Phần lớn các bộ dự phòng công nghiệp không bị yêu cầu hoạt động hàng giờ đồng hồ. Một hệ thống cấp nguồn liên tục nhỏ, một bộ dự phòng cho PLC hoặc đồng hồ đo, một nút biên mạng, hay một thiết bị đo hiện trường thường chỉ cần vượt qua một nhiễu loạn: duy trì thanh cái trong một lần sụt áp hoặc một lần mất điện ngắn, giữ cho bộ điều khiển đủ lâu để tắt máy có trật tự và ghi dữ liệu, hoặc lấp khoảng trống cho đến khi máy phát vào hoạt động. Nhiệm vụ vượt qua gián đoạn (ride-through) này có tiêu chuẩn riêng, IEC 62040-3, và đặc tính điện riêng của nó. Bài A, bài đầu tiên trong ba bài về UPS nhỏ và bộ dự phòng thiết bị đo, mổ xẻ nhiệm vụ và các lớp cấu trúc tô-pô của tiêu chuẩn, đồng thời giải thích vì sao một bộ pin nickel-kim loại hydride cao dòng là lựa chọn vững chắc làm nguồn nối tiếp gọn nhẹ với dải nhiệt độ rộng.
Một trung tâm an ninh hoặc báo cháy đo mức tự chủ bằng hàng giờ với dòng thấp; một bộ UPS nhỏ đo nó bằng vài giây đến vài phút với dòng đáng kể. Đường vẽ động cho thấy dạng đặc trưng: nguồn lưới đã được ổn định cấp cho tải trong hoạt động bình thường, một nhiễu loạn — sụt áp, điện áp thấp, hoặc mất điện hoàn toàn — được phát hiện và chuyển mạch, rồi theo sau là dải nối tiếp bằng pin, trong đó bộ nghịch lưu hoặc thanh cái một chiều giữ cho thiết bị đo hoạt động cho đến khi nguồn trở lại, máy phát khởi động, hoặc việc tắt máy có kiểm soát hoàn tất. Trọn đời của pin là một sự chờ đợi dài trong trạng thái sẵn sàng đầy đủ, ngăn cách bởi các sự kiện ngắn có công suất tương đối cao.
Dạng này thay đổi yêu cầu đối với tế bào. Dung lượng ít quan trọng hơn khả năng cấp một dòng vừa phải liên tục trên một thanh cái ổn định, lặp đi lặp lại, sau nhiều tháng hoặc nhiều năm sẵn sàng đầy đủ, thường là bên trong một tủ điều khiển nóng hoặc lạnh. Khả năng dòng đỉnh và liên tục, trở kháng nội thấp và sức bền ở chế độ thổi nổi lên trước mật độ năng lượng thuần túy — những trục mà NiMH cạnh tranh đặc biệt tốt.
IEC 62040-3 (được áp dụng ở châu Âu với tên EN 62040-3) phân loại hiệu năng của UPS bằng một từ vựng chính xác. Chữ cái đầu tiên mô tả sự phụ thuộc của đầu ra vào nguồn đầu vào trong hoạt động bình thường. VFD — Voltage and Frequency Dependent (phụ thuộc điện áp và tần số) — là cấu trúc tô-pô ngoại tuyến hoặc chờ thụ động: tải chạy trực tiếp từ lưới và chỉ được chuyển sang bộ nghịch lưu khi nguồn hỏng, nên đầu ra thường bám theo điện áp và tần số lưới, và một lần chuyển mạch ngắn (thường là vài mili giây) xảy ra khi mất điện. VI — Voltage Independent (độc lập điện áp) — là cấu trúc tô-pô tuyến tương tác, ổn định điện áp bằng một bộ điều áp tự động trong khi tần số vẫn bám theo lưới. VFI — Voltage and Frequency Independent (độc lập điện áp và tần số) — là cấu trúc tô-pô trực tuyến chuyển đổi kép, liên tục tái tạo đầu ra từ thanh cái một chiều và do đó độc lập cả với điện áp đầu vào lẫn tần số, với gián đoạn chuyển mạch bằng không.
Phân loại đầy đủ là một mã ba ký tự bổ sung lớp môi trường và lớp hiệu năng, trong khi IEC 62040-1 bao gồm an toàn và IEC 62040-5 đề cập đến UPS một chiều — cấu trúc tô-pô ngày càng phổ biến để dự phòng trực tiếp các thiết bị đo cấp một chiều, PLC và thiết bị mạng mà không cần bộ nghịch lưu xoay chiều. Chọn lớp là chọn mức độ sạch và không gián đoạn của việc nối tiếp, điều này định nghĩa các yêu cầu chuyển mạch và dòng của pin.
Hai chủ ý thiết kế đặt ra mục tiêu tự chủ. Nối tiếp cho đến khi tắt máy định cỡ pin cho việc kết thúc có kiểm soát tải được bảo vệ: ghi dữ liệu lưu giữ của PLC, đưa cơ cấu chấp hành về vị trí an toàn, ghi nhật ký và tắt máy sạch, điều mà với nhiều thiết bị đo và thiết bị biên là vấn đề vài chục giây đến mười phút. Nối tiếp cho đến máy phát định cỡ theo thời gian khởi động và ổn định của một máy phát dự phòng — thường là vài chục giây — cộng biên độ cho một lần khởi động đầu thất bại và thử lại. Nối tiếp cho đến năng lượng tái tạo hoặc nối tiếp qua một sự cố trong lưới siêu nhỏ có thể đòi hỏi nhiều hơn.
Biểu đồ động quy đổi một bộ pin NiMH 24V cố định thành số phút vượt qua gián đoạn cho các tải thiết bị đo. Đó là một mô hình minh họa, nhưng quan hệ nghịch đảo là chính xác: tăng gấp đôi tải được bảo vệ thì rút một nửa thời gian nối tiếp. Đặc tả tải một cách thực tế — kể cả dòng đỉnh của một công tắc tơ hoặc một thiết bị đo khởi động lại — chính là điều phân biệt một bộ UPS hoàn tất việc nối tiếp với một bộ sụp đổ giữa chuỗi trình tự tắt máy.
Trong một bộ UPS VFD ngoại tuyến, tải thấy một gián đoạn ngắn trong khi rơ-le chuyển sang bộ nghịch lưu; trong một thiết kế VI tuyến tương tác, gián đoạn tương tự nhưng bộ AVR đã xử lý các lần sụt áp trong dải của nó; một bộ VFI trực tuyến không có gián đoạn nào cả vì bộ nghịch lưu luôn cấp cho tải. Dù là cấu trúc tô-pô nào, pin phải đón tải tức thì và giữ thanh cái trong dung sai của thiết bị được bảo vệ. Một chuỗi tế bào có trở kháng nội cao sẽ sụt dưới tải bậc thang và có thể khởi động lại chính bộ điều khiển mà nó đáng lẽ phải bảo vệ — một dạng hỏng hóc trông giống hệt một sự cố phần mềm.
Các tế bào NiMH được ghép cặp, trở kháng thấp tạo ra một nguồn một chiều cứng với mặt bằng phẳng 1,2V mỗi tế bào, nên thanh cái chuyển sạch từ bộ sạc sang pin và tầng nghịch lưu hoặc DC-DC thấy một đầu vào ổn định suốt thời gian nối tiếp. Một tụ giữ nhỏ sẽ che chuyển mạch dưới một chu kỳ trong thiết kế VFD; rồi chuỗi NiMH gánh việc nối tiếp dài hơn.
UPS nhỏ và bộ dự phòng thiết bị đo sống tại nơi mà điện tử được bảo vệ sống: các tủ điều khiển kín, kiosk ngoài trời, vỏ bọc tại nhà máy, và thiết bị ven đường hoặc trên mái, nơi nhiệt độ môi trường có thể dao động vượt xa một dải văn phòng thoải mái. Một nguồn dự phòng được định mức dung lượng chỉ ở 20 độ C sẽ cấp ít hơn vào một đêm mùa đông hoặc già hóa sớm trong một tủ mùa hè. NiMH gốc nước chịu được dải hoạt động rộng và, ở các cấp công nghiệp dải nhiệt rộng, duy trì sự cấp điện hữu ích trong cái lạnh làm suy yếu nghiêm trọng pin axít-chì; kỷ luật của nó là sạc theo nhiệt độ, vì việc sạc liên tục trên khoảng 45 độ C sẽ thúc đẩy sinh khí và khô.
Mất điện cũng lặp lại. Một địa điểm phụ thuộc lưới có thể khiến UPS chạy chu kỳ hàng chục lần mỗi năm — mỗi sự kiện là một lần phóng điện rồi theo sau là một lần sạc — và pin phải giữ khả năng nối tiếp qua hàng trăm chu kỳ như vậy. Sức bền tham chiếu ít nhất 500 chu kỳ của IEC 61951-2 đóng khung kỳ vọng; một bộ pin được chọn với biên độ cuối đời vẫn hoàn tất việc nối tiếp định mức khi về cuối tuổi.
So sánh các hóa học ứng viên với nhiệm vụ vượt qua gián đoạn và một vị trí rõ ràng hiện ra. Pin axít-chì kín rẻ và quen thuộc, nhưng nặng, yếu trong lạnh, bị sunfat hóa bởi các chu kỳ nông lặp lại và thổi nổi lâu, và cần thể tích để cấp cao dòng. Liti có mật độ năng lượng cao, nhưng thêm điện tử bảo vệ và cân bằng và trọng lượng vận chuyển cho một nhiệm vụ ngắn hạn, cao dòng, dải nhiệt rộng vốn hiếm khi khai thác lợi thế năng lượng của nó. Siêu tụ điện cho tuổi thọ chu kỳ gần như vô hạn và dòng tức thì, nhưng chỉ vài giây năng lượng và một độ tự xả dốc. Nickel-kim loại hydride chiếm một vị trí trung gian hữu ích: cấp điện cao dòng, trở kháng thấp, mặt bằng phẳng, hiệu năng lạnh tốt, an toàn gốc nước nội tại, không cadmi và phân loại hàng không đơn giản nhất.
Bài B biến điều này thành một phương pháp định cỡ và chọn hóa học; Bài C đi theo con đường bằng chứng của IEC 62040 và ở cấp tế bào.
Weijiang Power sản xuất tế bào NiMH cao dòng và các bộ pin hàn cho UPS nhỏ, UPS một chiều và vượt qua gián đoạn thiết bị đo/PLC: các chuỗi AA, sub-C và C cho việc nối tiếp từ vài giây đến vài phút, các tế bào ghép cặp trở kháng thấp để chuyển mạch sạch và thanh cái một chiều ổn định, các cấp dải nhiệt rộng cho tủ kín, và tài liệu IEC 61951-2, IEC 62133-1 và UN 38.3. Hãy gửi tải cần bảo vệ, thời gian nối tiếp mục tiêu, cấu trúc tô-pô (VFD/VI/VFI hoặc UPS một chiều) và môi trường tủ, chúng tôi sẽ định cỡ một bộ pin nối tiếp cứng và lặp lại được.
