供应昊能HOTIANENG蓄电池HN-12V33 提供安全稳定的电源

UPS电源的可靠性

从单个UPS的设计来说，可以把整个产品按照模块进行划分，下面图中是一个典型的UPS系统结构图

从图中可以看到，UPS各个模块之间的依赖关系比较复杂，但是还是可以分出串并联的关系如下

辅助电源与所有其他模块都是串联的，因此辅助电源的可用性直接限制了系统能够达到的较高可用性等级；

控制模块与除辅助电源之外的其他模块也都是串联的，因此控制模块的可用性也会直接影响到系统总体可用性设计；

对于负载端来说，能够直接相连的只有旁路模块与逆变模块，而这两个模块是并联的；

PFC/整流模块与电池升压模块是并联的，之后再与逆变模块串联；

从能源提供者来讲，这里旁路电源与市电电源是两路独立的电源，而电池能源是由市电经过充电模块提供的。如果充电模块故障的话电池就没有能量存储，实际上也无法实现正常的UPS功能，因此市电-充电模块-电池也是串联的。这样可以画出整个UPS系统的可用性串并联路径图

从这一路径关系里可以看到，总共存在3条并联的路径，而每一条路径各自又是由数个模块串联起来的。正与前面分析的一样，辅助电源与控制模块的可用性是串联在所有通路上的，因此如果这两者设计有缺陷的话UPS的可用性是无法做的很高的。电池回路串联有较多的模块数量，也是可用性较低的一条路径。

要提升系统的可用性首先要提升关键路径的可用性。从路径图上可以看到就是控制模块与辅助电源。辅助电源是整个UPS的关键点，如果辅助电源不工作整个UPS都将瘫痪。提升辅助电源可用性的方式可以有很多种方案：一种是改进设计，提升MTBF;一种是对辅助电源也适用并联冗余设计，提升可用性；再一种是对UPS的三条可用性路径分别使用不同的辅助电源，相当于把原来完全串联的路径改成并联。在UPS设计中可以混合使用这几种方式，由于上面三条可用性通路是并联的，而旁路通路本身是可用性较高的一条，因此较为推荐的设计就是**提升旁路的可用性，对旁路单独使用一套辅助电源供电，并且这套电源的尽量采用简单的设计，以拥有高的MTBF。

控制模块同样也是影响到所有路径的关键点，也必须拥有高的可用性。参照辅助电源的处理方法，也可以给相对独立的旁路路径配备单独的控制模块，并且通过与其余控制功能协调工作来达到高可用性的目的。同样，旁路上的控制模块也要尽量简单，以提升可靠性。一种推荐的做法是旁路控制模块不断的检测UPS主控制模块的状态，如果发现主控制模块，则自动切换到旁路方式。此外，对于主控制模块来说也可以通过冗余的方式来提升可用性，比如采用双MCU结构，当一个MCU检测到另外一个MCU发生故障时可以接管另一个MCU的功能，或者采取紧急措施如转旁路来保证负载不断电。

对于UPS来说，电池是保证UPS能够在市电或者旁路断电发生时继续维持供电的关键，但是串联环节较多，也恰恰是可用性较为薄弱的环节。一般电池规格书里面会说明充电电流不要**过0.15CC,这就意味着电池在UPS满载放电放完之后要用数倍的时间才能重新充满，从这个意义上讲其可用性一般都在20%以下。但是由于电池并不是连续工作的，只要在电池放完前市电恢复，在重新充电的过程中也没有再发生断电，那么负载仍然不会受到影响。从这方面来看，电池的可用性在只会发生短时间的断电情况下还是很高的。

再重新来审视电池回路的可靠性，在电池与市电之间还有一个充电器模块环节。如果充电器损坏则电池在一次放完电之后就无法再充回，导致下一次市电停电时负载断电。但是充电器只是在电池需要充电时才会工作，因此如果能够及时对充电器的状态进行监控，在发现充电器异常时及时报警，就能够避免充电器故障带来的问题，从而提升整个UPS的可用性。对于电池也有一样的手段。电池在使用多次之后也会面临容量下降和失效的问题，但是如果能够通过电池状态监控发现电池失效并及时更换，也能够有效提升UPS的可用性。

UPS系统的可靠性

使用UPS电源系统时，不仅要定期对各主要元件进行检查，还要对UPS电池组的各个电池单元端电压与内阻进行检测。若发现其电池组的某个电池单元的端电压差值>0.4 V或者内阻>0.08Ω的时候，就应该断开工作异常的电池单元与电池组的连接导线，使用外置的独立充电器对工作异常的电池单元进行单独充电，将其充电电压（对12V蓄电池而言）保持在13.5~13.8 V之间，充电时间控制在10~12h.需要注意的是，UPS电源在使用过程中，电池组内的各个电池单元的充电会不一致，可能产生电池单元端电压以及电池内阻的不平衡。这些是无法依靠UPS电源系统内部充电回路对其充电而得到消除和校正的，若不及时对不平衡电池单元进行脱机均衡充电的话，可能导致上述问题更加严重。

为了解决这一瓶颈，可以在UPS系统中加入一个特性和电池互补的备用电源：在市电断电时的不需要很快反应，但是在长时间停电条件下能够持续提供电力，燃油发电机组就是较为合适的一个选择。因此在UPS系统配置上可以加入一个自动切换装置，在市电停电后切换到发电机组。这样一来能够较大的提升长时间断电条件下UPS系统的可用性。如此则UPS系统的可用性路径就成为

虽然在可用性路径里面多串联了一个市电与发电机切换用的ATS，增加了单调路径发生故障的概率，但是相对长时间断电带来的可用性问题来说还是值得的。

在UPS应用的另外一个分支是目前正在兴起的直流UPS系统。直流系统的思路是出于提高效率的目的，减少电源系统中间的转换环节，电力分配部分由原来的交流转换成直流。一个理想的直流UPS系统服务器应用从市电到12V终端的应用结构见下图。

可以看出，理想的直流UPS系统由于把交流系统中UPS的逆变环节与服务器电源中的PFC环节使用一个隔离型DC/DC环节来取代，从而可以改善效率。不过在直流UPS系统里面由于电池电压的变动范围是比较大的，为了取得更优化的效率曲线，在后级的服务器电源中也有可能使用两级结构。也就是通过一个简单的转换，减小服务器电源隔离DC/DC转换级的输入范围，以得到更好的节能效果。此时的结构见下图

在这种直流UPS体系里面，不存在交流UPS中的旁路回路了，只存在一个市电到电池回路，这个回路也兼有充电器的作用。因此从单个UPS的可用靠性角度考虑，直流UPS可靠性链路只有两条，其中一条是两级变换加上辅助电源与控制板，另外一条是电池，见下图所示

与交流UPS相比，直流UPS供电少了交流UPS的旁路回路，少了一个提升可用性的回路。但是电池是直接给负载供电的，可用性要**交流UPS。因此在可用性的方面直流供电系统有得有失。但是另一个方面直流系统比交流UPS更*进行并联，从而可以利用增加并联台数的方式增加可用性。

配电系统的可用性

对于一般的UPS系统应用来说，存在两种常见的配置方式，一种是双机热备份，见下图所示

这种配置方式下两台UPS是完全并联工作的。基于前面可用性的原理，*二种配置方式比**种会有更高的可用性。

这里就反映了可用性与可靠性的一个明显不同。对于两台并联冗余配置的UPS，由于器件多了一倍，那么出现故障的概率也会增高，因此从统计意义上来讲整个系统的MTBF会下降。但是由于其中一台出现故障之后仍然有一台在工作，只要出故障的UPS能够很快修复，负载就仍然处在有效的保护之中，可用性是提升的。从负载的角度衡量，评估系统的可用性比可靠性更加有意义。

在可用性的定义中，电源系统恢复的时间越短，则可用性也会越好。因此把电源系统设计为模块化易更换的结构，可以大大减小维护时间，从而使得可用性显着改善。

对于机房应用的场合，双总线的概念应用十分广泛。对于关键的服务器负载，一般都提供两组电源输入。相应的，在配电部分就也可以对应采用两组独立的电源总线。结合UPS本身就支持双总线输入，实际上可以构造出很多种组合形式。对不同方式进行比较后，比较推荐的一种典型的结构见下图所示

这里把两组独立市电都供给两套UPS系统，然后每一套UPS系统作为一条总线来使用，可以充分发挥市电双总线，UPS内部双总线以及负载双总线高可用性的优势。

1、合理使用

　　（1）初充电必须充足

　　电流不能过大，必须充足电；并进行2-3次循环充放电。如初次充电不彻底，将会造成蓄电池*性的充电不足，使其额定容量减少，使用寿命缩短。

　　（2）不同容量的蓄电池不能放在一起使用

　　使用两只以上蓄电池时，其容量应该一致。以6135型发动机为例，把两只一大一小的12V蓄电池串联使用时，由于两只蓄电池容量不相等，充放电有先后，将造成其中一个过早损坏。

　　（3）减小蓄电池的自放电

　　蓄电池充足电后在20～30℃的环境中开路搁置28天，其容量损失不应**过20%。暂不使用的新蓄电池不要预先加入电解液。已灌入电解液而闲置待用的蓄电池，应定期进行充电不足的情况下长期放置，必将导致硫酸铅较板硬化（简称硫化），轻者降低容量，重者可造成蓄电池报废。

　　（4）防止长时间大电流放电

　　安装和拆卸蓄电池时应严防短路，机器启动时间每次不应**过20s，两次启动之间应停歇1min，若连续3次仍不能启动，应停机检查。

　　2、及时维护保养

　　（1）保持一定高度的电解液液面

　　按使用要求，电解液液面应高出较板10～15mm。检查时先用内径4～6mm、长约150mm的玻璃管，垂直插入加液口中，直到与较板上边缘相接触，然后用食指压紧玻璃管中电解液的高度即为蓄电池内电解液平面高出较板的高度。测量后再将玻璃管中的电解液放回，如果液面高度不够，应及时添补蒸馏水，切不可加入泉水、河水、和自来水，更不能添加稀硫酸，否则会使电解液密度增加而损坏较板。还应注意；蒸馏水应在蓄电池处于充电状态时加入，以保证电解液混合得更加均匀；液面不可过高，以防止在充、放电时电解液外溢。

　　（2）及时清除壳盖上的黄白色糊状物

　　蓄电池壳盖上的黄白色糊状物，是由于蓄电池壳盖和较桩周围溅有硫酸溶液，使电极桩处受到电化学腐蚀的结果。其中白色物质为硫酸铅，黄色物质为硫酸铁，腐蚀性甚强，且电阻很大，若处于导线接触处，将形成很大的接触电阻，造成导电不良。

为此，要经常用碱水，也可用10%的苏打水或10%的氨水溶液浸过的棉纱擦净蓄电池外壳及壳盖处溅出的电解液，使其表面经常处于中性。若较柱与导线接头间隙有氧化物时，可用工具刮净。

　　（3）定期补充充电

　　一般情况下，放完电的蓄电池应在24h内进行充电；对于停驶机器（或暂不使用的大型设备）上的蓄电池，必须每个月补充充电1次；在用的蓄电池，应每两个月拆下来进行1次补充充电。

　　（4）定期检查电解液的密度

　　电解液密度必须与所在地区和季节相适应。根据实践经验，我国大部分地区（除了严寒地区外）夏季前后，新充电的蓄电池电解液的相对密度可达到1.20～1.25g/立方米，使用过的蓄电池再次充电时，电解液相对密度要保持在1.15～1.18g/立方米。秋季电解液的相对密度则应由1.18g/立方米逐渐提高到1.25g/立方米，冬季调整到1.285g/立方米，春节再逐步添加蒸馏水，以调低相对密度