대부분의 산업용 백업에는 수 시간의 가동이 요구되지 않습니다. 소형 무정전 전원 장치, PLC나 계량기 백업, 네트워크 에지 노드, 현장 계측기에 보통 필요한 것은 이상을 넘기는 것뿐입니다. 전압 강하나 짧은 정전 동안 버스를 유지하고, 질서 있는 종료와 데이터 저장을 위해 컨트롤러를 지지하며, 또는 발전기가 가동될 때까지의 틈을 메웁니다. 이 라이드스루(ride-through) 듀티에는 고유의 표준 IEC 62040-3과 고유의 전기적 성격이 있습니다. 소형 UPS와 계측기 백업에 관한 3부작 중 첫 편인 본문 A에서는 그 듀티와 표준의 토폴로지 등급을 해부하고, 고출력 니켈-수소 패키지가 컴팩트하고 넓은 온도 범위의 이음 전원으로서 유력한 선택지인 이유를 설명합니다.
보안이나 화재 패널은 저전류의 수 시간 단위로 자율성을 측정합니다. 소형 UPS는 상당한 전류를 수 초에서 수 분 단위로 측정합니다. 애니메이션 궤적은 특징적인 형태를 보여줍니다. 정상 가동에서는 안정화된 상용 전원이 부하에 급전하고, 강하·저하·완전 정전과 같은 이상이 검출되어 절체된 뒤, 배터리 이음 대역이 이어집니다. 그동안 인버터 또는 DC 버스가 전원이 복귀하거나, 발전기가 기동하거나, 관리된 종료가 완료될 때까지 계측기를 지지합니다. 배터리의 일생은 완전히 준비된 긴 대기이며, 비교적 고출력의 짧은 사건으로 구분됩니다.
이 프로파일은 셀에 대한 요구를 바꿉니다. 용량보다는, 수 개월·수 년의 완전 준비 후, 흔히 고온 또는 저온의 제어반 안에서, 안정된 버스에 지속적인 적정 전류를 반복해 공급할 수 있는 능력이 중요합니다. 피크 및 연속 레이트 능력, 낮은 내부 저항, 플로트 상태에서의 내구성이 순수한 에너지 밀도보다 앞섭니다. 이는 NiMH가 특히 잘하는 축입니다.
IEC 62040-3(유럽에서는 EN 62040-3으로 채택)은 UPS의 성능을 정밀한 어휘로 분류합니다. 첫 글자는 정상 가동 시 출력이 입력 전원에 의존하는 정도를 나타냅니다. VFD(Voltage and Frequency Dependent, 전압·주파수 의존)는 오프라인 또는 수동 대기 토폴로지입니다. 부하가 상용 전원에서 직접 동작하고 전원이 고장 났을 때만 인버터로 절체되므로, 출력은 보통 상용 전원의 전압과 주파수를 추종하고 정전 시 짧은 절체(보통 수 밀리초)가 발생합니다. VI(Voltage Independent, 전압 비의존)는 라인 인터랙티브 토폴로지로서, 주파수는 상용 전원을 추종한 채 자동 전압 조정기로 전압을 안정화합니다. VFI(Voltage and Frequency Independent, 전압·주파수 비의존)는 이중 변환의 온라인 토폴로지로서, DC 버스에서 출력을 지속적으로 재생성하므로 입력 전압과 주파수 모두에서 독립적이고 절체 중단이 제로입니다.
완전한 분류는 환경 등급과 성능 등급을 추가한 3문자 코드입니다. 한편 IEC 62040-1은 안전을 다루고, IEC 62040-5는 DC UPS를 다룹니다. 이는 AC 인버터 없이 DC 급전 계측기, PLC, 네트워크 장비를 직접 백업하는 점점 일반적인 토폴로지입니다. 등급을 선택하는 것은 이음이 얼마나 깨끗하고 끊김 없어야 하는지를 선택하는 것이며, 그것이 배터리의 절체와 레이트 요구를 정합니다.
두 가지 설계 의도가 자율성 목표를 정합니다. 종료까지의 이음은 보호되는 부하의 관리된 종료를 위해 배터리를 치수 설계합니다. PLC의 유지 데이터 저장, 액추에이터 대기, 로그 기록, 깨끗한 종료이며, 많은 계측기와 에지 장치에서는 수십 초에서 10분의 문제입니다. 발전기까지의 이음은 예비 발전기의 기동·안정화 시간(보통 수십 초)에 더해 첫 기동 실패와 재시도 여유를 둡니다. 재생 에너지까지의 이음이나 마이크로그리드 장애를 통과하는 이음은 더 많이 필요할 수 있습니다.
애니메이션 차트는 고정된 24V NiMH 패키지를 계측기 부하별 라이드스루 분으로 변환합니다. 이는 예시 모델이지만, 역의 관계는 정확합니다. 보호하는 부하를 두 배로 늘리면 이음 시간은 절반이 됩니다. 컨택터나 재기동하는 계측기의 피크 전류를 포함해 부하를 현실적으로 지정하는 것이, 이음을 완료하는 UPS와 종료 시퀀스 도중에 주저앉는 UPS를 가르는 점입니다.
오프라인 VFD UPS에서는 릴레이가 인버터로 절체하는 동안 부하가 짧은 중단을 봅니다. 라인 인터랙티브 VI 구성에서는 중단이 비슷하지만 AVR이 이미 범위 내 강하를 처리했습니다. 온라인 VFI 유닛은 인버터가 항상 부하에 급전하므로 중단이 전혀 없습니다. 어떤 토폴로지에서든 배터리는 순간적으로 부하를 받아들이고 보호 장비의 허용 범위 내에 버스를 유지해야 합니다. 내부 저항이 높은 셀 열은 스텝 부하 아래에서 가라앉아 본래 보호해야 할 컨트롤러를 재기동시킬 수 있습니다. 이는 소프트웨어 장애처럼 보일 수 있는 고장 모드입니다.
매칭된 저저항 NiMH 셀은 셀당 1.2V의 평탄한 플래토를 가진 단단한 DC 전원을 제공합니다. 그래서 버스는 충전기에서 배터리로 깨끗하게 옮겨가고, 인버터 또는 DC-DC 단은 이음 동안 안정된 입력을 봅니다. VFD 구성에서는 아담한 유지 커패시터가 서브사이클 절체를 커버하고, 그 뒤 NiMH 열이 긴 이음을 지지합니다.
소형 UPS와 계측기 백업은 보호되는 전자 장비와 같은 곳에 있습니다. 밀폐된 제어반, 옥외 키오스크, 공장 함체, 길가나 옥상의 장비이며, 주변 온도는 쾌적한 사무실 범위를 훨씬 넘어 변동합니다. 20℃에서만 용량 정격을 가진 백업 전원은 겨울밤에 더 적게 공급하고 여름 반 안에서 조기 노화합니다. 수계 NiMH는 넓은 동작 범위를 허용하고, 넓은 온도의 산업용 등급에서는 납축전지를 크게 약화시키는 한랭 아래서도 유용한 공급을 유지합니다. 다만 약 45℃를 넘는 지속적인 충전은 가스 발생과 건조를 촉진하므로, 온도를 인식한 충전이 필요합니다.
정전은 반복되기도 합니다. 전원 사정이 나쁜 장소에서는 UPS가 연간 수십 회 사이클 동작할 수 있습니다. 각 사건은 방전과 그 뒤의 충전이며, 배터리는 수백 사이클을 통해 이음 능력을 유지해야 합니다. IEC 61951-2의 최소 500사이클이라는 참조 내구성이 그 기대를 틀 짓습니다. 수명 말기 여유를 두고 선택된 패키지는 후기에도 정격 이음을 완료합니다.
후보 화학종을 라이드스루 듀티에 대해 비교하면 명확한 위치가 드러납니다. 밀폐형 납축전지는 저렴하고 익숙하지만 무겁고 한랭에 약하며 반복된 얕은 사이클과 긴 플로트에서 황산화를 일으키고 고출력을 공급하기 위해 부피를 필요로 합니다. 리튬은 에너지 밀도가 높지만, 그 에너지상 이점을 거의 살릴 수 없는 단시간·고출력·넓은 온도의 과업에 보호와 균형 전자 회로, 운송상 무게를 더합니다. 슈퍼커패시터는 거의 무한한 사이클 수명과 순간적 레이트를 제공하지만 에너지는 수 초 분에 지나지 않고 자가 방전이 가파릅니다. 니켈-수소는 유용한 중간을 차지합니다. 고출력·저임피던스 공급, 평탄한 플래토, 좋은 한랭 성능, 본질적인 수계 안전성, 카드뮴 프리, 가장 단순한 항공 화물 분류입니다.
본문 B에서는 이것을 치수 설계와 화학종 선택 방법으로 바꿉니다. 본문 C에서는 IEC 62040과 셀 수준의 증거 경로를 따라갑니다.
Weijiang Power는 소형 UPS, DC UPS, 계측기/PLC의 라이드스루용으로 고출력 NiMH 셀과 용접 패키지를 제조합니다. 수 초에서 수 분의 이음용 AA·sub-C·C 열, 깨끗한 절체와 안정된 DC 버스를 위한 매칭된 저임피던스 셀, 밀폐반용 넓은 온도 등급, 그리고 IEC 61951-2, IEC 62133-1, UN 38.3 서류를 제공합니다. 보호하는 부하, 목표 이음 시간, 토폴로지(VFD/VI/VFI 또는 DC UPS), 반 환경을 알려주시면, 단단하고 재현성 있는 이음 패키지를 치수 설계하겠습니다.
