Источник бесперебойного питания это аккумулятор

Разберем типы аккумуляторов для ИБП

Источник бесперебойного питания со встроенным аккумулятором позволяет фильтровать помехи и какое-то время обеспечивает стабильность работы оборудования при неожиданном отключении электричества. Функцию хранения и обеспечения энергией приборов при нарушении электрообеспечения в бесперебойнике осуществляет аккумуляторная батарея. От нее зависит продолжительность автономного энергоснабжения и мощность ИБП. Для бесперебойной работы немаловажен правильный выбор АКБ. Разберем, какие есть типы аккумуляторов для ИБП, их плюсы и минусы.

Классификация по конструктивному типу

Совершенного устройства для хранения и обеспечения приборов электричеством не существует. Есть установленная спецификация использования бесперебойников, а также технологические предпочтения.

Однако если разобраться с характеристиками в плане использования, реально подобрать максимально пригодный вариант для каждого устройства.

Свинцово-кислотные

Этот тип аккумуляторов используют чаще всего, и не только в ИБП для оргтехники.

Преимущества свинцово-кислотных АКБ:

• неизменность напряжения;
• небольшой саморазряд;
• продолжительность циклов работы;
• перезарядка до 1000 циклов;
• увеличенный температурный диапазон;
• надежность.

К минусам причисляют низкую удельную емкость, необходимость замены после полной разрядки, большие размеры и массу.

Свинцово-кислотные аккумуляторы используют для стационарных, независимых и запасных ИБП.

Они работают довольно долго – до 12 лет — и доступны по стоимости.

Никелево-кадмиевые

Подобные батареи для бесперебойников в последнее время становятся популярными за счет небольших габаритов и массы, их все чаще используют в переносной электронике.

Их главные плюсы:

• устойчивость к скачкам температуры;
• легкость применения;
• надежность;
• небольшая цена;
• малый процент самостоятельного разряда;
• значительная плотность энергии.

Подобные аппараты способны выдержать до полутора тысяч зарядно-разрядных циклов.

Однако никелево-кадмиевые АКБ трудно утилизировать. В их составе – компоненты с высокой токсичностью. Еще один минус – АКБ теряют емкость из-за «эффекта памяти».

Никелево-металлогидридные

У подобных устройств – высокая плотность энергии и удельная емкость с отсутствием ее уменьшения. Но они не приобрели популярности из-за эксплуатационных сложностей.

Основными изъянами считаются:

• значительный уровень самостоятельного разряда;
• небольшая нагрузочная способность;
• дисфункция при полной разрядке;
• высокая цена;
• малое количество циклов перезарядки;
• сложная зарядка;
• низкий температурный диапазон.

Но, несмотря на обилие минусов, спрос на подобные батареи есть — из-за их стабильной работы.

Литиево-ионные

Их особенность– повышенная удельная емкость, что способствует применению для энергоснабжения мощных электроприборов. При этом батареи компактны и мало весят.

Аккумуляторные устройства подобного вида характеризуются большой энергетической плотностью и малой скоростью саморазряда. Они надежны и недороги в обслуживании. К недостаткам таких АКБ причисляется малый температурный диапазон и то, что их разрешено хранить лишь заряженными.

Виды по типу электролита

АКБ могут отличаться по виду применяемого электролита: батареи AGM или GEL, устройства с жидким электролитом. В чем особенности разных вариантов?

С жидким электролитом

В подобных АКБ применяется разбавленная серная кислота. Главный изъян устройств в том, что они не герметичны, и токсичные вещества могут попадать в окружающую среду. Обслуживать и заряжать их можно только в специализированных помещениях.

Однако стоят подобные батареи недорого, поэтому пользуются спросом.

GEL-батареи

Электролитный заполнитель здесь имеет структуру геля благодаря особому сгущающему компоненту. В процессе работы гелевый тип аккумуляторов для ИБП не образует летучих соединений, что позволяет изготовить герметичный корпус. Гелевые АКБ не нуждаются в специализированном обслуживании в связи с полной герметичностью, они безвредны для человека.

Дополнительные преимущества гелевых аккумуляторов в том, что они:

• мощные;
• надежные;
• емкие.

Их можно часто перезаряжать и использовать практически в любых температурных условиях.

Срок эксплуатации гелевых аккумуляторов для ИБП – продолжительный, до 12 лет. Но подобные АКБ дорогостоящие и не переносят полной разрядки.

AGM-батареи

Это более совершенный вариант батарей на основе геля. Аккумуляторы производятся в герметичных корпусах и имеют пониженное электросопротивление, что положительно влияет на их качества. В ИБП подобные батареи применяются все чаще. К плюсам AGM-аккумуляторов можно причислить то, что они:

• долговечны;
• емки;
• надежны;
• устойчивы к вибрации;
• размещаются в любом положении;
• недороги.

Аккумуляторы AGM работают в буферном режиме, поскольку обладают большим числом циклов перезарядки и низкими показателями саморазряда. Немаловажно отсутствие у подобных элементов питания «эффекта памяти». Некоторые изготовители декларируют повышенную производительность таких АКБ и высокий пусковой ток.

К минусам таких батарей причисляют то, что они мало восприимчивы к перезарядке и не приспособлены для пополнения части утрачиваемого электролита.

Габаритная классификация

Этот фактор тоже необходимо принимать во внимание, в противном случае батареи попросту не встанут на посадочное место или возникнут трудности с фиксацией, что приведет к постоянному раскачиванию. Аккумуляторы различаются по габаритам, которые зависят от модели ИБП.

Наибольшее количество применяемых в бесперебойниках АКБ выдают напряжение 12 вольт, их характеристики можно представить упрощенно в форме таблицы:

Формат в мм (длина, ширина, высота)	Сила тока в А·ч
151х65х94	6–9
151х98х98	12–15
90х70х102	4–5,8
181х76х166	17–22

Лидирующий размер для всех аккумуляторов в ИБП – 151х65х94 мм.

Вес АКБ зависит от объема электролита в ней. Поэтому качественная батарея не может иметь малую массу. Средний вес 2,5–5 кг.

Средняя продолжительность работы батареи для ИБП – три года. Но из-за неоптимальных настроек устройство приходит в негодность намного раньше отведенного времени. Если же подобрать тип аккумулятора точно и правильно, время эксплуатации можно продлить.

Источник

Как устроены аккумуляторы в UPS

Все мы слышали об аккумуляторах, которые способны накапливать (аккумулировать) электрическую энергию, не так ли?

Что такое аккумулятор?

Аккумулятор – это первичный источник электропитания. К первичным источникам относятся, например, и литиевые элементы 2032, которые есть в каждом компьютере. Эти элементы питают микросхему CMOS, которая хранит настройки BIOS Setup компьютера. В отличие от аккумулятора, возобновить запас энергии в таких элементах невозможно.

Существуют и вторичные источники электропитания, к которым относится, в частности, блок питания компьютера. Вторичным источником компьютерный блок питания является потому, что выполняет преобразование первичного источника — сетевого переменного напряжения 220 В.

Энергия в аккумуляторе образуется в результате обратимого химического взаимодействия материала электродов и электролита. Восполнить израсходованный запас энергии в аккумуляторе можно, пропусти через него зарядный ток. Отметим, что существует несколько типов аккумуляторов. Например, в ноутбуках применяются литий-ионные, которые обладают лучшим соотношением энергия/вес.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

В источниках бесперебойного питания (UPS или ИБП) применяются свинцовые кислотные аккумуляторы.

Свинцовый кислотный аккумулятор представляет собой две пластины, содержащие в себе свинец и погруженные в электролит – раствор на основе серной кислоты.

Вся эта конструкция заключена в пластиковый корпус.

Она содержит несколько «банок», соединенных последовательно. Каждая «банка» после заряда имеет напряжение около 2,2 В, которое постепенно понижается в процессе эксплуатации.

В аккумуляторах для ИБП последовательно соединены обычно 6 элементов.

В течение некоторого времени можно наслаждаться жизнью. Напряжение в сети скачет или пропадает, ИБП периодически переключается на питание от аккумулятора. И мы, поплевывая с высокой башни, не видим для себя никаких неудобств.

Однако любая кислотная аккумуляторная батарея имеет ограниченное число циклов «заряд-разряд». Она постепенно стареет, и в ней со временем происходят необратимые изменения, в частности, сульфатация пластин электродов.

Технологические тонкости

Поэтому были придуманы специальные технологии утилизации выделяющегося при заряде кислорода. Чтобы утилизировать кислород, надо доставить его пузырьки к отрицательному электроду, где он ступит в реакцию со свинцом. Это достигается двумя способами:

• использованием сепаратора с мелкими ячейками из специального синтетического материала,
• загущением электролита специальными добавками.

В последнем случае электролит принимает гелеобразное состояние и не вытекает, даже если перевернуть аккумулятор «вверх ногами». Сепаратор и гель удерживают воздух, и пузырьки кислорода благополучно достигают отрицательного электрода, так как диффузия в газе происходит намного быстрее, чем в жидкости.

Если выделившийся при заряде кислород утилизирован, потери воды в электролите не происходит и доливать ее не надо. Удобство обслуживания повышается, но количество циклов «заряд-разряд» все равно остается ограниченным.

Главный параметр аккумуляторной батареи — емкость

Аккумуляторы характеризуются таким параметром, как емкость.

Емкость аккумулятора – это способность накапливать электрический заряд. Она измеряется в ампер-часах (A*h). В ИБП наиболее широко применяются аккумуляторы с напряжением 12 В и емкостью 5, 7 и 12 A*h.

Значение емкости чаще всего приводится для времени разряда 10 или 20 часов. Так, батарея емкостью 7 A*h может обеспечить в течение 10 часов разрядный ток в 0,7 А. При этом аккумуляторная батарея разрядится до на напряжения примерно 1,7 В на элемент (или до напряжения около 10,4 В для всего устройства).

После этого в аккумуляторе остается еще энергия, и он может ее отдать. Но это будет уже режим глубокого разряда, что сильно сокращает срок жизни источника.

Фирма-производитель обычно оговаривает число циклов «заряд-разряд» при 100% разряде, т.е. до того времени, пока батарея не отдаст всю свою емкость (в данном случае – 7 A*h). При частичном разряде (т.е. когда он отдает не всю свою емкость, а меньшую величину) в каждом цикле — число циклов увеличивается. И это отрадный факт!

Следует отметить, что цифра емкости приводится именно для 10 или 20 часов разряда. При меньших временах разряда и, соответственно, бОльших разрядных токах он отдаст только часть своей емкости. И зависимость эта нелинейная.

Например, батарея GP1272 фирмы CSB емкостью 7,2 A*h при 10-ти часовом разряде (при температуре 25 С) способна отдавать ток 0,74 А.

Таким образом, ее емкость даже чуть больше заявленной – 7,4 А*h.

При часовом разряде батарея сможет отдавать ток 5,3 А, что соответствует емкости 5,3 А*h. При 15-ти минутном разряде батарея отдаст 15,1 А, что соответствует емкости 3,8 А*h, а при 5-ти минутном разряде – 29,6 А, что соответствует емкости 2,5 А*h.

Получается, что при малых временах разряда, когда аккумулятор должен отдавать большой ток (случай, наиболее интересный для нас), он может отдать меньше половины своей емкости. Это прискорбный факт!

Заканчивая первую часть статьи, отметим, что, когда в сети исчезает напряжение, ИБП работает от аккумулятора, потребляя (при наличии нагрузки более 100 Вт) более 10 А. При мощной нагрузке может потребляться ток в десятки ампер! Уж лучше было бы наоборот – при больших токах разрядки аккумулятор отдавал бы всю свою емкость, а при малых – часть…

Во второй части статьи мы завершим предварительное знакомство с аккумуляторами. А пока еще раз перечитайте первую часть, чтобы цифры отложились в голове.

Источник

Выбор аккумулятора для ИБП: характеристики, особенности и виды АКБ

Хороший источник резервного питания выполняет две важные функции. Встроенный стабилизатор нивелирует колебания сетевого напряжения, а аккумулятор обеспечивает питание потребителя при отключении сети. Переход на резервное питание осуществляется автоматически. Аккумуляторы для ИБП часто входят в комплект поставки, но в некоторых случаях батареи нужно выбирать самостоятельно. Для этого необходимо знать классификацию аккумуляторных батарей и их основные характеристики.

Содержание:

Критерии выбора аккумулятора для резервного источника

Независимо от конструкции, аккумуляторы обладают общими для всех типов параметрами. К ним относятся следующие величины:

• Ёмкость;
• Напряжение;
• Допустимая глубина разряда;
• Процент саморазряда;
• Внутреннее сопротивление;
• Ток заряда;
• Количество циклов заряд-разряд;
• Срок службы;
• Температура эксплуатации.

Кроме этого важным может оказаться конструкция аккумуляторной батареи и её габариты.

Определение требуемой ёмкости аккумулятора

Ёмкость энергетической батареи один из самых важных параметров. От ёмкости зависит продолжительность времени, в течение которого аккумулятор будет поддерживать работоспособность подключенных устройств. Этот параметр измеряется во внесистемных единицах ампер/час.

Аккумуляторная батарея для ИБП может иметь практически любую ёмкость, но для домашнего использования обычно достаточно аккумулятора имеющего ёмкость от 50 до 200 А/ч. Требуемая ёмкость аккумуляторной батареи напрямую зависит от мощности потребителей и времени её работы и легко рассчитывается по простой формуле.

Например, насос газовой отопительной системы и блок управления котла имеют суммарную мощность 120 Вт или 0,12 кВт. К примеру, отопительная система должна работать от аккумулятора в течение 8 часов. Тогда требуемая ёмкость аккумулятора рассчитывается по формуле:

0,12*8*100=96 или 100 А/ч

Время работы аккумулятора можно подсчитать по формуле:

T=E*U/P, где:

• T – требуемое время работы;
• E – ёмкость аккумуляторной батареи;
• U – напряжение аккумулятора;
• P – мощность потребителей энергии.

Для более точного подсчёта применяется формула, где учитываются дополнительные коэффициенты:

• КПД стабилизированного источника питания (0,7-0,8);
• КРА – коэффициент разряда аккумулятора (0,7-0,9);
• КДЕ – коэффициент доступной ёмкости (0,7-1,0).

Коэффициент доступной ёмкости зависит от температуры воздуха. Чем ниже температура, тем меньше коэффициент. Полная формула определения времени работы ИБП будет выглядеть следующим образом:

T=E*U/P*КПД*КРА*КДЕ

На аккумуляторах отдельных компаний может быть нанесён особый код в виде буквы «С» с цифрой. Например «С10» или «С20». Этот параметр указывает на ёмкость батареи в определённый промежуток времени. Индекс «С10» считается стандартным и означает ёмкость при десятичасовом разряде.

АКБ для ИБП имеют стандартную величину напряжения, которая измеряется в вольтах, и равняется 12, 24 или 48 вольт.

Из видеоролика ниже вы узнаете о том, как правильно выбрать АКБ для бесперебойника газового котла:

Глубина разряда и саморазряд аккумуляторов

Глубина разряда – это та величина напряжения, до уровня которой аккумулятор можно разрядить без ущерба для его конструкции. Конкретно такой уровень называется рекомендованной глубиной разряда. Существует ещё допустимая глубина разряда, но это уже критический параметр. Разряд ниже этого предела может привести к необратимым процессам. Максимально чувствительными к величине разряда считаются свинцово-кислотные аккумуляторы, а менее всего подвержены негативному воздействию никель-кадмиевые аккумуляторы и некоторые другие батареи.

Саморазряд. Явление саморазряда свойственно всем типам химических источников энергии. Так, аккумулятор со свинцовыми пластинами и кислотным электролитом может потерять до 40% энергии в течение года при температуре хранения 20°C. В жарких условиях такой саморазряд может произойти за 4-5 месяцев. Приобретая аккумулятор для бесперебойника, следует обращать внимание на дату его изготовления и избегать покупки батареи, которая лежала на полке 2-3 года.

Внутреннее сопротивление. Среди технических параметров есть такая, достаточно хитрая величина как внутреннее сопротивление аккумулятора. Говорят, что по внутреннему сопротивлению аккумуляторы делятся на хорошие и плохие. Здесь действует принцип – чем больше сопротивление аккумулятора, тем хуже. Внутреннее сопротивление аккумулятора достаточно условная величина, поскольку батарея – это нелинейный прибор и такая величина как внутреннее сопротивление не остаётся постоянной, а зависит от целого ряда факторов и постоянно меняется.

Ток заряда. В документации на источники резервного питания всегда указывается ток заряда аккумуляторной батареи. Ток заряда, который составляет 10% от ёмкости аккумулятора, может считаться оптимальным. Так при токе заряда 10 А, минимальная ёмкость аккумулятора должна составлять 55 А/ч, оптимальная – 100 А/ч и максимальная – 150 А/ч.

Количество циклов зараяда. Количество циклов заряда и разряда для конкретного химического источника и его срок службы – это примерно одно и то же. Если не учитывать критические режимы, связанные с повышением температуры, то числом циклов и определяется время службы. Количество циклов определяется конструкцией аккумулятора и во многом зависит от глубины разряда. Гелевый аккумулятор для бесперебойного питания при уровне потери энергии 75% обеспечивает 800 зарядно-разрядных циклов. Если этот показатель уменьшается до 25%, то количество циклов достигает 2500.

На продолжительность работы аккумуляторной батареи заметное влияние оказывает повышение температуры. При температуре эксплуатации +30°C у аккумуляторов с кислотным электролитом и свинцовыми электродами срок службы сокращается на 30%.

Конструкция аккумуляторов для ИБП

В резервных источниках энергии используются аккумуляторные батареи нескольких типов. Они отличаются конструкцией, некоторыми техническими параметрами и себестоимостью.

Чаще всего в ИБП работают следующие типы химических источников тока:

• Свинцово-кислотные;
• Гелевые батареи;
• Аккумуляторы изготовленные по AGM технологии;
• Никель-кадмиевые.

Свинцово-кислотные

Батареи с пластинами из свинца и жидким кислотным электролитом можно считать долгожителями. К их достоинствам можно отнести надёжность и низкую стоимость. Такие аккумуляторы могут применяться в ИБП только если вся установка находится в отдельном помещении с хорошей вентиляцией, так как эти устройства выделяют газ. Кроме того они требуют технического обслуживания. При сильном разряде аккумуляторы такой конструкции быстро выходят из строя.

Гелевые

Гелевые аккумуляторы для ИБП являются модификацией предыдущих элементов. За счёт кремниевых соединений кислота образует желеобразную массу, поэтому такие аккумуляторы можно эксплуатировать в различных положениях, за исключением положения «контакты вниз». Они хорошо держат разряд, но неспособны давать большой пусковой ток из-за внутреннего сопротивления, которое достаточно велико.

Гелевая батарея чувствительна к коротким замыканиям, а сильный перегрев может даже привести к взрыву. Саморазряд у таких аккумуляторов не слишком большой, поэтому они прекрасно подходят для применения в тех устройствах, где разряд осуществляется в течение длительного периода и небольшими токами. Число зарядов-разрядов может составлять 600-800. Гелевые устройства герметичны, не выделяют вредных компонентов и не требуют технического обслуживания.

AGM аккумуляторы

AGM аккумулятор для ИБП так же является конструкцией с пластинами из свинца. Внутри корпуса находятся маты из специального стекловолокна, пропитанные электролитом. Электрическое сопротивление этих аккумуляторов заметно меньше, чем у гелевых, что улучает их характеристики. AGM батарея может обеспечивать большие токи, и не так чувствительна к коротким замыканиям.

Число зарядно-разрядных циклов обычно не превышает 300-400, что меньше, чем у аккумуляторов с гелевым наполнителем, а саморазряд несколько больше. Такие устройства полностью герметизированы, могут работать в любом положении, и не требуют постоянного контроля.

Никель-кадмиевые

Никель-кадмиевый аккумулятор для бесперебойника на 12 вольт имеет очень маленький вес и габариты. Такие батареи могут работать в сложных температурных условиях. Саморазряд батарей, выполненных по данной технологии, не превышает 2-3% в месяц. Кроме того они отличаются большим количеством зарядно-разрядных циклов, число которых может доходить до 1800. К недостаткам этих батарей можно отнести высокую цену и применение в конструкции токсичных компонентов, что затрудняет их утилизацию.

Надёжный аккумулятор для источника резервного питания

Практика показала, что оптимальным вариантом для использования в бытовых источниках аварийного питания может считаться аккумулятор для ИБП 12V ёмкостью 100 А/ч. Аккумулятор от компании «Энергия» АКБ 12-100 зарекомендовал себя как надёжный источник питания, который прекрасно работает в комплексе с инверторными преобразователями. Такие ИБП часто используются для систем отопления. Аккумулятор «Энергия» АКБ 12-100, при отключении сети, обеспечивает работу отопительного котла мощностью 150 Вт в течение 8 часов.

Батарея изготовлена по технологии AGM, способна кратковременно обеспечить большой пусковой ток, и рассчитана на срок службы 12 лет. Ток заряда аккумулятора составляет 30 А, а саморазряд не превышает 3 % в месяц.

Сравнив типы и технические характеристики современных аккумуляторов, можно сделать вывод, что лучше всего для использования в бытовом ИБП подойдёт батарея, выполненная по AGM технологии и имеющая ёмкость не менее 100 ампер/час. Такие аккумуляторы оптимальны по соотношению цена/ёмкость, абсолютно безопасны и, доступны по стоимости.

Источник