界放電電壓時，計算機網絡會在UPS電源發(fā)出自動關閉命令的驅動下，完成數據的保存和設備的保護。

而另一方面，提供一個友好的人機界面，可實時監(jiān)視UPS電源的運行參數，方便用戶的參數修改，同時便于用戶查詢UPS電源運行的歷史記錄。還可在計算機網絡上對UPS電源進行定時的開機/自動關機操作。為實現上述控制功能，還可以提供RS-232和RS-485通信接口，用戶可根據實際情況任選一種。對于要求執(zhí)行網絡管理功能的UPS電源，應配置有簡單的網絡管理協議(SNMP)適配器或適配卡。

隨著數字化技術的發(fā)展，DSP技術已被越來愈多UPS電源廠家應用于產品中。而DSP技術也被廣泛應用一方面提高了UPS電源產品輸出電壓的穩(wěn)定性和純凈程度，另一方面也提高了UPS電源產品自身的可靠性。而IGBT技術和高頻技術的應用，除了大大提高了電源效率，降低了系統噪音和電源自身的電力損耗外，也大大提高了系統的可靠性。UPS電源的數字化并不是簡單的指在系統中應用了數字器件，如單片機及FPGA等，而是指整個系統的控制應用數字器件的計算能力和離散控制方法來完成。隨著數字處理硬件技術的發(fā)展，計算速度的提高，必然會促使UPS電源產品向數字化方向發(fā)展。

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