Mini-ats102.ru

ООО “Мультилайн”
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как устроены аккумуляторы в UPS. Часть 2

Разряд аккумулятора постоянной мощностью

Контроллер ИБП следит, чтобы аккумулятор не разряжался ниже определенного напряжения.

Когда оно достигнет порога, он отключает инвертор (чаще всего, и весь ИБП), предохраняя батарею от глубокого разряда.

Следует отметить, что минимальное напряжение, до которого его можно разрядить, зависит от разрядного тока.

При этом, чем он больше, тем до меньшего напряжения можно разрядить аккумулятор.

Так, для той же батареи GP1272 при разряде током не более 0,2С (т.е. не более 1,44 А) ее можно разрядить до напряжения 1,75 В на элемент (или до 10,5 В), а при токе более 1С (т.е. более 7,2 А) – до напряжения 1,3 В на элемент (или 7,8 В). Таким образом, разряжать батарею GP1272 до напряжения, меньшего 7,8 В, нельзя ни в каком случае!

При разряде аккумулятора ниже порога в нем наступают необратимые изменения, и восстановить его никакими мерами невозможно!

Параметры аккумуляторов в ИБП

Вернёмся к параметрам, по которым подбираются аккумуляторы. Основных параметров у заменяемых батарей для UPS два:

  1. Напряжение, для которого они рассчитаны. Это основной параметр для замены. При зарядке и разрядке батареи контроллер ИБП устанавливает через трансформатор рабочее напряжение. При зарядке оно превышает номинал, для 12 В это 14−15 В, а при разрядке — старается уменьшить, т.к. чем «спокойнее» происходит процесс разряда, тем дольше будет работать батарея.
  2. Ёмкость батареи. От неё зависит, сколько минут проработает ИБП после отключения питания. Этот параметр может варьироваться — многие бесперебойники используют меньгие по ёмкости аккумуляторы, а небольшая модификация управляющей платы позволяет UPS’у использовать аккумуляторы ёмкостью 40−50 Ампер/часов (автомобильные).

Например, в Ippon Back Power Pro 800 устанавливаются батареи Yuasa NPW45−12 или CSB1234W. Их рабочее напряжение 12 В, а ёмкость — 9 Ампер*часов. При этом на сайте производителя рекомендуется для замены батарея Ippon IP12−7,0 с ёмкостью 7 Ач. Это подтверждает, что в ИБП замена аккумулятора на меньшей ёмкости продукцию вполне корректна даже по мнению производителя.

Аккумулятор CSB HR1234W в Ippon Back Power Pro 800

Аккумуляторная батарея CSB HR1234W

Выбор аккумулятора для ИБП

Аккумулятор для бесперебойного питания выбирается по электрическим характеристикам и конструкции. Электрические параметры практически не зависят от конструкции изделия и одинаковы для разных типов аккумуляторных батарей.

К основным электрическим характеристикам относятся следующие параметры:

  • Ёмкость аккумулятора в А/час;
  • Номинальное напряжение;
  • Количество зарядно-разрядных циклов;
  • Максимальная глубина разряда;
  • Саморазряд;
  • Внутреннее сопротивление;
  • Зарядный ток;
  • Рабочая температура.
Читайте так же:
Инст вход с компьютера

Свинцовый аккумулятор

Как определить необходимую ёмкость?

Одним из основных параметров, по которому осуществляется выбор аккумулятора – это его ёмкость. От этой величины зависит время, в течение которого бытовая техника будет обеспечена электрической энергией в случае отключения основной сети. Для обозначения ёмкости аккумуляторной батареи используется единица А/ч (ампер/час). Она обозначает, какой ток будет отдаваться в нагрузку за единицу времени.

Так, аккумуляторная батарея ёмкостью 50 А/ч сможет обеспечить ток 50 ампер в течение одного часа или 5 ампер в течение 10 часов. Наиболее широкое распространение получили аккумуляторные батареи имеющие ёмкость от 50 до 200 А/ч.

Для определения времени бесперебойного питания следует использовать несложную формулу:

  • Q – ёмкость аккумуляторной батареи;
  • P – известная мощность нагрузки в ваттах;
  • t – требуемое время резервирования;
  • V – номинальное напряжение аккумулятора;
  • K – коэффициент использования ёмкости.

Пример: имеется активная нагрузка 140 Вт, которая должна работать без перерыва при отключении напряжения, в течение 5 часов. Напряжение питания аккумуляторной батареи равно 12 В, а коэффициент использования ёмкости обычно составляет 0,6-0,8.

Подставляем величины в формулу:

Получаем, что емкость аккумулятора для обеспечения напряжением данной нагрузки в течение 5 часов должна равняться 83,3 А/ч. Таким образом выбираем ближайший по номиналу аккумулятор 100 А/ч.

Другие критерии выбора

Напряжение и количество циклов. Аккумулятор для бесперебойника может иметь стандартное напряжение соответствующее 12, 24 или 48 вольтам. Количество зарядно-разрядных циклов это, как правило, срок службы конкретного аккумулятора.

Их число может варьироваться от 200 до 1000, в зависимости от конструкции аккумулятора. При этом учитывается максимально допустимый полный разряд. Если аккумулятор разряжается до какой-то промежуточной величины, то число циклов заметно возрастает.

АКБ для бесперебойника

Глубина разряда. У любого аккумулятора имеется важный параметр – это максимально допустимая глубина разряда. Ни один аккумулятор не допускает без ущерба для своей конструкции полного, что называется до нуля, разряда. В паспорте на батарею всегда указывается допустимый и рекомендованный уровень разряда.

Некоторые модели очень критичны к глубине разряда. Превышение этой величины у кислотных батарей со свинцовыми электродами может привести к полному выходу изделия из строя. Менее подвержены этому дефекту современные никель-кадмиевые аккумуляторы.

Саморазряд. Аккумуляторная батарея для ИБП, которая установлена в бесперебойный источник питания, не подвержена саморазряду, поскольку она всегда подключена к зарядному устройству. Под понятием саморазряд подразумевается потеря аккумулятором части заряда в результате длительного хранения.

Читайте так же:
Можно ли включать ноутбук с клавиатуры

Кислотные батареи могут лишиться до 50% своей ёмкости при хранении в нормальных условиях (+20°C) в течение года. Очень важно, при выборе и покупке аккумулятора обращать внимание на дату изготовления. Если батарея была изготовлена 3-4 года назад и всё это время хранилась на складе, приобретать её не стоит.

Такой параметр как внутреннее сопротивление аккумулятора иногда упоминается в технических статьях, но подробной информации об этом параметре мало. В документации на аккумуляторную батарею эта величина может быть указана, а может и отсутствовать. Внутреннее сопротивление батареи представляет собой совокупность сопротивления электролита, пластин, контактов и всего прочего. Этот параметр не является постоянной величиной и в процессе разряда аккумулятора может изменяться. Повлиять на этот параметр невозможно, поэтому при выборе аккумулятора для резервного источника питания лучше всего не обращать на него внимания. Единственным критерием здесь может служить только одно – чем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, тем лучше, поскольку меньше энергии будет расходоваться на внутренние потери.

Ток заряда. Ток заряда аккумулятора указывается в документации на резервный источник питания. Обычно зарядный ток должен составлять приблизительно 10 % от ёмкости батареи. Ток в 5 ампер подойдёт для заряда аккумуляторов на 50 А/ч, но им допускается заряжать батареи до 100 А/ч. Поскольку аккумуляторы на 100 А/ч в источниках резервного питания используются чаще других, то оптимальным зарядным током будет ток 10 ампер.

Температура эксплуатации. Очень важным для батареи энергопитания может быть температура эксплуатации. Особенно негативно на работу влияет повышенная температура. При работе в сложных условиях гораздо быстрее происходит разряд батарей, а время её службы заметно сокращается. Постоянная работа при температуре повышенной до +30°C может на 25-30 % сократить срок службы батареи.

В устройствах бесперебойного питания имеется место для установки штатного аккумулятора, но некоторые ИБП допускают подключение дополнительных батарей для увеличения срока работы внешних устройств при отключении основной сети.

Причины выхода из строя «бесперебойников»

Источники бесперебойного питания (в народе их называют упсы) могут перестать работать по следующим причинам:

  • В случае постоянного недозаряда, который вначале не дает о себе знать . Дело в том, что «штатные» зарядные устройства, которые часто идут в комплектации с ИБП, бывают плохого качества и плохо заряжают аккумулятор.
  • Регулярные перепады напряжения в электросети .
  • Источник питания глубоко разряжен .
  • Уровень электролита у АКБ по разным причинам снижается . Электролит высыхает, и емкость батарей падает, либо находится вообще на нуле.
  • Если работа свинцово-кислотных аккумуляторов ИБП осуществлялась либо при очень высоких, либо, наоборот, при критически низких температурах .
  • Аккумулятор долгое время пролежал без работы и давно не заряжался .
Читайте так же:
Модернизация блока питания компьютера

Причин выхода из строя ИБП может быть достаточно. Вопрос в том, можно ли что-нибудь сделать с севшими батареями и как восстановить их, чтобы они поработали еще какое-то время. Сразу стоит сказать, что, несмотря на возможность «реанимировать» источник бесперебойного питания, это не может быть стопроцентной гарантией того, что восстановление увенчается успехом. Однако попробовать тот или иной опыт восстановления не помешает. А если ни один из методов не окажется эффективным, придется покупать новую батарею.

Восстановление ИБП водой

Правила первой зарядки и дальнейшей эксплуатации

Для надёжной работы аккумулятора в период гарантийного срока службы, производитель на этикетке указывает ограничительные данные;

  • Rechargeable — перезаряжаемая.
  • Do not recharge — не перезаряжать (не заряжается).
  • Initial current ХХ.Х А — ток зарядки (не больше).
  • Floating (Standby) use ХХ В. — максимальное напряжение, при котором батарея может находиться долгое время (буферный режим).
  • Cycle use — максимальное напряжение в циклическом режиме (заряд-разряд).
  • Risk of fire, explosion, or burns — риск (опасность) пожара, взрыва или ожога.
  • Do not short circuit the battery — не закорачивайте батарею.
  • Do not disassemble, heat above 40 °С or incinerate — не разбирайте, не нагревайте выше 40 °С и не сжигайте.
  • Recharge after use — перезарядить после использования.

На рисунке 2 изображён пример этикетки (трафарета) на аккумуляторе ИПБ.

маркировка режима работы аккумулятора

Режим работы, указанный на корпусе вашего накопителя, должен поддерживаться всё время. В исправном бесперебойнике поддерживается такой режим. Для проверки работоспособности зарядки для аккумулятора ибп, нужно разобрать блок и мультиметром измерить напряжение на клеммах батареи (без отключения от сети). Оно должно составлять (Floating use) 13–14 В. Если оно меньше, то, скорее всего, неисправна схема управления зарядкой блока и он не заряжался. Рассмотрим, как правильно самостоятельно заряжать и проверять его работоспособность.

Перед установкой нового аккумулятора его необходимо подзарядить (несколько часов), так как он теряет заряд за время хранения (от даты выпуска до даты продажи). При потере заряда на 25 % батарею нужно подзарядить простым ЗУ с напряжением не более 14 В, а при более глубоком разряде (напряжение батареи ниже 10 В) использовать автоматические (умные) ЗУ с тремя стадиями зарядки. Напряжение на клеммах измеряется мультиметром.

Важно. Все переключения производить при отключённом сетевом напряжении.

Перед эксплуатацией нового аккумулятора необходимо провести контрольно-тренировочный цикл для батареи (разряд-заряд). Для этого необходимо;

  • Установить, закрепить и подключить аккумулятор (красный +, черный -).
  • Отключить нагрузку от ИПБ.
  • Включить бесперебойник в сеть. Дальнейшее восстановление ёмкости будет производиться в штатном режиме, внутренней схемой ибп под управлением контроллера.
  • Выключить ибп через несколько часов (до 24 часов).
  • Подключить к ИБП нагрузку. Можно включить эквивалент нагрузки — электрическую лампочку, электроплитку и такого типа, но по мощности не больше мощности ИБП.
  • Отсоединить от сети и включить ибп. Когда накопитель разрядится, ибп отключится, а зелёный индикатор замигает, и будут издаваться частые гудки.
  • Повторить цикл 2 или 3 раза.
  • Если сбоев нет, подключить штатную нагрузку, и можно пользоваться устройством.
Читайте так же:
Маркировка процессоров intel для ноутбуков

Факторы, влияющие на срок службы батарей

Любые батареи имеют ограниченный срок службы, независимо от того, где и как установлен ИБП.

Определение срока службы батареи – сложная задача, но можно выделить четыре основных фактора, влияющих на него.

    Окружающая температура

Номинальная емкость батарей нормируется при температуре 25°C, любые отклонения температуры от этого значения могут повлиять на производительность и снизить срок службы. На каждые 8.3°C превышения среднегодовой температуры выше 25°C срок службы батарей уменьшается на 50%.

Батареи ИБП являются электрохимическими устройствами, характеристики хранения энергии которых медленно снижаются с течением времени. Даже если соблюдаются все рекомендации по хранению, обслуживанию и эксплуатации, батареи все равно потребуют замены через определенное время.

После того, как ИБП работает от батарей во время отключения сети, батареи перезаряжаются для следующего использования, которое называется циклом разряда. При установке батарея имеет емкость в 100 процентов от номинала, но каждый разряд и перезаряд немного снижает емкость. Когда химический ресурс батареи истощается, ячейки выходят из строя, и батарея нуждается в замене.

Для крупных ИБП обслуживание и замена батарей критична для надежности всего источника. Периодические профилактические работы не только продлевают срок службы цепочек батарей за счет предотвращения ослабленных соединений и коррозии, но и помогают выявить неисправные батареи до их полного выхода из строя. Несмотря на то, что герметичные батареи называют необслуживаемыми, этот термин относится лишь к тому, что в них не требуется обновлять электролит, но в целом они требуют регулярного облуживания.

Срок службы батарей

Большинство ИБП на рынке в процессе работы постоянно подзаряжают батареи малым током, этот процесс приводит к истощению химического ресурса батарей и снижает ожидаемый срок службы на целых 50 процентов. В противоположность этому, технология ABM от Eaton использует сложную схему контроля батареи и передовую трехэтапную технологию заряда, которые увеличивают срок службы батареи и в то же время оптимизируют время заряда. Технология ABM также обеспечивает предупреждение о конце срока службы батарей с опережением до 60−ти дней для того, чтобы вы могли своевременно провести «горячую» замену батарей без отключения питания нагрузки.

Читайте так же:
Интеллектуальный робот для ребенка емеля pudding roobo

Источник: EATON CORPORATION. Справочник по ИБП

Шаг 3. Расчет времени работы нагрузки от ИБП при идеальных условиях.

Рассчитаем время работы полезной нагрузки от аккумуляторной батареи:

T [час] = C [А*час] * V [В] * η / P [Вт], где:

C — рассчитанная ранее суммарная емкость аккумуляторной батареи ИБП в ампер-часах;

V — напряжение одного аккумулятора в вольтах;

η — КПД инвертора ИБП (в расчёте примеров используем КПД = 0,92, более подробная информация в замечаниях);

P — рассчитанная ранее средняя мощность подключенного к ИБП оборудования в ваттах.

Для рассмотренного выше примера (компьютер средней мощностью 140 Вт и ИБП с двумя встроенными 12-вольтовыми аккумуляторами на 7 А*часов и внешней аккумуляторной батареей из четырех таких же аккумуляторов) имеем:

T = 42 А*час * 12 В * 0.92 / 140 Вт = 3,312 час = 3 часа 18 мин

Важные поправки и замечания:

1. Рассмотренная нами методика расчета не учитывает ряд зависимостей работы аккумулятора от внешних факторов и наиболее точна только при больших временах (более 10 часов времени разряда) и незначительных отклонениях от нормальных условий. В случае с большой мощностью нагрузки, по отношению к максимально допустимой для работы от ИБП следует рассчитать понижающие коэффициенты из приведенных ниже графиков. Также в каталоге продукции Eaton приведена таблица времени резервирования батарей с полезной нагрузкой 70% и 50% от максимально допустимой.

Кривые разрядных характеристик

Характеристики саморазряда

Температура и ёмкость

2. В рамках концепции энергоэффективной архитектуры (EAA) компания Eaton разработала ряд инновационных решений, повышающих эффективность систем резервирования оборудования: Система сохранения энергии (ESS) — предназначена для достижения максимального показателя КПД (на теперешний момент КПД ИБП с технологией ESS = 99%). Приведем график КПД в зависимости от нагрузки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector