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西方社會(huì)越來越習(xí)慣于接受靠得住性很是高的根蒂根基服務(wù)。我們?？?，像電力網(wǎng)、電信和IT網(wǎng)絡(luò)之類的根蒂根基舉措措施在我們需要的時(shí)辰能夠隨時(shí)提供服務(wù),，一旦泛起故障或服務(wù)提供商提供的服務(wù)不能到達(dá)要求,，我們就會(huì)認(rèn)為其服務(wù)水平嚴(yán)重不足。我們有時(shí)（談到“5個(gè)9”或“6個(gè)9” 的有用性,，但凡是沒有深思它們的真正寄義?，F(xiàn)實(shí)上，99.999%的有用性意味著1年內(nèi)的停電時(shí)間約為5分鐘,；而“6個(gè)9”只允許1年內(nèi)的停電時(shí)間為半分鐘,。
是以，許多關(guān)頭根蒂根基舉措措施和商業(yè)系統(tǒng)都采用不中斷電源（UPS）作為備用電力,。當(dāng)電力舉措措施停電時(shí),，準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換到UPS供電給現(xiàn)場(chǎng)電源。UPS市場(chǎng)專門服務(wù)于小容量系統(tǒng),，從1 kVA或更低到幾十kVA,，可以支持1、2臺(tái)計(jì)較機(jī)工作,；和幾十到幾百kVA的中型裝備,，用于支持辦公建筑的IT根蒂根基舉措措施。比來幾年泛起了許多功率為幾百萬瓦的年夜型裝備,，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)中心和確保在線服務(wù)的延續(xù)有用性,。比來幾月甚至幾年，年夜型服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)和數(shù)據(jù)中心已成為zui主要的運(yùn)用,，UPS也繼續(xù)為建立已久的關(guān)頭系統(tǒng)市場(chǎng)服務(wù)：例如手術(shù)室和空中交通管制,。
UPS依照其功率輸出分類,，與其容量無關(guān),，也就是說與它們的供電時(shí)長(zhǎng)有關(guān),。UPS可以用于長(zhǎng)時(shí)間替換電源供電,，長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)小時(shí),；或僅用于提供“橋接”電源,，即電源失效時(shí)立即起頭供電,，直到柴油發(fā)機(jī)電之類的電源啟動(dòng)并到達(dá)穩(wěn)定輸出后遏制供電,，供電時(shí)間只有幾秒鐘或幾分鐘,。還存在另外一種短時(shí)間運(yùn)用模式,，不僅需要UPS支持接連運(yùn)行，還需要UPS提供充沛的電源以便確?？蛻粝到y(tǒng)的預(yù)定關(guān)閉,。
電池組為年夜部門UPS供電
雖然UPS可以采用其他技術(shù)（好比飛輪儲(chǔ)能）,，可是年夜部門UPS依然采用電池組儲(chǔ)能。電池組不僅可以提供可觀的容量,，而且?guī)捉軌蛟谒查g供電,。要使UPS靠得住運(yùn)行，必需使電池組布滿電而且狀態(tài)優(yōu)秀,。
雖然電池技術(shù)在其他領(lǐng)域已取得了許多前進(jìn),，但UPS中采用的電池依然是zui古老的化學(xué)鉛酸電池。由于諸多緣由,，在備用電源中鉛酸電池一直未能被取代,。就每單元存儲(chǔ)的電量而言，鉛酸電池的能量密度高（雖然以今天的尺度來衡量其實(shí)不突出）,；它們的功率密度很是高,，能夠憑據(jù)需要輸送年夜電流而不會(huì)損壞；雖然它們的重量比力年夜,，不適用于許多便攜式場(chǎng)所,，可是對(duì)于UPS裝備的影響其實(shí)不年夜；尤其是,，可能由于它們的成本比力低,。此外，從今天的情況敏感度來看,，鉛酸電池幾近全數(shù)成份都與“綠色”相關(guān),，尤其是鉛，可以*輪回再用,。
鉛酸電池的充電和壽命周期特征也很是適合UPS使用。VRLA（閥控鉛酸）電池不僅可以允許接連“浮”充,，而且只要始終連結(jié)在布滿電并很少深度放電時(shí),，它的使用壽命可以到達(dá)zui年夜。不外,，電池組的使用壽命有限,，若是情況條件（尤其溫度）超越的范圍，電池壽命就會(huì)相當(dāng)水平地縮短,。年夜大都裝備上的電池可以憑據(jù)保質(zhì)期定期進(jìn)行更換,，凡是是每5年更換一次?？墒沁@類方式存在缺陷：在非預(yù)期情況條件下運(yùn)行的電池可能失效更快,，而遭到優(yōu)秀維護(hù)的電池的使用壽命可能會(huì)更長(zhǎng)。
容錯(cuò)
現(xiàn)代的UPS需要提供高功率輸出,，是以需要許多電池單元年夜規(guī)模的串聯(lián),，單個(gè)電池單元的失效可以致使整個(gè)串聯(lián)電池組的失效。年夜型和中型UPS經(jīng)由過程執(zhí)行冗余來確保單個(gè)電池失效不會(huì)致使整個(gè)UPS失效。而UPS仍將繼續(xù)運(yùn)行,，不外輸出的的峰電流會(huì)減小,，系統(tǒng)使用UPS能夠運(yùn)行的時(shí)間會(huì)縮短。此外,，失效的電池還可能損壞電池組內(nèi)其他單元,，下降它們的使用壽命。
電池監(jiān)測(cè)和維護(hù)體現(xiàn)了與UPS運(yùn)行相關(guān)的一項(xiàng)重要成本,。凡是,，工程師需要定期（可能按月）放哨現(xiàn)場(chǎng)，以便丈量系統(tǒng)內(nèi)電池的電氣特征,。凡是經(jīng)由過程丈量電池電壓,，來判別運(yùn)行不正常的電池并進(jìn)行更換。輸出電壓其實(shí)不能始終有用地展望電池失效,。當(dāng)電池的端電壓顯著低于其標(biāo)稱值時(shí),，很容易判別該電池可能會(huì)失效，但鉛酸電池在其容量下降時(shí)或在其失效早期,，依然能夠浮現(xiàn)出滿意的端電壓,。是以，電池也可能在定期維護(hù)周期之間失效,，所以需要工程師進(jìn)行額外放哨,。
延續(xù)監(jiān)測(cè)下降成本
對(duì)電池進(jìn)行延續(xù)監(jiān)測(cè)，一方面可以縮短工程師對(duì)每組電池狀態(tài)親身檢查的時(shí)間,，從而提高他們的現(xiàn)場(chǎng)放哨效率,，另外一方面可以實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)。經(jīng)由過程判別電池的潛在失效,，工程師可以在例行放哨進(jìn)程中換下電池,，從而保證更高的靠得住性，同時(shí)也避免了程師進(jìn)行緊急放哨,。
圖1：延續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的電池單元的輸出電壓
圖1標(biāo)示出對(duì)設(shè)置裝備擺設(shè)一臺(tái)800kVAUPS的廣播裝備上的電池進(jìn)行丈量的綜合監(jiān)測(cè)成效,。圖形指示出一組聯(lián)電池組中幾個(gè)單體電池的輸出電壓。在這個(gè)例子中,，每一個(gè)串聯(lián)電池組由200塊單體電池（在其他文章中,，單體電池也被稱之為電池組：封裝在一個(gè)外殼內(nèi)的多個(gè)電池單元）組成，能夠提供年夜約440V的電壓,。電壓存在相當(dāng)年夜的波動(dòng),，由于電池組設(shè)置裝備擺設(shè)不準(zhǔn)確：這一點(diǎn)將在下文進(jìn)行計(jì)議。
圖中明確地指出,，一個(gè)電池單元提供的電壓為2V,，而不是標(biāo)稱的2.2V,。雖然電池提供的電壓比預(yù)期的低，不外這類差異相對(duì)較?。ㄔ谡＝邮芊秶鷥?nèi)）,，而且是穩(wěn)定的。這類特征很典型,，采用輸出電壓作為電池行將失效的指標(biāo)不再靠得住,，由于電壓值可以連結(jié)在閥值范圍內(nèi)，是以不會(huì)觸發(fā)報(bào)警,。這就是發(fā)生在這個(gè)例子中的,；在收集這些數(shù)據(jù)時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于評(píng)估定期維護(hù)方案的有用性,，而不是用于警告潛在的問題,。由于沒有接納任何措施，該電池單元后來在圖2所籠蓋的時(shí)期內(nèi)嚴(yán)重失效,；水平軸暗示測(cè)試進(jìn)行的日期,。不外，在失效點(diǎn)（電池單元電壓下降至0.7V）之前,，故障電池組的電壓從本質(zhì)上連結(jié)恒定,，沒有任何行將失效的跡象。zui后,，維護(hù)人員在11月更換了該單體電池,，隨后電壓恢復(fù)到整個(gè)電池陣列的平均值水平。
圖2：電池單元*失效－失效前電壓幾近沒有下降
這些證實(shí),，輸出電壓不能準(zhǔn)確預(yù)告可能發(fā)生的失效：而另外一個(gè)參數(shù)阻抗才是更好的指標(biāo),。如圖3所示，圖形講明阻抗在6月份呈上升趨向,，到7月初該值增加了20％以上,。這類趨向很容易講明：對(duì)阻抗進(jìn)行丈量可以在電池失效前3個(gè)月就能發(fā)現(xiàn)問題。哄騙該數(shù)據(jù),，可以在定期預(yù)防維護(hù)進(jìn)程中更換該電池，而無需等它劣化致失效,。
圖3：對(duì)電池單元阻抗軌跡的回首查詢拜訪證實(shí),，阻抗是更好的失效展望指標(biāo)
在線阻抗丈量
電壓丈量很簡(jiǎn)單，電池單運(yùn)行時(shí)即可進(jìn)行,；哄騙監(jiān)測(cè)技術(shù),，阻抗也能夠采用非干擾式方式準(zhǔn)確丈量。這些圖形疊加顯示了進(jìn)行定期丈量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸出,，成效位于浮充電壓上方,，是一種特定頻率特征的校準(zhǔn)波形,。在這些頻率下丈量的電壓和電流反映了電池組的基賦性能。測(cè)試的波形體現(xiàn)了電池單元性能的任何潛在變化,，不外雖然如斯,，只斟酌測(cè)試電壓給出的警告有限，直到失效點(diǎn),。
對(duì)電池進(jìn)行延續(xù)監(jiān)測(cè)還為提高UPS的靠得住性提供了其他有用信息,。如圖1所示，很顯然有許多充電/放電周期（經(jīng)由過程電壓軌跡上的脈沖體現(xiàn)）,。雖然所有電池組都需要進(jìn)行調(diào)理,，可是這個(gè)電池組的放電過于頻仍，每月放電4-5次,。同時(shí),，進(jìn)行一定的電池調(diào)理可以延長(zhǎng)壽命，但過量的放電周期會(huì)下降壽命：正常設(shè)置裝備擺設(shè)放電周期為每一年兩到三次,。凡是情況下,，電池單元質(zhì)保使用壽命為20到50個(gè)周期。在這類情況下,，我們?cè)谡遄秒姵貎H僅幾個(gè)月后就可能跨越這個(gè)質(zhì)保,，而每5年更換一次電池的方案可能意味著電池需要履歷比設(shè)計(jì)擔(dān)保多幾倍的放電周期。
現(xiàn)場(chǎng)頻仍的充電/放電周期是由于安裝人員將UPS設(shè)置在試運(yùn)行模式而釀成的,，這類模式使電池頻仍地輪回充電以便進(jìn)行測(cè)試,。這個(gè)出乎意料的常見毛病會(huì)年夜幅度縮短電池使用壽命。在工程師接連自動(dòng)監(jiān)測(cè)中,，毛病設(shè)置可能浮現(xiàn)不較著,，可是發(fā)生的問題卻很較著。
致使電池壽命縮短的另外一個(gè)緣由是高溫,。即使溫度只升高一點(diǎn),，也會(huì)造成電池內(nèi)沒必要要的化學(xué)反應(yīng)幾率的增加，zui終致使電池失效,。一般來說,，電池制造商會(huì)提到電池的使用溫度為20 °C。圖4指出了系統(tǒng)中隨時(shí)間變化的情況溫度,，在其中一點(diǎn)溫度到達(dá)了22 °C,。空調(diào)系統(tǒng)未能將溫度連結(jié) 在可接受的范圍之內(nèi),，這樣會(huì)致使電池壽命縮短,。而且溫度升高可以使電池制造商的質(zhì)保無效。
圖4：采用統(tǒng)一系統(tǒng)收集溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),，超越溫度范圍發(fā)出警報(bào)
我們發(fā)現(xiàn),，經(jīng)由過程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)電池進(jìn)行持久的監(jiān)測(cè),，除使工程師現(xiàn)場(chǎng)放哨更高效而下降成本之外，還有很多優(yōu)點(diǎn),。在這個(gè)示例中,，對(duì)電池阻抗進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)可在電池失效前三個(gè)月就可判別出行將失效的電池。
接連監(jiān)測(cè)也使判別UPS設(shè)置裝備擺設(shè)問題變得簡(jiǎn)單：出格是可能較著縮短電池壽命的不準(zhǔn)確充電/放電頻率,。監(jiān)測(cè)可以丈量情況條件,，從而確保電池壽命不會(huì)由于高溫的影響而縮短。
監(jiān)測(cè)可以使電池的壽命到達(dá)zui長(zhǎng),，經(jīng)由過程確保無需過早更換電池組,，和確保對(duì)劣化電池進(jìn)行早期覺察從而在電池組沒電之前進(jìn)行更換等措施，下降了電池失效的風(fēng)險(xiǎn)而且節(jié)省了資金,。雖然UPS之類的關(guān)頭系統(tǒng)凡是節(jié)省成本不是*方針,，可是用戶將系統(tǒng)轉(zhuǎn)釀成持久在線監(jiān)測(cè)很是重要，由于這樣不僅能夠削減成本,，還能夠提高系統(tǒng)的靠得住性,。