我们的日常生活中不能没有电,电能对于现代工业数字化同样重要。在关键任务中,意外断电会造成数据的丢失和工作的停摆,硬件也可能因此损坏,并导致生产进度的推迟。
UPS是一种储能装置,由电池或电能存储单元组成,能够在输入电源或市电中断时为负载提供电能,是一种不间断供电系统。为工业计算机安装UPS,可以确保在发生意外断电的情况时数据的安全性并保护硬件不受损害。 几十年来,由于能量密度高(10~100瓦时/公斤),电池是能量储备的主要方案。然而,受限于工作温度(一般为0℃至40℃)和寿命周期(2年或500次充放电循环),对于工业应用来说电池既不够强固也不够持久。更重要的是,电池的寿命很大程度上受到环境温度的影响。 想要一款适用于工业应用的UPS,需要采用电容,又叫作电子双层电容(EDLC)。电容是一种新型的电容,能量密度是电解电容(1~10瓦时/公斤)的10~100倍。除了提供让人印象深刻的能量密度,电容还支持-40℃至65℃的宽温工作范围,储能或寿命周期不容易受环境温度波动的影响,且拥有很长的寿命周期(10年或50万次充放电周期)[1]。这两个特点使得电容成为可信赖的工业级备用电源解决方案。 近年来,我们的客户选择将可以克服冲击、振动、高温等环境因素的Neousys宸曜科技SuperCAP UPS模块部署在列车上,以便在铁路环境电压不稳的情况下为列车控制器持续提供稳定的电能。在电力过渡阶段,由于电压骤降或短时断电,列车上的电能会出现短暂的不稳定,这个短暂的时间可能是一秒不到,也可能是好几秒,取决于部署何种备用电源系统。有两种情况会导致系统出现大功率波动。具体而言,当系统的供电设备被开启或关闭时,变流器会因大功率波动而损坏;另一种情况是,由于直流电源配电线路短路,保险丝熔断/断路器断开,输入电压可能在不到一秒的时间内骤降至0伏,而这是符合EN 50155标准的。EN 50155是在铁路上机车车辆使用的电子设备规范欧洲标准,如今大多数都参照这一标准。EN 50155标准的其中一条定义是,正常输入电压须为稳定(持续)电压的0.7倍至1.25倍;且在少于一秒内的电压波动范围须为0.6倍至1.4倍。请参照下表:
Neousys宸曜科技SuperCAP在另一种铁路应用中也大放光彩,即“第三轨系统”或“接触轨系统”上运行的列车。第三轨系统的一个缺点是,平交道口和交叉口处的接触轨存在间隙,此时列车处于无电状态。因此,列车的长度短则需要达到能够将“间隙列车”接触靴推回带电轨道的长度。 Neousys宸曜科技SuperCAP UPS不仅在意外断电时可以作为备用电源模块,也是列车上常出现电压波动时理想的“稳压器”。SuperCAP UPS支持12V至35V宽范围直流输入,高则可支持180W能量输出,为连接的后端系统持续供电,确保系统的正常关机并保护计算机硬件和数据。不同于一般的UPS,Neousys宸曜科技SuperCAP UPS可以自动启动系统关机程序,不需要人为操作。配合Neousys宸曜科技的SuperCAP能量管理程序,可实时监控后端系统的能量和功耗,以调整功率输出并延长SuperCAP模块的寿命周期。 Neousys宸曜科技的SuperCAP UPS是基于电容而非电池单元的UPS,能够在-25℃至60℃宽温环境中运行。SuperCAP UPS具备工业级性能,适用于苛刻的工业环境。
Neousys宸曜科技的SuperCAP UPS还拥有CAP能量管理技术。SuperCAP UPS能够监控后端系统,为自动开关机管理提供所需的电能,且不需要安装额外的驱动或软件。此外,SuperCAP UPS不仅能持续供电直至系统正常关机,还能在因电压波动造成电源电压不稳时,作为保护屏障为相连的后端系统提供恒定的电流。这一点对于经常出现电流不稳的工厂或工业环境来说是非常重要的。 Neousys宸曜科技SuperCAP UPS的应用场景远不止工厂。除了类似UPS的备用电源模式外,Neousys宸曜科技的独立型SuperCAP UPS还为车载应用提供2种先进的点火信号电源控制模式。SuperCAP可以连接至一台车载计算平台作为通用的基于电容的UPS,或作为1个稳定的电源,根据点火信号输入执行用户自行设置的开机/关机延时。
Neousys宸曜科技SuperCAP UPS中采用了SuperCAP能量管理[2]。设计和制造出可信赖的基于电容的备用电源系统需要一系列的基础技术,如充/放电控制,主动负载均衡,以及DC/DC转换等,当发生意外断电时,可以在确保系统正常关机的前提下尽可能地发挥电容能量的作用。 SuperCAP能量管理架构包含了单片机,电容和充/放电控制。嵌入在MCU中的架构固件,不仅能持续监控后端系统的能耗等级,还可以在发生意外断电情况时自动启动软关机程序,以避免数据丢失或出错。
得益于这一架构,SuperCAP可以提供一些高级的功能,如实时能量监控,高/低电压保护,以及自动/手动关机控制。在参数配置程序中,用户可以通过减少能量容量利用率从而提高电容的寿命周期。
传统UPS使用电池来储能,因此部署的环境受限,只能部署在办公室或家中,与之不同的是,Neousys宸曜科技SuperCAP UPS模块可以灵活部署在严苛的工业环境中。Neousys宸曜科技SuperCAP UPS拥有宽温工作范围,非常适合部署在工业应用或车载应用中,且储能单元不会随着时间的推移大幅衰退。