Как устроены аккумуляторы в UPS. Часть 2. Аккумулятор упс


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

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!

 Разряд постоянной мощностью

Существует и такая оценка энергетической способности аккумуляторной батареи, как разряд постоянной мощностью. Иногда эту единицу измерения указывают вместо традиционной (в А*h) на корпусе устройства. Она показывает, какую мощность может отдать аккумулятор в течение 15 минут.

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.

До встречи на блоге!

vsbot.ru

Аккумуляторы в UPS | Тех совет

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

Что такое аккумулятор?

Аккумулятор – это первичный источникэлектропитания. 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

При заряде на положительном электроде выделяется кислород и происходит электролиз (разложение) воды, содержащейся в электролите. Поэтому в «обычных» аккумуляторах (которые применяются, в частности, в автомобилях) приходится открывать специальную пробку для отвода газов. Это, прямо скажем, неудобно – каждый раз проверять плотность электролита, доливать воду, закрывать пробку…

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!

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

Существует и такая оценка энергетической способности аккумуляторной батареи, как разряд постоянной мощностью. Иногда эту единицу измерения указывают вместо традиционной (в А*h) на корпусе устройства. Она показывает, какую мощность может отдать аккумулятор в течение 15 минут.

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 саморазрядаккумулятора. 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 имаксимальный 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.

Похожие статьи

Поделиться ссылкой:

Понравилось это:

Нравится Загрузка...

www.tex-sovet.ru

Зарядное устройство для аккумуляторов UPS

Приветствую, друзья!

зарядное устройство для аккумуляторовВы пользуетесь источниками бесперебойного питания, и у вас проблемы с их аккумуляторами?

И мне в ремонт попадают бесперебойники с севшими аккумуляторными батареями.

При севшей батарее источник бесперебойного питания (ИБП) включить в большинстве случаев невозможно. Ситуация усугубляется тем, что зарядить ее штатным зарядным устройством ИБП чаще всего нельзя.

Приходится использовать отдельные зарядные устройства. Одно из таких устройств предлагается вашему вниманию. Оно сделано из того, что было под рукой.

Работа схемы зарядного устройства

Зарядное устройство для аккумуляторов UPSПеременное сетевое напряжение понижается трансформатором Т1, выпрямляются диодным мостом на диодах VD1 – VD4 и фильтруется электролитическим конденсатором C1.

Полученное постоянное напряжение подается на резистивный делитель с резисторами R1, R2 и R4. В верхнее плечо делителя включен переменный резистор R1. C его движка можно снимать постоянное напряжение в пределах примерно от 13 до 35 В.

С движка переменного резистора напряжение подается на эмиттерный повторитель, образованный транзистором VT1, нагрузкой которого служит резистор R3. Постоянное напряжение с резистора R3 служит входным сигналом для второго эмиттерного повторителя на составном транзисторе VT2 — VT3.

C выхода этого эмиттерного повторителя постоянное напряжение через резистор R5 подается на заряжаемый аккумулятор. Резистор R5 служит ограничителем тока при случайном замыкании выходных выводов зарядного устройства.

В качестве R1 используется многооборотный резистор, что позволяет точнее устанавливали величину зарядного напряжения. Величину зарядного напряжения можно регулировать в пределах примерно от 10 до 33 В. Это позволяет заряжать сразу два 12 В аккумулятора.

document-propertiesЭто устройство использовалось для зарядки 12 В кислотных и VRLA аккумуляторов емкостью 5, 7, 9 и 12 А*ч.

Зачем нужны эмиттерные повторители?

Внутреннее сопротивление аккумулятораНам нужен регулируемый источник постоянного напряжения, которые должен обладать низким внутренним сопротивлением. Для справки: аккумулятор GP 1272 12 В 7,2 А*ч, широко используемый в ИБП, обладает внутренним сопротивлением около 0,023 Ом.

Наше зарядное устройство должно обладать хотя бы на порядок меньшим выходным сопротивлением. В противном случае величина зарядного напряжения будет заметно снижаться при подключении аккумулятора. Это будет из-за того, что часть напряжения, в соответствии с законом Ома, будет падать на выходном сопротивлении зарядного устройства.

document-propertiesЭмиттерный повторитель называется еще согласователем сопротивления.

эмиттерный повторительВыходное сопротивление эмиттерного повторителя, подключенное параллельно нагрузке Rн, определяется внутренним сопротивлением источника сигнала Ri (см рис) и коэффициентом передачи h31e транзистора по току.

Чем этот коэффициент больше, тем меньше выходное сопротивление.

Источником сигнала для первого эмиттерного повторителя служит резистивный делитель R1, R2, R4.

Источником сигнала для второго эмиттерного повторителя служит резистор R3.

Составной транзистор TIP122В качестве первого эмиттерного повторителя используется составной транзистор типа TIP122.

Составным он называется потому, что образован двумя транзисторами, смонтированными в общем корпусе.

Общий коэффициент передачи по току определяется произведением коэффициентов отдельных транзисторов.

В качестве второго эмиттерного повторителя используется составной транзистор, образованный из двух отдельных мощных транзисторов типа D209.

Конструктивное исполнение зарядного устройства

Силовые элементы зарядного устройстваИз-за недостатка времени зарядное устройство не было смонтировано «по всем правилам». Активные элементы VD1 – VD4, VT2, VT3, VT4 установлены на общий радиатор, выдранный из неисправного компьютерного блока питания. Диодные сборки и мощные транзисторы D209 были взяты оттуда же.

Все остальное было смонтировано на куске картона. Радиатор имеет небольшие размеры, на нем установлены диоды и транзисторы, на которых рассеивается значительная мощность, поэтому он нуждается в обдуве вентилятором.

трансформатор заярдного устройстваВентилятор обдува питается напряжением, снимаемым с резистора R4 резистивного делителя через эмиттерный повторитель на составном транзисторе VT4 типа TIP122.

Используется небольшой 12 В компьютерный вентилятор. Подаваемое на него постоянное напряжение примерно равно 6 В.

При пониженном напряжении питании скорость вращения вентилятора и шум от него меньше.

В качестве диодов VD1 – VD4 используются две параллельно соединенные диодные сборки GBU605 от того же компьютерного блока питания.

В принципе, можно использовать и одну. Но запас по току не помешает…

Трансформатор Т1 – стержневой, имеет две катушки с первичными и вторичными обмотками. Первичные и вторичные обмотки катушек соединены последовательно каждая согласно схеме.

Рекомендации по применению зарядного устройства

ResumeПри зарядке одиночных 12 В аккумуляторов напряжение на клеммах не должны превышать 15 вольт. При зарядке сдвоенных 12 В аккумуляторов напряжение на клеммах не должно превышать 30 вольт.

ResumeПри зарядке надо контролировать ток заряда. Производители аккумуляторов рекомендуют заряжать батареи в щадящем режиме – током в 0,1 ее емкости. Таким образом, для батарей 7 А*ч ток заряда должен быть 0,7 А, для батарей 12 А*ч – 1,2 А.

ResumeПроизводители могут приводить и максимальные токи заряда. Так, например, для той же батареи GP1272 максимальный ток заряда не должен превышать 2,16 А.

ResumeПревышать максимальный ток заряда и напряжение не клеммах не рекомендуется во избежание сокращения срока службы аккумулятора.

Можно еще почитать:

Как устроены аккумуляторы в UPS.

Ремонт ИБП EATON 800.

До встречи на блоге!

vsbot.ru


Смотрите также