UPS蓄電池“超員”危機：環(huán)流背后的隱患與應(yīng)對！
在現(xiàn)代社會，電力供應(yīng)的穩(wěn)定性對各類企業(yè)和組織至關(guān)重要。一旦電力出現(xiàn)中斷、波動或故障，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備損壞，甚至造成嚴重的經(jīng)濟損失。而 UPS（不間斷電源）系統(tǒng)的出現(xiàn)，為解決這些問題提供了有效方案，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，迅速切換到電池供電，從而保證連接設(shè)備的正常運行。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)實現(xiàn)不間斷供電的核心要素。
當(dāng)市電正常供應(yīng)時，蓄電池處于充電狀態(tài)，將電能以化學(xué)能的形式儲存起來。與此同時，它還對直流電路起到平滑濾波的作用，減少電流波動，為設(shè)備提供穩(wěn)定的電源輸入。而當(dāng)逆變器發(fā)生過載情況時，蓄電池能夠充當(dāng)緩沖器，吸收瞬間的大電流沖擊，保護逆變器及其他設(shè)備不受損壞。
一旦市電意外中斷，蓄電池就會立即釋放儲存的化學(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?，維持 UPS 的電源輸出，確保負載在一定時間內(nèi)能夠正常用電，為關(guān)鍵設(shè)備的持續(xù)運行提供堅實保障。例如在數(shù)據(jù)中心，大量的服務(wù)器、存儲設(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，UPS 系統(tǒng)中的蓄電池就能在市電中斷時發(fā)揮作用，提供持續(xù)電力，確保數(shù)據(jù)中心設(shè)備的正常運行，保護重要數(shù)據(jù)免受損失 。在醫(yī)療機構(gòu)中，手術(shù)室、重癥監(jiān)護室和實驗室中的設(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)過多，且經(jīng)過長時間使用后，一個不可避免的問題便會悄然出現(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 。在長期使用過程中，每個電池的內(nèi)阻都會逐漸產(chǎn)生差異，導(dǎo)致內(nèi)阻值出現(xiàn)較大的差值。內(nèi)阻的變化又會直接影響電池的電動勢，使得各電池組之間的電動勢也變得參差不齊。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)電池組之間的電動勢出現(xiàn)差異時，電動勢大的電池組就如同一個充滿能量的 “大力士”，會對電動勢小的電池組放電。這就像水流總是從高處流向低處一樣，電流也會在并聯(lián)的電池組間形成一個循環(huán)流動的路徑，我們把這種現(xiàn)象稱為環(huán)流。例如，在一個由多組蓄電池并聯(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，電動勢降低，而其他電池組則相對保持較好的性能，此時環(huán)流就會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)進行充放電的動態(tài)過程中，它也如影隨形。在充電時，由于各電池組的內(nèi)阻和電動勢不同，它們接受充電的速度也不一樣。內(nèi)阻小、電動勢大的電池組能夠更快地吸收電荷，而內(nèi)阻大、電動勢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、電動勢大的電池組）很快就能注滿，而小水桶（內(nèi)阻大、電動勢小的電池組）則需要更長時間。這種差異導(dǎo)致在充電過程中，電流會在電池組之間不斷調(diào)整，形成環(huán)流。
在放電過程中，情況同樣如此。各電池組的放電速度不同，電動勢高的電池組會率先輸出更多的電能，而電動勢低的電池組則輸出較少。為了維持整個系統(tǒng)的平衡，電流會在電池組之間流動，使得環(huán)流持續(xù)存在。
實際案例也能充分說明這一問題。某數(shù)據(jù)中心的 UPS 系統(tǒng)配置了過多的蓄電池組，在一次長時間的電力測試中，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)過進一步檢測，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)流不僅在充放電過程中存在，還會對電池組的性能產(chǎn)生實際影響，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端損耗。當(dāng)環(huán)流在電池組之間形成，電流會在這些電池組中做無用功，白白消耗電能 。這就好比一輛車在空轉(zhuǎn)，發(fā)動機雖然在運轉(zhuǎn)，但卻沒有推動車輛前進，純粹是在浪費燃油。
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，運行一段時間后，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)過詳細檢測，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數(shù)百千瓦時，這無疑大大增加了數(shù)據(jù)中心的運營成本。
再從長期來看，環(huán)流帶來的能源損耗將持續(xù)累積，每年可能會導(dǎo)致數(shù)千元甚至上萬元的額外電費支出。這對于任何企業(yè)或組織來說，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)帶來更多的經(jīng)濟效益。
大的環(huán)流會引發(fā)電池發(fā)熱，這對電池的壽命產(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，會使電池內(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動后體溫會升高一樣，電池溫度的升高會加速電池內(nèi)部的老化過程，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)備維護的成本和工作量，還會對 UPS 系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。一旦在關(guān)鍵時刻電池出現(xiàn)故障，無法正常供電，將會給企業(yè)帶來巨大的損失。
環(huán)流還可能導(dǎo)致 UPS 系統(tǒng)出現(xiàn)各種故障，嚴重威脅系統(tǒng)的正常運行。例如，環(huán)流可能會導(dǎo)致空氣開關(guān)跳閘，使 UPS 系統(tǒng)瞬間斷電，影響負載設(shè)備的正常工作。某金融機構(gòu)的 UPS 系統(tǒng)就曾因為環(huán)流問題，導(dǎo)致空氣開關(guān)頻繁跳閘，造成部分業(yè)務(wù)中斷，給客戶帶來了極大的不便，也對該金融機構(gòu)的聲譽造成了負面影響。
環(huán)流還可能引發(fā) UPS 系統(tǒng)自動切換到旁路供電模式。當(dāng)環(huán)流過大時，UPS 系統(tǒng)的控制器會檢測到異常情況，為了保護設(shè)備，會自動將負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)問題，就會導(dǎo)致負載設(shè)備直接斷電，造成嚴重后果。在一些重要的工業(yè)生產(chǎn)場景中，如化工、鋼鐵等行業(yè)，突然斷電可能會引發(fā)生產(chǎn)事故，造成設(shè)備損壞、人員傷亡等嚴重后果。
為了確保 UPS 系統(tǒng)中蓄電池的正常使用壽命及可靠運行，在實際配置時，我們強烈建議單臺 UPS 配置的電池組數(shù)不要超過 4 組。過多的電池組數(shù)不僅會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還會顯著提高環(huán)流產(chǎn)生的風(fēng)險。當(dāng)電池組數(shù)超過 4 組時，各電池組之間的內(nèi)阻和電動勢差異更難控制，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)險顯著提升。
在考慮 UPS 系統(tǒng)的后備時間時，并非越長越好。當(dāng) UPS 后備時間過長，電池總?cè)萘繒鄳?yīng)變得過大。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較小，需要很長時間才能完成充電。在極端情況下，當(dāng)電池容量過大時，甚至可能需要數(shù)天乃至數(shù)十天才能充滿。
若在短時間內(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)配置了長達 8 小時的后備時間，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，電池僅能維持 2 小時的供電，導(dǎo)致部分關(guān)鍵設(shè)備因電力中斷而受損，給企業(yè)帶來了經(jīng)濟損失。
因此，一般建議采用 4 小時以內(nèi)的 UPS 延時電池配置，并搭配發(fā)電機方案。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大帶來的充電難題。當(dāng)遇到長時間停電時，發(fā)電機可以及時啟動，為 UPS 系統(tǒng)和負載設(shè)備提供持續(xù)的電力支持，確保設(shè)備的正常運行。在一些醫(yī)院、銀行等對電力供應(yīng)穩(wěn)定性要求極高的場所，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)過多產(chǎn)生的環(huán)流問題，猶如一顆隱藏在暗處的定時炸彈，對電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和設(shè)備的正常運行構(gòu)成了嚴重威脅。從環(huán)流產(chǎn)生的原理，到它在充放電過程中的持續(xù)存在，再到帶來的能源損耗、電池壽命縮短以及系統(tǒng)故障風(fēng)險提升等一系列危害，每一個環(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 4 組，能有效降低環(huán)流產(chǎn)生的風(fēng)險，減少能源損耗和設(shè)備故障的可能性；優(yōu)化后備時間，采用 4 小時以內(nèi)的延時電池配置并搭配發(fā)電機方案，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)鍵時刻電力供應(yīng)的可靠性。
在未來的電力保障領(lǐng)域，無論是企業(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)備的正常運行和數(shù)據(jù)的安全，更關(guān)系到整個業(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)的每一個細節(jié)，科學(xué)配置蓄電池，為電力供應(yīng)的穩(wěn)定性保駕護航 。
