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C&D大力神电池延长小型 UPS 后备时间的蓄电池解决方案

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点击次数:44 更新时间:2024年07月26日10:00:59 打印此页 关闭

电压范围介于 400 至 2500VA 之间的小型 UPS 机,通常在市电断电时用于向一台或多台个人计算机提供备用电源。这些 UPS 机通常装有预期寿命 3 至 5 年的内置C&D蓄电池,并定量提供 5 至 45 分钟的备用工作时间。用户可将其用于长期(甚至可能每天)频繁市电断电的场所运行,可能由于缺乏备用发电机,因此他们希望将 UPS 用作替代电源。

解决办法呢?加装一块相同电压的并联C&D大力神蓄电池。当然,加装的并联C&D大力神蓄电池将外接至 UPS 机,最常见的解决办法如图 1 所示。

在加装外接C&D大力神蓄电池的情况,决定实际配置时需考虑若干问题。这些问题包括:

1.UPS 电子元件在不过热的情况下长期运行的能力。

2.UPS 充电电路在所需再充电时间内对附加蓄电池再充电的能力。

3.将附加C&D大力神蓄电池与 UPS 内置C&D大力神蓄电池隔离,防止一串中的单格电池短路影响另一串。

4.UPS 连接器C&D大力神蓄电池,以及与附加C&D大力神蓄电池预期放电和再充电电流有关的线径。

5.装于外壳上的附加C&D大力神蓄电池的适当通风。

如图 1 所示的配置无疑最易于实施,但是,其假设前提为 UPS 整流器具有向逆变器供电、再充电内置C&D大力神蓄电池以及对辅助C&D大力神蓄电池再充电的充足安培输出量。用于此配置以及图 2 中的配置,UPS 整流器的辅助C&D大力神蓄电池每 1000 安时容量应有最小 2 安培的备用电流。此最小备用电流应提供用于 72 小时内对辅助C&D大力神蓄电池进行再充电。

如果 UPS 内部整流器的电流容量有限,C&D大力神蓄电池的再充电电流可如图 2 所示用电阻器(R1和 R2)予以限定。例如,假设 UPS 整流器只有 2 安培可用于对独立的 10 安时容量C&D大力神蓄电池充电,并假设并联加装一块 40 安时蓄电池用作外接蓄电池。在这种情况,应在两个蓄电池之间按其容量比例分配受限的可用充电电流。此时,1/5 再充电电流(0.4 安培)应供往内置的 10 安时蓄电池,而 4/5 再充电电流(1.6 安培)应供往外接的 40 安时蓄电池。限流电阻值将根据以下要求进行计算:当全充电电压施加于已放电C&D大力神蓄电池且为开路电压值时,将涌流限定在期望值。电阻散热能力值(瓦特数)仅是电压降乘以更大电流(V*I)或更大电流平方乘以电阻(I2R)的乘积。

例如,假设 24 单格电池系统的每单格充电电压为 2.3 伏特或 55.2VDC。最坏的情况是用于 24 单格电池系统的已放电蓄电池开路电压为每电池 1.96V 或 47VDC。 内置的 10 安时C&D大力神蓄电池限流电阻值将计算如下:

R1=(55.2-47)VDC/0.4 安培

R1=20.5 欧姆
R2=5.1 欧姆

WR2=(55.2-47)VDCX1.6 安培

WR2=13.1 瓦特最小值

放电过程中,C&D大力神蓄电池将通过二极管 D1 和 D2 供电,因此可消除压降,若通过 R1 和 R2 供电则会产生压降。

采用其它可行的限流方式情况下,使用电阻器也许最简单、最廉价;不过,它会增加再充电时间。此外,如果采用电阻限流,那么产生热量的电阻不得安装在蓄电池附近。

尽管图 1 和图 2 的配置切实可行,但它们有一大共同缺陷:它们无法将两个蓄电池系统相互隔离。因此,如果一C&D大力神蓄电池组中有一单格电池短路,则会致使并联连接的另一C&D大力神蓄电池组放电。这可能是一个大问题,尤其是在两个C&D大力神蓄电池系统有不同的使用寿命或使用历史的情况。这一缺陷可如图 3 所示进行校正。

在此配置中,电阻器 R1 和 R2(如图 2 所示)限制至各个C&D大力神蓄电池(2 个)的充电电流。但是 D1、D2 和 D4 的作用可防止任何一个C&D大力神蓄电池发生短路,以免导致另一C&D大力神蓄电池放电。

当UPS 内部充电器没有足够安培容量可在合理的时间内对辅助C&D大力神蓄电池再充电时,则需要在外部组合件中配置一件辅助充电器。该配置将与图 4 所示相类似。如图所示,通过市电继电器常闭触点(或固态开关),辅助C&D大力神蓄电池和充电器可在市电断电之前与 UPS 完全隔离。在市电断电时,该继电器 K1 将断开,常闭(NC)触点将会闭合,而辅助蓄电池与 UPS 内置C&D大力神蓄电池实现并联。
如果 UPS 内置C&D大力神蓄电池充电电压调节至稍高于辅助蓄电池所使用的(例如 2.25v/c)电压值时(例如 2.3v/c),市电继电器 K1 则可以忽略不计。在这种情况中,二极管 D2 在市电断电之前为反向偏流,断电时将为正向偏流并将其负载电流份额路由至 UPS 逆变器。此外,二极管 D1 和 D2 的布置也将两个蓄电池系统隔离,防止一串中的电池短路而影响另一串。这也许是所有配置中最简单的,但是,充电器输出电压的相关设定值相当关键。
表 1 确定了约为 20 小时的C&D大力神电池所需额定安时容量,用于为标有 VA 额定值、功率因子(pf)、交直流逆变器效率和直流母线电压的 UPS 系统提供已标注的操作时间。
加入相同电压的并联C&D大力神蓄电池串时,各电池串应单独接线至公共连接点,且应包括独立的串过流保护功能。

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