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科士达UPS电池的智能化管理
科士达UPS电池的智能化管理
电池作为UPS系统中的储能装置，其作用是在失去市电或市电质量超出用电设备允许的范围时，向负载提供电能，是组成UPS系统的关键设备之一。同时，电池又是一种价格昂贵的消耗品。因此，如何对电池进行合理使用和管理以延长其使用寿命，一直是UPS生产厂家多年来研究和改进的课题。随着科学技术的发展，UPS电池管理趋向于更科学、更严谨、更智能化。本文结合科士达UPS在电池管理功能方面的特点，介绍目前UPS先进的智能化电池管理功能。
1 智能化的充电功能
电池充电性能是影响电池寿命的重要因素之一。早期的UPS以及目前一些小功率UPS只控制充电电压而不控制充电电流，这样在电池充电初期，由于电池端电压与充电电压存在较大的压差，极易因充电电流过大而造成电池损坏。智能化的充电管理能够根据使用条件、使用环境自动调节充电机理，从而为电池创造良好的运行条件，有效延长电池的使用寿命。
UPS充电原理
SH2是电池充电电流传感器，可以通过调整整流器的输出电压（即电池的充电电压）从而控制电池的充电电流。
(1) 能够适应不同类型电池的充电管理
根据不同类型的电池，其充电机理会自动进行调整改变。只需在电池安装时，在控制面板输入电池类型即可。
① 阀控密封铅酸电池
采取先恒流后恒压的充电方式。充电初期充电电流较大，UPS根据所配置的电池容量，自动将充电电流限制在0.1C～0.2C（用户可通过控制面板调整），对电池进行恒流充电，确保电池充电时安全快速。当电池容量达到80％后，UPS转为浮充电压对电池进行恒压充电。
② 开口式铅酸电池
采取先均充后浮充的充电方式。开口式铅酸电池对充电电流没有严格的要求，为尽快完成对电池的回充，首先充电电压被自动调整到均充电压。当电池容量达到80％后，UPS转为浮充电压对电池进行恒压充电。
③ 镍铬电池
工厂根据用户需要对设备进行适当调整，也可以适用于镍铬电池的使用。
(2) 具有浮充电压温度补偿功能
根据电池特性，当环境温度升高时，由于电池内阻降低，若充电电压保持不变，充电电流就会增大，造成电池的过充。反之，当温度降低时，若充电电压保持不变，易造成电池的欠充。过充和欠充均会影响电池的使用寿命。铅酸蓄电池的额定运行温度范围是10℃～30℃，在15℃～25℃范围内，充电电压不必随温度的变化进行调整，如果运行温度不在此范围内，充电电压应随温度的变化自动予以调整。
科士达UPS电池具有浮充电压温度补偿功能。通过在电池组现场安装温度传感器， UPS会实时取得电池的环境温度数据，并根据电池环境温度的变化自动调节浮充电压。温度调整系数为－5mV/CELL/℃，可以在－3mV～－8mV/ CELL/℃范围内设定。有资料表明，当UPS工作在30℃时，是否具有温度补偿功能，电池寿命可以相差30％。
2001年5月1日实施的国家通信行业UPS标准已明确要求UPS应具有浮充电压温度补偿功能。
电池的自动检测功能
目前，大多数中大容量UPS都设计并具备了此项功能，其主要作用是：检测电池性能以及电池回路是否正常。基本原理是：通过强迫电池放电，检测电池在一定时间内的放电电流和电压降。然后与UPS内存储的放电曲线进行比较，给出电池目前的品质状态。
在检测技术上，各UPS厂家有所不同。
(1)在强迫电池放电方面，有些厂家采取停止整流器工作的方式；有些厂家采取降低整流器输出电压的方式。显然，后者更先进更可靠，因为检测这种方式不会由于电池或电池回路存在故障而造成输出断电。
(2) 在测试程序方面，大多数UPS是将测试时间间隔设置为3～6个月；每次测试放电时间为6分钟，或放出电池容量的20％～25％。而有些UPS采取恒功率放电，由于不受负载波动的影响，所得参数较准确。但由此带来的问题是，当UPS所带负载低于测试要求的功率时（如25％），则电池检测过程无法进行。
电池接入系统由UPS自动控制，避免了由于电池的开关闭合时间不当带来的人为故障。电池检测采取降低整流器输出电压的方式，确保UPS在电池检测时的可靠性，测试时间持续6秒钟。电池测试在以下情况将自动执行：
·系统启动后的60 s
·市电中断时
·市电恢复后24 h
·测试失败后的60 s
·手动命令
(1) 测试频度高，每24小时进行一次。这样可以使用户及时掌握电池的运行情况，在电池出现性能下降的征兆时，就进行维护处理。避免了传统方法中，电池在测试间隔期间（3～6个月）性能迅速下降甚至完全损坏的可能。由于用传统方法测试时，放电时间长、电池放电容量大（20％），故不可能进行如此频繁的测试，否则将影响电池的使用寿命。
(2) 测试持续时间短，每次只需6秒钟，基本不消耗电池容量。这样，即使在电池检测后立刻发生市电停电的情况，UPS的后备时间也不会受到损失。
3 过放电自动保护
电池过放电是指当电池放电到最低保护电压时，电池已处于被深度放电的状态。过放电是电池损坏的重要原因之一。造成电池过放电的原因主要有：
·电池最低保护电压设置错误。
·小负载，长时间小电流放电。
智能过放及低电压报警
在并机冗余系统中，轻载、长时间小电流放电造成的过放电情形很常见。这是因为，在系统设计时，UPS的容量就留有一定的余量，而配备电池时，一般要求按满负载设计。实际应用中，负载往往只能达到UPS容量的30％左右。根据这一情况，如果设计系统后备时间为30分钟，则实际放电时间可达到4小时左右，极易造成电池的过放电。
通过修正相关设置可以纠正最低保护电压设置错误，但解决不了因小负载、长时间小电流放电造成的过放电。因此，更为先进的保护方式是：UPS可以根据负载情况动态调整电池最低保护电压。
科士达系列UPS具有智能过放电保护功能。其内置的微处理器会根据电池的放电电流自动调节关断电压， 保护电池免受过放电损坏。原理如图2所示。
4 后备时间显示及低电压报警
当UPS由于各种原因切换到由电池供电时，用户需要及时了解系统后备时间，采取相应措施。当电池电压降到低限时，报警通知用户，然后自动关机以防止电池深度放电。
电池放电时，科士达系列UPS会根据电池的类型、电池容量、浮充电压、电池最低放电电压等资料，结合当前的负载情况，实时计算电池的后备时间、电池电压过低的预警值以及系统关机的最低值。计算每30秒更新一次，以消除因负载变动引起的误差，确保检测精度。后备时间在液晶控制屏上实时显示。
当电池电压到达电池预警低电压时，UPS声音报警频率会加快；如果配合科士达系列UPS随机提供的电源管理软件Powershield，则可以实现网络设备顺序关机的功能。预警时间额定值为5分钟，可以在2～254分钟范围内设置。电池预警低电压和预警时间是两个独立的参数，当电池可供电时间少于预警时间值或电池电压低于预警电压设置值时，均会报警。
另外，科士达系列UPS还具有并机时共用电池组的功能。具备了以上种种先进的电池智能管理功能，科士达系列UPS可以有效延长电池组的使用寿命，提高整机可靠性，并可以方便地集成到网络设备中去。
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