Ток разряда аккумулятора для ибп

Как устроены аккумуляторы в UPS. Часть 2

Добрый день, друзья!

В первой части статьи мы начали знакомиться с устройством кислотных аккумуляторов, применяемых в ИБП.

Настоящее знакомство со всякими «железками» происходит тогда, когда мы оперируем цифрами. Знаменитый наш химик Д.И. Менделеев говорил, что настоящая наука начинается тогда, когда начинают измерять. Рассмотрим в цифрах

Глубокий разряд аккумуляторной батареи

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!

Разряд постоянной мощностью

Чтобы соотнести эту меру с традиционной, надо разделить ее на 4. Таким образом, мощность 36 Вт, указанная на корпусе, примерно соответствует емкости 9 А*h. Мощность указывается на одну ячейку, т.е. все устройство сможет отдать мощность 216 Вт. После отдачи этой мощности в течении 15 минут аккумулятор разрядится до тех же 1,7 В на элемент (10,2 В для всей батареи).

Саморазряд аккумулятора

Существует такая вещь, как саморазряд аккумулятора. Даже если нет нагрузки – аккумулятор медленно разряжается. Скорость саморазряда сильно зависит от температуры, и с ее повышением возрастает. Так, источник GP1272 теряет 30% своей емкости за

• 18 месяцев при температуре окружающего воздуха 5 °С,
• 6 месяцев при температуре 25 °С,
• 2 месяца при температуре 40 °С.

Поэтому отсюда (и исходя из вышесказанного) следуют две рекомендации.

Храните аккумуляторы в прохладном месте и в заряженном состоянии! В противном случае это чревато глубоким разрядом и выходом аккумуляторной батареи из строя.

Аккумулятор со временем стареет и постепенно теряет свою емкость. Это означает, что постаревший аккумулятор отдает (за то же время) меньшую мощность или меньший разрядный ток, чем когда он был «молодым».

«Умные» ИБП учитывают это и уменьшают зарядный ток, продлевая жизнь немощному аккумулятору. Однако, когда возникнет необходимость заменить батарею новой, необходимо будет произвести операцию калибровки. В противном случае ИБП будет считать ее «больной» и заряжать меньшим током, чем необходимо. И зарядит не полностью.

Максимальный ток заряда

Среди прочих технических характеристик аккумулятора обычно оговаривается и максимальный ток заряда. При превышении этого тока срок службы батареи сокращается. Иногда максимальный его (и вообще токи заряда и разряда) указывают как часть цифры емкости. Например, для батареи GP1272 это 0,3С (т.е. 7,2*0,3 = 2,16 А).

Оценить емкость аккумулятора можно с помощью специальных тестеров. Это намного быстрее, чем традиционный способ, когда аккумулятор разряжают постоянным током в течение нескольких часов, наблюдая за показателями приборов.

Прощальное напутствие

Помните, что клеммы аккумуляторной батареи нельзя закорачивать! Это чревато пожаром. Тот же, уже хорошо нам знакомый, GP1272 может отдать ток в 100 А в течении 5 секунд!

Берегите аккумуляторы, правильно эксплуатируйте их, храните в прохладе и заряженными – и они радостно послужат вам верой и правдой не один год!

Надеюсь, эта информация оказалась вам полезной.

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

Как выбрать аккумулятор для ИБП компьютера: параметры, примеры моделей

Аккумулятор в источнике бесперебойного питания (ИБП) компьютера является наиболее дорогим элементом. Конечно, речь идёт о простом ИБП 12 вольт для персонального компьютера, а не о каких-то дорогих и сложных промышленных моделях. При этом аккумулятор в ИБП является расходным материалом. В зависимости от условий эксплуатации он служит от 1 года до 3─4 лет. Как правило, к этому моменту само устройство питания находится в рабочем состоянии, и встает вопрос о замене батарее. В этой статье рассмотрим, какие бывают виды аккумуляторов для ИБП, по каким параметрам выбирать и рассмотрим некоторые модели.

На какие параметры обратить внимание при выборе?

Рассмотрим несколько ключевых характеристик, которые нужно учесть при выборе АКБ для источника бесперебойного питания.

Ёмкость

Ёмкость аккумуляторной батареи является одним из важнейших параметров. От её величины зависит время, которое компьютер сможет функционировать от источника бесперебойного питания, когда будет отключена бытовая электросеть. Это как раз то время, которое отводится пользователю на сохранение всех данных, корректное завершение программ и штатное выключение компьютера.

По этой причине в ИБП вам нужно выбрать аккумулятор близкий по значению ёмкости к старому. Если возьмёте модель, существенно большую по ёмкости, то она просто не влезет на место. Если величина ёмкости будет значительно ниже, то время автономной работы уменьшится. Для разных моделей ИБП производители подбирают батарею в зависимости от времени автономной работы, которое она должна обеспечивать. Эти параметры связаны следующей формулой.

• T_{авт. работы} – время автономной работы, ч.
• U_акк – напряжение АКБ, вольт.
• C_акк – ёмкость АКБ, ампер-час.
• КПД_ибп – коэффициент полезного действия. От 0,8 до 0,95.
• К_гр – глубина разряда. От 0,8 до 0,9.
• К_де – коэффициент доступной ёмкости. Зависит от времени разряда: 0,7 (1 ч), 0,85 (2 ч), 0,95 (10 ч), 1 (20 ч).
• P_обор – суммарная мощность оборудования, подключенного к ИБП. Для компьютера обычно системный блок и монитор.

Т = (12 * 7 * 0,85 * 0,85 * 0,7) / 590 = 0,072 ч или 4,5 минуты.

С помощью этой формулы вы можете подобрать для своего компьютера ИБП с подходящим аккумулятором, исходя мощности оборудования и требуемого времени автономной работы.

Разрядный ток

Величина разрядного тока определяет оборудование какой мощности можно подключить к ИБП. Лучше брать с запасом. В этом случае аккумуляторная батарея будет работать в щадящих условиях. Как вычислить максимальный разрядный ток?

В приведённом выше примере общая мощность компьютера была 550 ватт. В этом случае I_{разр max} равен 550 ватт / 12 вольт. Это около 46 ампер. Максимальный разрядный ток ИБП должен превышать это значение примерно в два раза.
Вернуться к содержанию

Напряжение

Напряжение аккумулятора для компьютерного ИП обычно составляет 12 вольт. Это стандарт питания для компьютерных системных блоков. Существуют и другие модели источников бесперебойного питания. Например, 6, 9, 24 В.

В любом случае напряжение аккумулятора должно полностью соответствовать старой модели. В некоторых ИБП большой ёмкости может использоваться несколько АКБ. Если их соединяют последовательно, то напряжение нового аккумулятора должно соответствовать заменяемому старому.

Внутреннее сопротивление

Этот параметр редко указывается в документации, и вряд ли вы его сможете проверить при покупке. Чтобы его оценить потребуется оборудование. Однако это важное значение указывает на качество аккумуляторной батареи. Чем сопротивление ниже, тем лучше АКБ. Внутреннее сопротивление зависит от площади рабочей поверхности аккумуляторных пластин. Это определяет, насколько хороший контакт имеет электролит с электродами. Кстати, максимальный разрядный ток, о котором было сказано выше, у аккумуляторов с высоким значением внутреннего сопротивления, всегда ниже.
Вернуться к содержанию

Электрохимическая система

Чаще всего в составе ИБП для компьютера работают свинцово-кислотные аккумуляторы типа AGM. Их особенность заключается в том, что электролит находится здесь в качестве пропитки стекловолоконных матов. Этот материал окружает пластины электродов и является не только связующим для электролита, но и выступает в роли сепаратора.

Аккумуляторные батареи AGM для источников бесперебойного питания подходят лучше всего, благодаря тому, что имеют оптимальное соотношение цены и электрических характеристик. Подробнее о технологии AGM читайте в этом материале.

Они могут практически без последствий испытывать глубокий разряд (желательно не разряжать более чем на 80%). Если автомобильные стартерные батареи AGM стоит довольно дорого, то АКБ для ИБП имеют небольшую ёмкость и стоят в пределах 1─1,5 т. р. за среднюю модель.

Ещё одна разновидность свинцово-кислотных АКБ ─ это GEL. Здесь раствор серной кислоты переведён в гелеобразное состояние с помощью добавки диоксида кремния. Эти модели имеют свои преимущества и недостатки, но они не встречаются в распространённых моделях компьютерных ИБП.

Стоит также сказать, что аккумуляторы щелочного типа в «бесперебойниках» для компьютера не используется. Никель─кадмиевые и никель─металлогидридные аккумуляторы способны отдавать большой ток, но совершенно не предназначены для работы в таком режиме.

В последнее время появляются ИБП на литий-ионных аккумуляторах. Однако пока это ещё экзотика.

К плюсам литиевых аккумуляторных батарей стоит отнести высокую энергетическую плотность, быстрое восстановления заряда, высокий разрядный ток. К проблемам можно отнести сильную потерю емкости при отрицательных температурах. Но при использовании в помещении это не является проблемой.

При выборе аккумулятора советуем ориентироваться на таблицы совместимости, которые выпускают все уважающие себя компании, производящие ИБП. В них приведена информация по моделям и характеристикам АКБ, которые к ним подходят. Там же указаны аккумуляторные батареи, которые могут быть установлены в источник бесперебойного питания взамен штатной модели.
Вернуться к содержанию

Фирма-производитель

Сейчас подавляющее большинство компаний размещают производство в юго-восточной Азии. Поэтому АКБ для компьютерных ИБП, продаваемые под разными марками, вполне могут быть сделаны на одном и том же предприятии. Но всё равно имеет смысл ориентироваться на популярные марки, которые присутствуют на рынке уже давно. По крайней мере, у них хорошо работает отдел технического контроля и в продажу не попадает явный брак.

Среди менее популярных можно назвать вот такие.

Под некоторыми из этих марок также выпускаются линейки различных моделей ИБП. Например, Ippon.
Вернуться к содержанию

Как понять, что требуется замена АКБ?

Аккумулятор вырабатывает свой ресурс в основном по мере накрутки циклов заряда и разряда. Для AGM аккумуляторов этот ресурс составляет 400─500 циклов. По мере выработки ресурса батарея теряет ёмкость и из-за этого уменьшается время автономной работы компьютера от источника бесперебойного питания.

Производители рекомендуют менять АКБ, когда время автономной работы снизилось примерно на 25% от первоначального значения. К примеру, сначала время было около 6 минут, а стало 4,5 минуты. Но на практике пользователи меняют батарею, когда она потеряла более половины своей ёмкости. Если же проблем с отключением питания бывает немного, то люди просто забывают об этой проблеме и меняют аккумулятор, когда он полностью выходит из строя.

Если не хотите, чтобы ИБП подвёл вас в самый неподходящий момент и компьютер отключился, когда вы не успели сохранить данные, меняйте аккумулятор заранее.
Вернуться к содержанию

Обзор популярных моделей

Yuasa NP7-12

Модель Yuasa NP7-12 имеет ценник выше среднего (2,2─2,5 т. р.), но по отзывам владельцев служит не менее четырёх лет. В отдельных случаях даже больше. Аккумулятор работает в ИБП как в одиночку, так и при объединении в батареи из двух и более штук (например, в серверных моделях, устанавливаемых в стойки). Каких-то серьезных проблем при эксплуатации не возникает.

Кстати, эта модель с напряжением 12 в и ёмкостью 7 Ач пользуется спросом не только у владельцев компьютеров с ИБП. Часто эти аккумуляторные батареи устанавливают на детские игрушки с электродвигателем. Например, детские автомобили или малогабаритные электроскутеры. Там аккумулятор эксплуатируется в более жёстком режиме, поскольку постоянно сильно разряжается и заряжается. Но даже в этом случае 2─3 года при умеренной эксплуатации он выдерживает.
Вернуться к содержанию

Delta DTM 1207

Ещё один AGM аккумулятор, который имеет честные электрические характеристики. Электродные решетки изготавливаются из сплава свинца с кальцием, благодаря чему повышается прочность и стойкость к коррозии.

Корпус выполнен из ABS пластика, имеющего стойкость к механическому воздействию и агрессивным химическим веществам. Кроме этого, он является негорючим. Производитель заявляет, что срок службы изделия не менее 6 лет. Однако это преувеличение.

Ippon IP12-7

Доступная по цене модель, которая разрабатывается специалистами в Великобритании, а производится в Китае. Аккумулятор имеет номинальное напряжение 12 вольт, а ёмкость 7 ампер-час. Габариты составляют: 145 х 64 х 92 (ДхШхВ) мм. Конструкция аккумуляторной батареи герметичная. Но на крышке видны круглые вставки, которые держатся на клее. При необходимости их можно вскрыть. Под ними находится резиновые пробки, закрывающие доступ в банки, которых здесь шесть штук. Для подключения к ИБП аккумулятор имеет две клеммы типа F2.

Среди тех отзывов, что удалось найти про Ippon IP12-7, примерно 70% положительные, 10 ─ отрицательные и 20 ─ нейтральные. По сроку службы он не уступает более дорогим Delta и Yuasa. В среднем эта модель служит 4─4,5 года. Сообщения о производственном браке мне не попадались. Стоимость находится на уровне 1,5 т. р. Можно назвать Ippon IP12-7 оптимальным решением. Аккумулятор имеет хорошее соотношение качества и цены. Хорошо работает, как с родными ИБП Ippon, так и с устройствами сторонних производителей.
Вернуться к содержанию

APC RBC17

Эта модель номиналом 12 вольт имеет заявленную ёмкость 9 ампер-час. Аккумуляторные батареи, которые встречаются в наших магазинах, производятся во Вьетнаме. Если оторвать наклейку, то под ней вы найдете маркировку производителя Vision.

Некоторые владельцы APC RBC17 указывали в своих отзывах на поцарапанные клеммы новых аккумуляторов. По их мнению, это указывает на подержанные экземпляры. Но, мне думается, это просто следы от тестирования батарей в ОТК.

Среди особенностей можно назвать поставку этой аккумуляторной батареи в картонной коробке для защиты при транспортировке.

CSB GP 12120 F2

Модель CSB GP 12120 F2 имеет ёмкость побольше (10 Ач), чем вышеперечисленные модели. Для подключения здесь имеются клеммы типа F2, а размеры корпуса равны 151 x 101 x 98 мм. Производитель заявляет диапазон рабочих температур на уровне от минус 15 до плюс 50 градусов. Так, что при необходимости вполне можно установить компьютер с таким ИБП на чердаке или на улице. Корпус и верхняя крышка сделаны из пластика ABS. Поэтому внутренности аккумуляторной батареи надежно защищены.

Аккумулятор работает в среднем около четырёх лет при умеренной нагрузке. Имеется в виду эксплуатация с домашним компьютером. Если это офисный компьютер, который работает в режиме 24/7, то срок службы может сократиться. Отзывов об этой модели довольно много и можно с уверенностью сказать, что CSB GP 12120 без проблем функционирует с большинством марок источников бесперебойного питания.

Из недостатков владельцы CSB GP 12120 отмечают высокую стоимость. Действительно, ценник несколько завышен. Несмотря на несколько большую ёмкость, стоит аккумулятор значительно дороже моделей 7 Ач. Она может доходить до 3,2 т. р. Пожалуй, такая переплата неоправданна за 2─3 лишних ампер-часа.
Вернуться к содержанию

О чём нужно помнить при эксплуатации?

Срок службы аккумуляторной батареи в ИБП компьютера во многом зависит от конструкции, настроек, режимов заряда и разряда самого источника питания. К примеру, если аккумулятор часто будет подвергаться переразряду, то его ресурс работы значительно сократиться. То, что касается режима работы ИБП, пользователь практически не контролирует.

Необходимость вентиляции и охлаждения ИБП вызвана спецификой работы AGM аккумуляторов. Эти модели крайне чувствительны к перезаряду. При излишнем заряде начинается выделение кислорода и водорода из электролита.

Аккумуляторные батареи этого типа относятся к категории VRLA. По большому счёту это замкнутая система с рециркуляцией газов внутри. Но если давление становится слишком высоким, то открывается клапан и выполняется сброс давления. В этом случае аккумулятор частично теряет ёмкость.

Источник