鳳凰蓄電池延長小型 UPS 后備時間的蓄電池解決方案

電壓范圍介于 400 至 2500VA 之間的小型 UPS 機，通常在市電斷電時用于向一臺或多臺個人計算機提供備用電源。這些 UPS 機通常裝有預期壽命 3 至 5 年的內置鳳凰蓄電池，并定量提供 5 至 45 分鐘的備用工作時間。用戶可將其用于長期（甚至可能每天）頻繁市電斷電的場所運行，可能由于缺乏備用發電機，因此他們希望將 UPS 用作替代電源。

解決辦法呢？加裝一塊相同電壓的并聯鳳凰蓄電池。當然，加裝的并聯鳳凰蓄電池將外接至 UPS 機，最常見的解決辦法如圖 1 所示。

在加裝外接鳳凰蓄電池的情況，決定實際配置時需考慮若干問題。這些問題包括：

1.UPS 電子元件在不過熱的情況下長期運行的能力。

2.UPS 充電電路在所需再充電時間內對附加蓄電池再充電的能力。

3.將附加鳳凰蓄電池與 UPS 內置鳳凰蓄電池隔離，防止一串中的單格電池短路影響另一串。

4.UPS 連接器鳳凰蓄電池，以及與附加鳳凰蓄電池預期放電和再充電電流有關的線徑。

5.裝于外殼上的附加鳳凰蓄電池的適當通風。

如圖 1 所示的配置無疑最易于實施，但是，其假設前提為 UPS 整流器具有向逆變器供電、再充電內置C&D大力神蓄電池以及對輔助鳳凰蓄電池再充電的充足安培輸出量。用于此配置以及圖 2 中的配置，UPS 整流器的輔助鳳凰蓄電池每 1000 安時容量應有最小 2 安培的備用電流。此最小備用電流應提供用于 72 小時內對輔助鳳凰蓄電池進行再充電。

如果 UPS 內部整流器的電流容量有限，C&D大力神蓄電池的再充電電流可如圖 2 所示用電阻器（R1和 R2）予以限定。例如，假設 UPS 整流器只有 2 安培可用于對獨立的 10 安時容量C&D大力神蓄電池充電，并假設并聯加裝一塊 40 安時蓄電池用作外接蓄電池。在這種情況，應在兩個蓄電池之間按其容量比例分配受限的可用充電電流。此時，1/5 再充電電流（0.4 安培）應供往內置的 10 安時蓄電池，而 4/5 再充電電流（1.6 安培）應供往外接的 40 安時蓄電池。限流電阻值將根據以下要求進行計算：當全充電電壓施加于已放電C&D大力神蓄電池且為開路電壓值時，將涌流限定在期望值。電阻散熱能力值（瓦特數）僅是電壓降乘以最大電流（V*I）或最大電流平方乘以電阻（I2R）的乘積。

例如，假設 24 單格電池系統的每單格充電電壓為 2.3 伏特或 55.2VDC。最壞的情況是用于 24 單格電池系統的已放電蓄電池開路電壓為每電池 1.96V 或 47VDC。 內置的 10 安時C&D大力神蓄電池限流電阻值將計算如下：

R1=(55.2-47)VDC/0.4 安培

R1=20.5 歐姆
R2=5.1 歐姆

WR2=(55.2-47)VDCX1.6 安培

WR2=13.1 瓦特最小值

放電過程中，鳳凰蓄電池將通過二極管 D1 和 D2 供電，因此可消除壓降，若通過 R1 和 R2 供電則會產生壓降。

采用其它可行的限流方式情況下，使用電阻器也許最簡單、最廉價；不過，它會增加再充電時間。此外，如果采用電阻限流，那么產生熱量的電阻不得安裝在蓄電池附近。

盡管圖 1 和圖 2 的配置切實可行，但它們有一大共同缺陷：它們無法將兩個蓄電池系統相互隔離。因此，如果一C&D大力神蓄電池組中有一單格電池短路，則會致使并聯連接的另一C&D大力神蓄電池組放電。這可能是一個大問題，尤其是在兩個C&D大力神蓄電池系統有不同的使用壽命或使用歷史的情況。這一缺陷可如圖 3 所示進行校正。

在此配置中，電阻器 R1 和 R2（如圖 2 所示）限制至各個C&D大力神蓄電池（2 個）的充電電流。但是 D1、D2 和 D4 的作用可防止任何一個C&D大力神蓄電池發生短路，以免導致另一C&D大力神蓄電池放電。

當UPS 內部充電器沒有足夠安培容量可在合理的時間內對輔助C&D大力神蓄電池再充電時，則需要在外部組合件中配置一件輔助充電器。該配置將與圖 4 所示相類似。如圖所示，通過市電繼電器常閉觸點（或固態開關），輔助C&D大力神蓄電池和充電器可在市電斷電之前與 UPS 完全隔離。在市電斷電時，該繼電器 K1 將斷開，常閉（NC）觸點將會閉合，而輔助蓄電池與 UPS 內置C&D大力神蓄電池實現并聯。
如果 UPS 內置鳳凰蓄電池充電電壓調節至稍高于輔助蓄電池所使用的（例如 2.25v/c）電壓值時（例如 2.3v/c），市電繼電器 K1 則可以忽略不計。在這種情況中，二極管 D2 在市電斷電之前為反向偏流，斷電時將為正向偏流并將其負載電流份額路由至 UPS 逆變器。此外，二極管 D1 和 D2 的布置也將兩個蓄電池系統隔離，防止一串中的電池短路而影響另一串。這也許是所有配置中最簡單的，但是，充電器輸出電壓的相關設定值相當關鍵。
表 1 確定了約為 20 小時的C&D大力神電池所需額定安時容量，用于為標有 VA 額定值、功率因子（pf）、交直流逆變器效率和直流母線電壓的 UPS 系統提供已標注的操作時間。
加入相同電壓的并聯鳳凰蓄電池串時，各電池串應單獨接線至公共連接點，且應包括獨立的串過流保護功能。