UPS蓄電池“超員”危機(jī)：環(huán)流背后的隱患與應(yīng)對(duì)！
在現(xiàn)代社會(huì)，電力供應(yīng)的穩(wěn)定性對(duì)各類企業(yè)和組織至關(guān)重要。一旦電力出現(xiàn)中斷、波動(dòng)或故障，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備損壞，甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。而 UPS（不間斷電源）系統(tǒng)的出現(xiàn)，為解決這些問(wèn)題提供了有效方案，成為保障電力供應(yīng)穩(wěn)定的重要工具。
UPS 系統(tǒng)通常由電池組、逆變器、充電器和控制器等組成，其核心作用是在市電中斷或電壓不穩(wěn)定時(shí)，迅速切換到電池供電，從而保證連接設(shè)備的正常運(yùn)行。在這其中，蓄電池作為 UPS 系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，起著舉足輕重的作用，是 UPS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不間斷供電的核心要素。
當(dāng)市電正常供應(yīng)時(shí)，蓄電池處于充電狀態(tài)，將電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存起來(lái)。與此同時(shí)，它還對(duì)直流電路起到平滑濾波的作用，減少電流波動(dòng)，為設(shè)備提供穩(wěn)定的電源輸入。而當(dāng)逆變器發(fā)生過(guò)載情況時(shí)，蓄電池能夠充當(dāng)緩沖器，吸收瞬間的大電流沖擊，保護(hù)逆變器及其他設(shè)備不受損壞。
一旦市電意外中斷，蓄電池就會(huì)立即釋放儲(chǔ)存的化學(xué)能，并將其轉(zhuǎn)化為直流電供給逆變器。逆變器再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎医涣麟姡S持 UPS 的電源輸出，確保負(fù)載在一定時(shí)間內(nèi)能夠正常用電，為關(guān)鍵設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。例如在數(shù)據(jù)中心，大量的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一刻也離不開電力供應(yīng)，一旦停電，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失和業(yè)務(wù)中斷。此時(shí)，UPS 系統(tǒng)中的蓄電池就能在市電中斷時(shí)發(fā)揮作用，提供持續(xù)電力，確保數(shù)據(jù)中心設(shè)備的正常運(yùn)行，保護(hù)重要數(shù)據(jù)免受損失 。在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中，手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室和實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備需要持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，蓄電池在電力中斷時(shí)能立即提供備用電力，保障患者的生命安全。
在 UPS 系統(tǒng)中，當(dāng)蓄電池組并聯(lián)組數(shù)過(guò)多，且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，一個(gè)不可避免的問(wèn)題便會(huì)悄然出現(xiàn) —— 環(huán)流。這一現(xiàn)象的根源在于電池內(nèi)阻的變化。
我們知道，世界上沒有完全相同的兩片樹葉，也沒有性能參數(shù)完全一致的電池 。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，每個(gè)電池的內(nèi)阻都會(huì)逐漸產(chǎn)生差異，導(dǎo)致內(nèi)阻值出現(xiàn)較大的差值。內(nèi)阻的變化又會(huì)直接影響電池的電動(dòng)勢(shì)，使得各電池組之間的電動(dòng)勢(shì)也變得參差不齊。就好比一群跑步的人，一開始大家速度一致，但隨著時(shí)間推移，有人體力好跑得更快，有人體力差逐漸落后，速度就出現(xiàn)了差異。
當(dāng)電池組之間的電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)差異時(shí)，電動(dòng)勢(shì)大的電池組就如同一個(gè)充滿能量的 “大力士”，會(huì)對(duì)電動(dòng)勢(shì)小的電池組放電。這就像水流總是從高處流向低處一樣，電流也會(huì)在并聯(lián)的電池組間形成一個(gè)循環(huán)流動(dòng)的路徑，我們把這種現(xiàn)象稱為環(huán)流。例如，在一個(gè)由多組蓄電池并聯(lián)組成的 UPS 系統(tǒng)中，使用數(shù)年后，部分電池組的內(nèi)阻增大，電動(dòng)勢(shì)降低，而其他電池組則相對(duì)保持較好的性能，此時(shí)環(huán)流就會(huì)在這些電池組之間產(chǎn)生。
環(huán)流的影響不僅限于電池組之間的靜態(tài)關(guān)系，在 UPS 系統(tǒng)進(jìn)行充放電的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，它也如影隨形。在充電時(shí)，由于各電池組的內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)不同，它們接受充電的速度也不一樣。內(nèi)阻小、電動(dòng)勢(shì)大的電池組能夠更快地吸收電荷，而內(nèi)阻大、電動(dòng)勢(shì)小的電池組則充電緩慢。這就好比給不同大小的水桶注水，大水桶（內(nèi)阻小、電動(dòng)勢(shì)大的電池組）很快就能注滿，而小水桶（內(nèi)阻大、電動(dòng)勢(shì)小的電池組）則需要更長(zhǎng)時(shí)間。這種差異導(dǎo)致在充電過(guò)程中，電流會(huì)在電池組之間不斷調(diào)整，形成環(huán)流。
在放電過(guò)程中，情況同樣如此。各電池組的放電速度不同，電動(dòng)勢(shì)高的電池組會(huì)率先輸出更多的電能，而電動(dòng)勢(shì)低的電池組則輸出較少。為了維持整個(gè)系統(tǒng)的平衡，電流會(huì)在電池組之間流動(dòng)，使得環(huán)流持續(xù)存在。
實(shí)際案例也能充分說(shuō)明這一問(wèn)題。某數(shù)據(jù)中心的 UPS 系統(tǒng)配置了過(guò)多的蓄電池組，在一次長(zhǎng)時(shí)間的電力測(cè)試中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)各電池組的溫度出現(xiàn)了明顯差異。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度較高的電池組正是環(huán)流較大的部分。這表明環(huán)流不僅在充放電過(guò)程中存在，還會(huì)對(duì)電池組的性能產(chǎn)生實(shí)際影響，如導(dǎo)致電池發(fā)熱，加速電池老化。
環(huán)流的存在，首當(dāng)其沖的影響便是能源的無(wú)端損耗。當(dāng)環(huán)流在電池組之間形成，電流會(huì)在這些電池組中做無(wú)用功，白白消耗電能 。這就好比一輛車在空轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)雖然在運(yùn)轉(zhuǎn)，但卻沒有推動(dòng)車輛前進(jìn)，純粹是在浪費(fèi)燃油。
以某大型數(shù)據(jù)中心為例，其 UPS 系統(tǒng)原本配置了 8 組蓄電池，運(yùn)行一段時(shí)間后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)每月的耗電量出現(xiàn)了異常增加。經(jīng)過(guò)詳細(xì)檢測(cè)，確定是由于蓄電池組間的環(huán)流導(dǎo)致。據(jù)估算，環(huán)流造成的電力損耗每月高達(dá)數(shù)百千瓦時(shí)，這無(wú)疑大大增加了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本。
再?gòu)拈L(zhǎng)期來(lái)看，環(huán)流帶來(lái)的能源損耗將持續(xù)累積，每年可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)千元甚至上萬(wàn)元的額外電費(fèi)支出。這對(duì)于任何企業(yè)或組織來(lái)說(shuō)，都是一筆不容忽視的開支。如果這些能源能夠得到有效利用，完全可以為企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。
大的環(huán)流會(huì)引發(fā)電池發(fā)熱，這對(duì)電池的壽命產(chǎn)生了極為不利的影響。當(dāng)電流在電池組間形成環(huán)流時(shí)，會(huì)使電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)加劇，產(chǎn)生更多的熱量。這就如同人在劇烈運(yùn)動(dòng)后體溫會(huì)升高一樣，電池溫度的升高會(huì)加速電池內(nèi)部的老化過(guò)程，如極板腐蝕、電解液干涸等。
電池壽命的縮短不僅意味著需要頻繁更換電池，增加了設(shè)備維護(hù)的成本和工作量，還會(huì)對(duì) UPS 系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。一旦在關(guān)鍵時(shí)刻電池出現(xiàn)故障，無(wú)法正常供電，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的損失。
環(huán)流還可能導(dǎo)致 UPS 系統(tǒng)出現(xiàn)各種故障，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的正常運(yùn)行。例如，環(huán)流可能會(huì)導(dǎo)致空氣開關(guān)跳閘，使 UPS 系統(tǒng)瞬間斷電，影響負(fù)載設(shè)備的正常工作。某金融機(jī)構(gòu)的 UPS 系統(tǒng)就曾因?yàn)榄h(huán)流問(wèn)題，導(dǎo)致空氣開關(guān)頻繁跳閘，造成部分業(yè)務(wù)中斷，給客戶帶來(lái)了極大的不便，也對(duì)該金融機(jī)構(gòu)的聲譽(yù)造成了負(fù)面影響。
環(huán)流還可能引發(fā) UPS 系統(tǒng)自動(dòng)切換到旁路供電模式。當(dāng)環(huán)流過(guò)大時(shí)，UPS 系統(tǒng)的控制器會(huì)檢測(cè)到異常情況，為了保護(hù)設(shè)備，會(huì)自動(dòng)將負(fù)載切換到市電旁路供電。這雖然在一定程度上可以避免設(shè)備損壞，但如果市電也出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致負(fù)載設(shè)備直接斷電，造成嚴(yán)重后果。在一些重要的工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景中，如化工、鋼鐵等行業(yè)，突然斷電可能會(huì)引發(fā)生產(chǎn)事故，造成設(shè)備損壞、人員傷亡等嚴(yán)重后果。
為了確保 UPS 系統(tǒng)中蓄電池的正常使用壽命及可靠運(yùn)行，在實(shí)際配置時(shí)，我們強(qiáng)烈建議單臺(tái) UPS 配置的電池組數(shù)不要超過(guò) 4 組。過(guò)多的電池組數(shù)不僅會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還會(huì)顯著提高環(huán)流產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)電池組數(shù)超過(guò) 4 組時(shí)，各電池組之間的內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)差異更難控制，環(huán)流的影響將被放大，可能導(dǎo)致能源損耗急劇增加、電池壽命大幅縮短以及系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)顯著提升。
在考慮 UPS 系統(tǒng)的后備時(shí)間時(shí)，并非越長(zhǎng)越好。當(dāng) UPS 后備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電池總?cè)萘繒?huì)相應(yīng)變得過(guò)大。而 UPS 的充電功率通常是定值，這就導(dǎo)致電池充電電流相對(duì)較小，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成充電。在極端情況下，當(dāng)電池容量過(guò)大時(shí)，甚至可能需要數(shù)天乃至數(shù)十天才能充滿。
若在短時(shí)間內(nèi)數(shù)次停電，電池剩余容量可能不足以保障設(shè)備的正常使用。例如，某企業(yè)的 UPS 系統(tǒng)配置了長(zhǎng)達(dá) 8 小時(shí)的后備時(shí)間，電池容量巨大。在一次連續(xù)停電事件中，由于前一次停電后電池尚未完全充滿，當(dāng)再次停電時(shí)，電池僅能維持 2 小時(shí)的供電，導(dǎo)致部分關(guān)鍵設(shè)備因電力中斷而受損，給企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)損失。
因此，一般建議采用 4 小時(shí)以內(nèi)的 UPS 延時(shí)電池配置，并搭配發(fā)電機(jī)方案。這樣既能滿足大多數(shù)情況下的應(yīng)急電力需求，又能避免因電池容量過(guò)大帶來(lái)的充電難題。當(dāng)遇到長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)，發(fā)電機(jī)可以及時(shí)啟動(dòng)，為 UPS 系統(tǒng)和負(fù)載設(shè)備提供持續(xù)的電力支持，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。在一些醫(yī)院、銀行等對(duì)電力供應(yīng)穩(wěn)定性要求極高的場(chǎng)所，這種配置方案已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果。
UPS 系統(tǒng)中蓄電池組數(shù)過(guò)多產(chǎn)生的環(huán)流問(wèn)題，猶如一顆隱藏在暗處的定時(shí)炸彈，對(duì)電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。從環(huán)流產(chǎn)生的原理，到它在充放電過(guò)程中的持續(xù)存在，再到帶來(lái)的能源損耗、電池壽命縮短以及系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)提升等一系列危害，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不容忽視。
合理配置 UPS 蓄電池顯得尤為重要。限制電池組數(shù)，避免超過(guò) 4 組，能有效降低環(huán)流產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，減少能源損耗和設(shè)備故障的可能性；優(yōu)化后備時(shí)間，采用 4 小時(shí)以內(nèi)的延時(shí)電池配置并搭配發(fā)電機(jī)方案，既能滿足應(yīng)急電力需求，又能解決電池充電難題，確保在關(guān)鍵時(shí)刻電力供應(yīng)的可靠性。
在未來(lái)的電力保障領(lǐng)域，無(wú)論是企業(yè)還是各類組織，都應(yīng)高度重視 UPS 系統(tǒng)的科學(xué)配置。這不僅關(guān)系到設(shè)備的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全，更關(guān)系到整個(gè)業(yè)務(wù)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。讓我們從現(xiàn)在開始，關(guān)注 UPS 系統(tǒng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，科學(xué)配置蓄電池，為電力供應(yīng)的穩(wěn)定性保駕護(hù)航 。
