Особенности выбора аккумуляторов для ИБП

Что представляет собой батарея для ИБП? Основные ее показатели

В многочисленных электротехнических справочниках данный термин определяется как источник возобновляемой электрической энергии для ИБП, необходимой на случай отсутствия в питающей сети напряжения, либо низкого его качества. Основными показателями аккумуляторов являются напряжение и емкость. Первый напрямую зависит от  выбранных производителем схемотехнических решений. Емкость же в свою очередь зависит от активной массы батарей (количества в ней электролита), однако существуют примеры, когда два аккумулятора одинакового веса имеют различную емкость. Здесь необходимо учитывать конструктивные особенности изделия, другими словами толщину и площадь пластин. Вес аккумулятора является очень важным параметром, характеризующим его качество. Все дело в том, что свинец, из которого сделаны пластины – это самый дорогой материал в АКБ. Кроме того масса батареи зависит от количества электролита в ней. В связи с этим качественный аккумулятор мало весить просто не может.

Наибольшей популярностью в источниках бесперебойного питания пользуются батареи сивнцово-кислотного типа в связи с особенностью их функционирования в ИБП (зачастую в буферном режиме), меньшей стоимостью и т.д. Реже в связи со специфическими требованиями используют никель-кадмиевые, либо гелиевые АКБ. Что касается стоимости данных источников электроэнергии, то это далеко не последний фактор. Так, например, при планировании покупки аккумуляторов для ИБП, устанавливаемого в систему, требующую продолжительного времени автономной работы, стоимость батарейного комплекта выходит на первые строки перечня расходов на ее обслуживание.

Достаточно популярным вариантом для долгосрочного резервирования считается использование в паре с UPS дизельной генераторной установки, рассчитанную на продолжительную эксплуатацию. Срок службы аккумуляторных батарей в среднем составляет 3–10 лет в зависимости от их типа и условий использования. Однако при правильном подборе и эксплуатации в должных условиях батарея прослужит максимальное количество времени. Если же аккумулятор полностью не соответствует особенностям работы и питаемой нагрузки (так часто случается, когда его покупка была навязана продавцом), он может не прослужить и года.

Что необходимо знать при выборе АКБ?

На момент выбора АКБ для UPSнеобходимо собрать как можно больше информации о качестве электричества в питающей сети (его колебаний, наличию помех и т.д.), а также чувствительности подключаемого оборудования к подаче нестабильного напряжения. При высоком качестве электропитания и стабильном среднесуточном напряжении в сети для защиты офисных ПК и оргтехники вполне достаточно ИБП, имеющего топологию Stand-by. Это достаточно надежное и экономичное решение для резервирования принятия для нетребовательного оборудования от редких отключений электроэнергии.

При наличии на линии «тяжелых» мощных индустриальных потребителей, либо когда сеть чрезмерно перегружена, напряжение может отклоняться в широком диапазоне. При этом наиболее оптимальным вариантом будет UPS архитектуры Line-Interactive, позволяющие стабилизировать параметры выходного напряжения. Нередко встречаются ситуации, когда защищаемое оборудование очень чувствительно к малейшим колебаниям в питающей сети и критично даже к стабильности частоты переменного тока. В таком случае лучше выбирать  бесперебойники On-Line типа с двойным преобразованием напряжения (Double Conversion).

Процесс выбора ИБП неразрывно связан с оценкой продолжительности функционирования подключенной техники при отсутствии напряжения.  В том случае, если данные отключения носят длительный характер, либо качество сети очень плохое ИБП очень часто будет переходить в автономный режим, в результате чего аккумуляторы будут не в состоянии полностью восстановить свой заряд, а срок эксплуатации последних – снижаться. Оба варианта неблагоприятны по своему, поскольку в первом случае внеочередное отключение электричества может стать причиной некорректного завершения работы оборудования и приложений из-за нехватки заряда батарей, а во втором увеличиваются расходы на обслуживание источника бесперебойного питания.

Основные критерии выбора аккумуляторов для ИБП

Чтобы правильно  выбрать аккумуляторную батарею для того или иного источника бесперебойного питания следует придерживаться следующих принципов и рекомендаций:

• определиться на батареи какого напряжения рассчитан ИБП. Большая часть данных приборов использует для работы аккумуляторы на 12 В. Нередко на корпусе изделия не указывается величина его напряжения, либо она скрыта под различными наклейками или находится в недоступном месте.  Тогда единственным возможным способом узнать вольтаж батареи является снятие напряжения с ее клемм при помощи измерительного прибора. По остаточному напряжению аккумулятора (даже в сильно разряженном состоянии) на холостом ходу можно отнести его к группе 6В, либо 12В батарей.

• выбрать оптимальную емкость аккумулятора в зависимости от времени автономной работы подключенной техники, которое должна обеспечивать данная модель ИБП. Если имеются нерабочие батареи для UPS, но не известна их емкость (не указана в маркировке), то ее можно определить приблизительно по массе и габаритами источника возобновляемой энергии. Как известно, при заданном напряжении показатель емкости батареи точно соотносится с ее размерами и весом.
• определиться с габаритами АКБ, применяемых в выбранном UPS. К этому вопросу необходимо подойти достаточно ответственно, поскольку на рынке оборудования для бесперебойного электроснабжения представлено немало моделей ИБП, комплектующихся батареями, имеющими нестандартные размеры. 
• ориентироваться на аккумуляторы только того типа, которые допускаются для установки в имеющийся ИБП.

Выбор мощности

Для того чтобы батарея обеспечивала посто­янную мощность на нагрузке величина тока на ее выходных клеммах должна увеличиваться пропорционально падению напряжения на аккумуляторе. Зачастую от ИБП требуется обеспечить работоспособность защищаемого оборудования на непродолжительный срок. Это может быть 15 или 20 минут, обычно вполне достаточно для корректного отключения техники, завершения работы программ, перехода на питание от генераторной установки  и т.д. В таком случае на первое место при выборе источника электрической энергии для UPSвыходит способность последнего за ко­роткий отрезок времени отдавать максимальную мощность. Оценить указанный параметр можно по такой характеристике, как разряд постоянной мощностью на протяжении 15 минут до заданной минимальной величины напряжения (до 1,7–1,8) при окружающей температуре около 20оС. Еще один важный показатель – это вну­треннее сопротивление аккумуляторной батареи. Соответственно чем оно меньше, тем большую мощность батарея в состоянии отдать за малый промежуток времени.

В маломощные ИБП (до 5 кВА), предполагающих функционирование в автономном режиме на протяжении не более 30 минут,  зачастую устанавливают батареи емкостью 7-12 Ач и напряжением 12 В, имеющих срок службы до 5 лет. Более мощные устройства,  обеспечивающие длительную и бесперебойную работоспособность нагрузки, требуют АКБ емкость повыше – до 250 А (например, в частный дом для отопительной техники, в серверную для телекоммуникационного оборудования). Это аккумуляторы на 12 В со сроком службы до 12 лет, которые соединяют блоками параллельно и последовательно с целью наращивания мощности.

Типы аккумуляторов

Так как все UPSотличаются по многим параметрам, таким как мощность, конструктивное исполнение, предназначение и т.д., то используемые в них батареи также разнятся электрохимическими характеристиками. Как показывает опыт, не существует идеальных аккумуляторов для ИБП. Можно лишь говорить о лучшей или худшей пригодности тех или иных типов АКБ для конкретных условий эксплуатации. Наиболее оптимальным вариантом по своим характеристикам для источников бесперебойного питания являются батареи свинцово-кислотного типа (AGM). Это герметичные необслуживаемые аккумуляторы клапанно-рекомбинационно­го типа (имеют маркировку VRLA). Данные источники характеризуются всеми преимуществами, которые необходимы для подобного рода техники: длительным сроком эксплуатации, большим количеством циклов заряда-разряда (до нескольких сотен), приемлемым уровнем безопасности, поскольку практически не предусматривают вмешательства в работу батарей. Кроме того, аккумуляторы данного типа не так чувствительны к окружающим условиям, поэтому служат дольше (до 12 лет при правильном использовании).

Еще одним преимуществом, присущим свинцово-кислотным АКБ, является отсутствие так называемого «эффекта памяти», то есть снижения емкости батареи при неполном заряде. Вдобавок, они отличаются низким саморазрядом и относительно невысокой стоимостью, что особенно важно учитывая тот факт, что  в среднем стоимость аккумуляторов составляет до 30% от цены самого ИБП. Среди наиболее значимых недостатков свинцово-кислотных батарей можно назвать небольшую удельную емкость (отношение емкости к массе/объему изделия) по сравнению с аналогами других типов. В отдельных случаях в UPS используются никель-кадмиевые аккумуляторы. Особенно безальтернативным вариантом они будут для систем бесперебойного энергоснабжения,  эксплуатируемых в тяжелых условиях окружающей среды, будь то сильная жара, либо арктический климат, поскольку данные батареи достаточно устойчивы к критическим температурам. Еще указанные изделия Единственным фактором, сдерживающим на сегодняшний день активный рост их популярности в ИБП, является высокая стоимость.

Гелиевые аккумуляторные батареи в UPS практически не используются по причине особенностей функционирования такого оборудования. Дело в том, что бесперебойники большую часть времени работают  в буферном режиме, соответственно аккумуляторы разряжаются изредка и чаще всего не полностью. Использовать в таких условиях гелиевые батареи, которые, во-первых, стоят значительно дороже, а во-вторых, обладают большим циклическим ресурсом (предназначены для продолжительной работы в автономном режиме в приложениях циклического характера, а также «жестких» условиях, при сильных и глубоких разрядах и т.д.) просто нецелесообразно. Еще один аргумент, который должен убедить пользователя отказаться от покупки гелиевой АКБ для источника бесперебойного питания – это низкие динамические зарядные и разрядные характеристики, что не приемлемо для UPS большой мощности, средний рабочий цикл которого составляет не более 15 минут.

Полезные советы

Для того чтобы источник энергии для ИБП прослужил как можно дольше следует придерживаться следующих правил и советов:

• Прежде всего, необходимо знать, что источники питания для бесперебойников служат обычно от 4 до 6 лет (в идеальных условиях до 10-12 лет). К снижению их рока службы в первую очередь причастно частое и длительное питание оборудования вплоть до полной разрядки батарей, а также воздействие высокой и низких температур, либо сильная перегрузка. При этом в аккумуляторах происходят химические изменения, имеющие необратимый характер. Далее стоит помнить, что хранить батареи на складе следует только в полностью заряженном состоянии и периодически (через 4 месяца) производить их подзарядку током не более 1 А – в противном случае может закипеть электролит.
• Перед включением ИБП с новыми аккумуляторами требуется подзарядить последние, как минимум несколько часов, так как они теряют заряд за время хранения на складе и транспортировки. При дальнейшей работе восстановление емкости АКБ будет производиться в штатном режиме при помощи встроенного зарядного устройства под управлением процессорного модуля.
• Покупать новые батареи необходимо только по мере необходимости, поскольку они имеют ограниченный срок хранения.
• Приобретать аккумуляторы известных брендов у надежных и проверенных поставщиков.
• Четко соблюдать  правила транспортировки АКБ (не допускать падения, тряски,  механических повреждений, перевозки в перевернутом состоянии и т.д.), во избежание утечки электролита, деформации пластин, отсоединения контактов.
• Вовремя производить замену вышедшей из строя батареи. В противном случае не исключена возможность сбоя калибровки в электронике самого прибора, в результате чего он будет не в состоянии держать нагрузку.
• Соблюдать в помещении, где установлен ИБП оптимальную температуру для аккумуляторов в диапазоне 20–25 °C. При использовании АКБ свыше 30°C она очень быстро изнашивается. Также не рекомендуется переохлаждение данного устройства. В случае пребывания источника энергии на морозе зимой перед установкой в бесперебойник его необходимо нагреть до оптимальной температуры в течении нескольких часов.
• Периодически производить самотестирование UPS (если он предусматривает такую возможность) с регулировкой тока заряда аккумулятора в зависимости от его температуры.
• Производить замену батарей следует только на однотипные модели (одинакового типа, емкости, напряжения и внутреннего сопротивления), допустимые к использованию в имеющемся ИБП.
• Старые АКБ иногда «возвращают к жизни» при помощи 12 В сетевого блока питания, либо зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов. Подзарядку необходимо производить только короткими циклами.
• Нельзя выбрасывать израсходовавшие свой ресурс аккумуляторы в мусор, так как они содержат электролит. Для этого существуют специальные пункты приема, либо в магазине при покупке новых батарей старее забирают для утилизации, при этом покупателю делается скидка.