Bateria UPS zajmuje bardzo ważne miejsce w urządzeniach zasilających UPS. Obecnie bezobsługowe, szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe, szeroko stosowane w małych i średnich zasilaczach UPS, stanowią aż 1/4 do 1/2 całkowitego kosztu zasilaczy UPS. Co więcej, faktyczna konserwacja pokazuje również, że ponad 50% awarii zasilania UPS jest związanych z akumulatorami UPS. Niezależnie od tego, czy jest to przyczyna czy skutek awarii UPS, awaria baterii UPS będzie bezpośrednio objawiać się zwiększoną rezystancją wewnętrzną, niewystarczającym napięciem na zaciskach, niewystarczającą pojemnością lub chwilowym prądem rozładowania niespełniającym wymagań dla on- uruchomienie obciążenia. Dlatego też przy użytkowaniu i konserwacji zasilaczy UPS szczególnie ważne jest prawidłowe zrozumienie akumulatorów UPS, naukowe posługiwanie się akumulatorami UPS oraz opanowanie metod testowania i doboru akumulatorów UPS (dla wygody wyjaśnienia problemu akumulatory UPS określane są jako w skrócie baterie.)
1. Główne wskaźniki techniczne baterii UPS
Wśród wskaźników pomiaru akumulatorów UPS, napięcie znamionowe i pojemność znamionowa akumulatora to dwa najczęściej stosowane wskaźniki techniczne.
Pojemność akumulatora odnosi się do mocy wyjściowej w pełni naładowanego akumulatora, gdy jest on rozładowany do napięcia odcięcia. W przypadku wyładowania stałoprądowego, pojemność Q=It?
We wzorze Q——ilość elektryczna wydzielana przez akumulator, Ah?
I – prąd rozładowania, A;
t – czas rozładowania, godz.
Tak zwane napięcie końcowe odnosi się do napięcia, przy którym akumulator nie może normalnie pracować, gdy napięcie akumulatora jest niższe niż określone. Innymi słowy, jeśli akumulator będzie się nadal rozładowywał, gdy napięcie będzie niższe niż napięcie odcięcia, akumulator może ulec uszkodzeniu.
Pojemność znamionowa lub pojemność nominalna akumulatora jest oznaczona literą C. Przykładowo dla akumulatora o pojemności znamionowej 6Ah, C=6Ah; dla akumulatora o pojemności znamionowej 24Ah C=24Ah.
Pojęcie pojemności jest zasadniczo odzwierciedleniem konwersji energii akumulatora. Przykładowo, biorąc pod uwagę fakt, że napięcie na zaciskach E=12V akumulatora pozostaje prawie stałe podczas rzeczywistego użytkowania, a wyrażenie energii wyjściowej W(t)=IVt=IEt, zatem z punktu widzenia efektu energetycznego można zrozumieć, że akumulator utrzymywany jest na terminalu. Energia uwalniana jest pod warunkiem stałego napięcia, jeżeli jest rozładowywana prądem 6A, to może być rozładowywana przez 1h lub prądem 1A przez 6h.
2. System rozładowania i szybkość rozładowania
Podczas badania akumulatorów często określa się jednolity czas rozładowania, który nazywa się systemem rozładowania. Użyj podanej pojemności rozładowania, aby znaleźć prąd rozładowania w stosunku do pojemności znamionowej. Prąd rozładowania (A) = pojemność znamionowa akumulatora (Ah) / czas rozładowania (h)
Aby porównać akumulatory o różnych pojemnościach, prąd rozładowania nie wyraża się wartością prądu (amper), ale stosunkiem pojemności znamionowej C do czasu rozładowania, który nazywany jest szybkością rozładowania lub szybkością rozładowania. Szybkość rozładowania układu 20h wynosi C/20=0,05C, a jednostką jest A. Dlatego też wskaźnik pojemności 6Ah ww. akumulatora 12V6AH mierzony jest przy szybkości rozładowania wynoszącej 20h, czyli szybkości rozładowania wynoszącej 0,05°C. Dla akumulatora NP6-12 0,05 Ci jest równe prądowi 0,3 A.
3. Przetestuj akumulator UPS
Celem testowania akumulatora UPS jest sprawdzenie, czy akumulator spełnia wymagania zasilacza UPS. Jest to konieczne podczas wymiany baterii UPS i ustalenia, czy oryginalna bateria UPS jest uszkodzona.
Podczas faktycznej konserwacji zasilacza UPS należy przestrzegać ogólnych wymagań dotyczących zasilania akumulatorów UPS: spełniać napięcie końcowe oryginalnego akumulatora; akumulator powinien charakteryzować się możliwością wytwarzania dużego prądu w momencie rozruchu i rozładowywania; spełniać określoną pojemność i rezystancję wewnętrzną, aby zapewnić czas zasilania falownika.
Z powyższych wymagań dotyczących zasilania UPS dla akumulatora wynika, że nie da się określić, czy akumulator jest dobry, czy zły, po prostu mierząc napięcie na zaciskach akumulatora UPS.
3.1 Zmierz napięcie na zaciskach akumulatora UPS
(1) Zmierz napięcie na zaciskach akumulatora w trybie offline
Pomiar napięcia na zaciskach akumulatora w trybie off-line oznacza bezpośredni pomiar napięcia na obu końcach akumulatora przy użyciu zakresu napięcia prądu stałego multimetru lub woltomierza, gdy akumulator jest odłączony od pierwotnej linii przyłączeniowej. Zmierzone napięcie na zaciskach akumulatora wynosi około 12V, a wartość minimalna nie może być niższa niż 10,5V. Akumulator o napięciu mniejszym niż 10,5 V jest pod napięciem lub może ulec uszkodzeniu. Jeśli akumulator tego typu jest ładowany lub napięcie na zaciskach po ładowaniu nadal nie osiąga 12 V, oznacza to, że akumulator jest uszkodzony
(2) Zmierz napięcie na zaciskach akumulatora w trybie online
Pomiar napięcia na zaciskach akumulatora w trybie online oznacza wykorzystanie zakresu napięcia prądu stałego multimetru lub woltomierza do pomiaru napięcia na obu końcach akumulatora, gdy pracuje zasilacz UPS. Dla UPS w stanie zasilania sieciowego, ponieważ akumulator jest w stanie ładowania, napięcie na zaciskach jest większe niż 12V. Gdy napięcie na zaciskach akumulatora spadnie do 10,5 V, normalne zasilanie UPS uruchomi obwód automatycznego zabezpieczenia przed zbyt niskim napięciem akumulatora wewnątrz maszyny, tak że UPS przejdzie w stan ochronny, w którym nie ma zasilania sieciowego ani inwertera.
3.2 Sprawdź, czy akumulator UPS ma właściwości umożliwiające generowanie dużego prądu w momencie rozruchu.
Czas przełączania zapasowego zasilania UPS z sieci zasilającej na zasilanie falownika musi być mniejszy niż 7 ms, a ogólna konstrukcja wynosi około 4-5 ms. Oznacza to, że po przerwaniu zasilania sieciowego akumulator UPS musi wyprowadzić prąd wymagany przez obciążenie w czasie krótszym niż 4-5 ms. Niektóre uszkodzone akumulatory mogą spełniać wymagania
napięcie i pojemność zacisków, ale prąd rozładowania nie może osiągnąć wymagań wysokiego prądu w czasie krótszym niż 4-5 ms. Awaria UPS spowodowana tego rodzaju akumulatorem objawia się następująco: UPS może skutecznie załączyć falownik, gdy nie jest on obciążony lub jest lekko obciążony, a inwerter ulega awarii, gdy zostanie zwiększone do normalnego obciążenia.
Zidentyfikuj rezystancję wewnętrzną i pojemność akumulatora UPS
Wewnętrzna rezystancja dobrej jakości akumulatora UPS wynosi około 20-30 mΩ. Gdy rezystancja wewnętrzna przekracza 80 mΩ, akumulator należy zrównoważyć lub aktywować. Wzrostowi rezystancji wewnętrznej akumulatora towarzyszyć będzie zmniejszenie rzeczywistej energii wyjściowej, co objawia się zmniejszeniem pojemności akumulatora. Ponadto istnieją inne czynniki, które powodują zmniejszenie pojemności akumulatora, takie jak utrata elektrolitu.
Aby sprawdzić, czy rezystancja wewnętrzna akumulatora wzrosła, nigdy nie można bezpośrednio zmierzyć rezystancji multimetru. Należy stosować metodę pośredniego pomiaru i obliczeń. Podczas rzeczywistej konserwacji można zastosować następujące proste metody w celu ustalenia, czy rezystancja wewnętrzna akumulatora wzrosła:
Do przeprowadzenia eksperymentu z ładowaniem szeregowym użyj dobrego akumulatora i akumulatora o podejrzeniu zwiększonej rezystancji wewnętrznej (na przykład dwa akumulatory 12 V są połączone szeregowo w zasilaczu UPS 500 VA). Podczas procesu ładowania mierzone jest i porównywane napięcie na zaciskach obu akumulatorów
w tym samym czasie. Napięcie ładowania uzyskiwane przez akumulator o zwiększonej rezystancji wewnętrznej wynosi
wyższa niż w przypadku dobrego akumulatora. Różnica w napięciu ładowania odzwierciedla stopień
różnica rezystancji wewnętrznej. the
Jeśli pojemność akumulatora jest niewystarczająca, główną wydajnością jest czas pracy UPS
następuje skrócenie zasilania falownika, natomiast obciążalność UPS-a, przełączanie pomiędzy sieciami
zasilanie, zasilanie falownika itp. nie będzie miało to wpływu.
4. Naukowe wykorzystanie akumulatorów UPS
Naukowe zastosowanie akumulatorów UPS polega na wyjaśnieniu prawidłowego użytkowania akumulatora, przedłużeniu jego żywotności i umożliwieniu mu odgrywania najważniejszej roli.
4.1 Kontroluj napięcie ładowania, aby zapobiec ładowaniu przepięciowemu
W przypadku akumulatora o napięciu na zaciskach 12 V normalne napięcie ładowania bezpotencjałowego wynosi od 13,5 do 13,8 V. Jeśli napięcie ładowania płynnego będzie zbyt niskie, akumulator nie zostanie w pełni naładowany, a jeśli napięcie ładowania płynnego będzie zbyt wysokie, spowoduje to ładowanie przepięciowe. Gdy napięcie ładowania bezpotencjałowego przekracza 14 V, uważa się to za ładowanie przepięciowe. Ładowanie pod napięciem spowoduje rozdzielenie wody w elektrolicie na wodór i tlen oraz przepełnienie, skracając żywotność akumulatora.
4.2 Kontroluj prąd ładowania, aby zapobiec ładowaniu nadprądowemu
Idealny prąd ładowania powinien opierać się na etapowej metodzie ładowania prądem stałym, to znaczy używać większego prądu na początku ładowania, zmieniać go na mniejszy po ładowaniu przez pewien czas i używać mniejszego prądu na końcu ładowania . Prąd ładowania jest zwykle projektowany na 0,1C. Gdy prąd ładowania przekracza 0,3 C, można to uznać za ładowanie nadprądowe. Ładowanie nadprądowe spowoduje wygięcie płytki akumulatora, odpadnięcie materiału aktywnego i uszkodzenie akumulatora.
4.3 Zapobiegaj nadmiernemu rozładowaniu akumulatora UPS
Rzeczywista uwolniona pojemność akumulatora jest powiązana z prądem rozładowania. Im wyższy prąd rozładowania, tym niższa wydajność akumulatora. Na przykład, gdy prąd rozładowania akumulatora 12 V/24 Ah wynosi 0,4 C, czas rozładowania do napięcia odcięcia wynosi 1 godzinę i 50 minut, rzeczywista pojemność wyjściowa wynosi 17,6 Ah, a sprawność 73,3%. Gdy prąd rozładowania wynosi 7°C, czas rozładowania do napięcia odcięcia wynosi tylko 20 s, rzeczywista pojemność wyjściowa wynosi 0,93 Ah, a wydajność 3,9%. Dlatego należy unikać wyładowań o dużym natężeniu prądu, aby poprawić wydajność akumulatora. Ogólny projekt obwodu i dobór obciążeń przez użytkownika muszą chronić prąd rozładowania falownika UPS przed przekroczeniem 2C.
4.4 Zapobiegaj głębokiemu rozładowaniu baterii UPS
Chociaż rozładowywanie małym prądem może poprawić wydajność akumulatora, gdy jest on rozładowywany małym prądem (poniżej 0,05°C) przez długi czas, rzeczywista pojemność rozładowania akumulatora przekroczy jego pojemność znamionową, co powoduje poważne głębokie rozładowanie akumulatora. Według danych producenta, przy głębokości rozładowania akumulatora wynoszącej 100%, jest to wartość rzeczywista
żywotność akumulatora wynosi około 200-250 cykli ładowania i rozładowania; gdy głębokość rozładowania wynosi 50%, jest to około 500-600 cykli ładowania i rozładowania. Dlatego też podczas korzystania z zasilacza UPS należy unikać wyładowań nadprądowych przy dużym obciążeniu oraz głębokiego rozładowania akumulatora spowodowanego długotrwałym działaniem falownika pod małym obciążeniem.
4.5 Regularnie używaj UPS
W obszarach, w których zasilanie sieciowe nie jest wyłączane przez dłuższy czas, użytkownik musi ręcznie wyłączać wejście prądu przemiennego zasilacza UPS w regularnych odstępach czasu, np. na 3 miesiące, i używać akumulatora zasilacza UPS do odwracania zasilania. Ta regularna operacja eksperymentalna pomaga wydłużyć żywotność baterii. Generalnie żywotność baterii UPS-a przy normalnym użytkowaniu nie przekracza 5 lat.
5. Umiejętności i metody konserwacji akumulatorów UPS
Akumulatory UPS są z reguły akumulatorami bezobsługowymi, jednakże w niektórych przypadkach konieczna jest konserwacja akumulatorów UPS i ma to znaczenie praktyczne.
5.1 Umiejętność ładowania akumulatorów podnapięciowych
Niektóre spadki napięcia akumulatora UPS są spowodowane rozładowaniem akumulatora w wyniku uszkodzenia obwodu napędowego na końcu falownika UPS. Jeżeli akumulator zostanie podłączony do pierwotnego obwodu w celu ładowania w odpowiednim czasie po naprawieniu awarii obwodu, akumulator nadal będzie przywrócony do pierwotnego stanu. Problem polega na tym, że akumulator podnapięciowy nie pozwala na pomyślne uruchomienie UPS-a, czyli przejście do stanu sieciowego (ładowania). W tym momencie można zastosować następujące rozwiązania:
(1) Użyj dobrego akumulatora, aby uruchomić UPS do stanu sieciowego, następnie wyjmij sprawny akumulator i zastąp go akumulatorem podnapięciowym, który ma być ładowany. Uwaga: Podczas wymiany akumulatora UPS musi pracować bez obciążenia. Ogólnie rzecz biorąc, po przejściu UPS w stan zasilania sieciowego, o ile zasilanie sieciowe pozostaje normalne, wyjęcie akumulatora nie będzie miało wpływu na stan zasilania sieciowego.
(2) Najpierw naładuj akumulator podnapięciowy do poziomu powyżej 10,5 V, a następnie podłącz go do oryginalnego obwodu UPS, aby UPS mógł zostać pomyślnie uruchomiony. Aby naładować akumulator podnapięciowy, można wykorzystać zasilacz +12 V w zasilaczu mikrokomputera do bezpośredniego ładowania akumulatora. Podczas ładowania należy zwracać uwagę na prąd ładowania i określić, czy dodać rezystor ograniczający prąd, w zależności od faktycznie zmierzonego prądu ładowania.
5.2 Aktywacja akumulatora
Zabieg aktywacyjny odnosi się do ładowania wyrównawczego akumulatora. Następujące sytuacje spowodują wzrost rezystancji wewnętrznej akumulatora, zbyt niskie napięcie na zaciskach lub zmniejszoną pojemność. Baterie te należy naładować, aby przywrócić pierwotne wskaźniki wydajności.
(1) Baterie, które nie były używane przez dłuższy czas i przekroczyły czas przechowywania statycznego.
W środowisku o normalnej temperaturze statyczny czas przechowywania ogólnej baterii UPS wynosi 9 miesięcy. W temperaturze 31-40°C statyczny czas przechowywania wynosi 5 miesięcy.
(2) Akumulatory, których po rozładowaniu nie można naładować w odpowiednim czasie.
(3) Długotrwała praca w stanie naładowania podtrzymującego (tzn. UPS pracuje długo w stanie sieciowym) i przekracza statyczny czas przechowywania.
(4) Przypadkowe rozładowanie, ustawić napięcie na zaciskach akumulatora poniżej napięcia odcięcia. Wyrównujący prąd ładowania jest zwykle wybierany na poziomie 0,3C lub nieco mniejszym niż 0,3C. W przypadku akumulatora o napięciu znamionowym 12 V zrównoważone napięcie ładowania wynosi zazwyczaj 14,5 V. Użytkownicy nie posiadający dedykowanej ładowarki mogą na podstawie powyższych danych zbudować obwód potrzebny do ożywienia starego akumulatora.
