Аккумуляторные батареи для ИБП и телекоммуникаций.
Обзор современных технологий

Любая система бесперебойного электропитания переводит нагрузку на альтернативный источник электроэнергии при возникновении неполадок в основной сети. Для источников бесперебойного питания (ИБП) таким резервом являются аккумуляторные батареи (АКБ).

Существует множество производителей, выпускающих широкий спектр аккумуляторов для различных сфер применения, в том числе и ИБП. Тип, количество, технические характеристики и массогабаритные показатели АКБ существенно влияют на время автономной работы, способ установки, требования к помещению эксплуатации, а также срок службы. Батареи можно смело отнести к категории расходных материалов, требующий замены после окончании срока эксплуатации.

Типы аккумуляторных батарей

Аккумуляторы являются химическими источниками электроэнергии многоразового действия. Накопление энергии осуществляется посредством протекания химической окислительно-восстановительной реакции на электродах. При разряде АКБ происходят обратные процессы.

В настоящее время производятся следующие разновидности аккумуляторов: свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, железо-никелевые, серно-натриевые, серебряно-цинковые, медно-литиевые и др. Благодаря своей надежности и относительной экономичности наибольшую популярность получили свинцово-кислотные аккумуляторы. Они обладают неоспоримым преимуществом: высокая стабильность напряжения при изменении температуры окружающей среды и тока потребления нагрузки.

Классические свинцово-кислотные аккумуляторы, произведенные по обычной технологии используют в качестве электролита раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Плотность данного раствора меняется в процессе заряда / разряда и также зависит от его температуры. Она существенно влияет на технические характеристики батареи. Кроме того, в процессе работы происходит выделения газов (кислорода и водорода). Поэтому при хранении и работе данный тип АКБ может оказывать вредное воздействие аппаратуру и персонал. Такие батареи экономичны по стоимости, однако, требуют для эксплуатации специально оборудованных помещений и дополнительного технического обслуживания.

Относительная стоимость 1 Вт·ч энергии, получаемой от аккумуляторов

Герметичные АКБ

В настоящее время большой популярностью пользуются необслуживаемые (малообслуживаемые − требующие небольшого ухода) и герметичные (клапанно-регулируемые) необслуживаемые аккумуляторные батареи. Последняя разновидность используется для работы с ИБП, телекоммуникационными системами, пожарной и охранной сигнализацией и др. инженерными устройствами. Герметичные АКБ функционируют на принципе рекомбинации газов по кислородному циклу, с последующим соединением образующегося внутри аккумулятора водорода и кислорода с образованием воды. Реализация данного замкнутого цикла в свинцово-кислотных батареях осуществляется посредством использования «связанного» электролита, имеющего внутренние поры, позволяющие свободного перемещаться ионам газов от одного электрода аккумулятора к другому.

Основными способами «связывания» электролитов в настоящее время являются:

• Использование пористого заполнителя, пропитанного жидким электролитом, в качестве которого может применяться, например, стекловолокно (технология AGM — Absorptive Glass Mat).
• Использование электролита гелеобразной консистенции (технология Gelled Electrolite — GEL и Dryfit).

С целью улучшения технических характеристик, производители АКБ часто применяют гибридные технологии, сочетающие достоинства описанных выше технологий. Герметичные аккумуляторы могут быть также снабжены клапанами для сброса лишнего давления и пламезащитными пробками. Главным преимуществом герметичных аккумуляторов перед классическими является практическое отсутствие текущего технического обслуживания при эксплуатации аккумуляторов в течение всего срока службы, а также возможность их установки в обычных помещениях с естественной вентиляцией.

Конструктивные исполнения

Для получения высокого выходного напряжения отдельные аккумуляторные банки соединяют последовательно или параллельно. Производимые в настоящее время батареи могут содержать в одном корпусе несколько соединенных последовательно аккумуляторных банок. Финальное напряжение таких АКБ будет соответствовать одному из значений, предусмотренных стандартом: 2 В, 4 В, 6 В, 12 В или 24 В.

Факторы, влияющие на срок службы АКБ

Заводы-производители АКБ занимаются постоянным совершенствованием технологии изготовления, стремятся продлить срок их службы. Выпускаемые в настоящее время батареи имеют срок службы свыше 10 лет. Однако, необходимо учитывать, что достигнуть заявленного срока службы можно только при условии соблюдения определенных условий эксплуатации (температура в помещении, зарядный ток, максимальное количество циклов заряда / разряда). В противном случае срок «жизни» аккумулятора может существенно сократиться. Вот почему батарейные комплекты считаются одним из самых уязвимых мест систем бесперебойного электропитания. Так, например, для компенсации тока утечки (саморазряда) свинцово-кислотный аккумулятор должен постоянно заряжаться (находиться под зарядным напряжением). При этом превышение зарядного напряжения всего на 200 мВ от оптимального значения в расчете на одну банку может вызвать существенное увеличение зарядного тока и привести к нежелательным химическим реакциям (ускоренная коррозия решеток, расход электролита) и в результате к уменьшению ожидаемого срока службы АКБ. Тоже самое происходит при изменении температуры окружающей среды.

Принимая во внимание данную особенность свинцово-кислотных батарей, компания N-Power, впрочем, как и прочие производители ИБП, принимают дополнительные меры для достижения оптимальных режимов эксплуатации батарейных комплектов. Микропроцессорные блоки, управляющие работой ИБП, осуществляют постоянный контроль состояния батарей и при изменении температуры регулируют зарядный ток, подбирая оптимальное значение. Не смотря на это, необходимо стремиться поддерживать определенный температурный режим в помещении эксплуатации ИБП и аккумуляторных блоков, так как температура окружающей среды напрямую влияет на остаточную емкость (отдаваемую мощность) АКБ, т.е. на время автономной работы системы в аварийном режиме.

Параметры батарейных линеек (цепочек из последовательно соединенных батарейных блоков) зависят в значительной мере от технического состояния каждой отдельной аккумуляторной банки. В процессе обслуживания ИБП необходимо регулярно измерять остаточную емкость батарей. Это позволяет заблаговременно обнаруживать и заменять деградирующие экземпляры, изъятие которых благотворно сказывается на сроке службы остальных блоков батарейных комплектов. Данные услуги оказываются специалистами сервисного центра компании N-Power.

График зависимости напряжения постоянного заряда АКБ от температуры окружающей среды

График зависимости доступной ёмкости АКБ от температуры окружающей среды и тока разряда

Выбор аккумуляторов

Количество и емкость аккумуляторных батарей рассчитывают на основании требуемого времени автономной работы при заданной максимальной нагрузке. Так же могут приниматься во внимание дополнительные факторы: ожидаемый режим работы, характер изменения нагрузки, диапазон изменения силы тока и напряжения, температура окружающей среды. Эти параметры

определяют требуемую ёмкость аккумуляторных комплектов, вычисляемую в ампер-часах (А•ч). Для облегчения расчета времени автономной работы все заводы-производители батарей приводят их разрядные характеристики. Это параметры, отражающие способность АКБ отдавать постоянную мощность (реже постоянный ток) в зависимости от следующих параметров: ёмкость батареи, время разряда, допустимое остаточного напряжения на аккумуляторной банке.

Для автоматизированного расчета / подбора батарейных комплектов специалисты компании N-Power создали «батарейный калькулятор», содержащий в своей базе данных разрядные характеристики наиболее популярных АКБ.

Производители

Специалисты компании N-Power предлагают широкий спектр батарейных комплектов на базе герметичных свинцово-кислотных необслуживаемых аккумуляторов, для комплектования различных моделей ИБП. Данные комплекты могут также найти применение в других отраслях, например: телекоммуникации, пожарные и охранные системы.

Аккумуляторные батареи Fiamm

Серия FG

Герметичные свинцово-кислотные необслуживаемые АКБ серии FG являются универсальными и могут с применяться с успехом для работы в буферном или циклическом режимах. Идеально подходят для работы с ИБП, системами защиты и безопасности, телекоммуникационным оборудованием, переносной измерительной аппаратурой, медицинскими приборами и другими техническими средствами.

Существенное снижение внутреннего сопротивление батарей достигнуто за счет использования пластин из высокочистого свинцово-кальциевого сплава усовершенствованной конструкции, а также применения особых композиционных материалов и высокопористых стекловолоконных сепараторов (технология AGV). Аккумуляторы серии FG обладают высокой энергетической концентрацией на единицу объема и длительным сроком службы. Герметичная конструкция корпуса батареи позволяет эксплуатировать их в любом положении, не опасаясь утечки электролита или снижения электрической ёмкости.

АКБ серии FG характеризуются хорошей способностью восстанавливаться после глубокого разряда и могут использоваться при температуре окружающей среды от -20 до +50°С.

Серия SLB

Батареи серии SLB (технология OGiV) обладают компактной конструкцией. Они существенно меньше по размерам и весу в сравнении с другими АКБ той же ёмкости. Их ожидаемый срок службы составляет 10 лет без существенной деградации технических параметров. Батареи серии SLB поставляются полностью заправленными и заряженными и могут устанавливаться как в батарейные кабинеты, так и на стеллажи, расположенные в обычных помещениях, не требующих обеспечения специальных условий. За счет этого снижаются первоначальные затраты и расходы на эксплуатацию.

АКБ серии SLB применяются могут применяться за пределами температурного диапазона -10 ... +40°С. Однако, по аналогии с другими моделями их параметры и срок службы зависят от крайних значений температуры в помещении эксплуатации. Батареи серии SLB следует заряжать зарядным устройством с постоянным напряжением заряда. Рекомендуемым зарядным напряжением является 2.27 В ±1% на элемент при 20°С. При длительных температурных колебаниях необходимо регулировать величину зарядного напряжения в соответствии с рекомендациями завода-производителя. Предпочтительным методом заряда АКБ является метод IU (модифицированный метод постоянного напряжения) с максимальным напряжением на элементе 2.27 В ±1% и током 0.25 С10 ампер, что составляет максимум 25 ампер на 100 А•ч емкости. Для ускоренного заряда допускается (с соблюдением определенной предосторожности) зарядное напряжение 2.4 В на элемент при тех же значениях максимального тока. Батареи серии SLB обладают низкой величиной саморазряда: менее 2% в месяц при 20°С. Для оптимального хранения АКБ рекомендуется заряжать их не реже 1 раза в пол года или, если напряжение разомкнутой цепи достигнет 2.10 В на элемент.

Аккумуляторы Delta

Серия HR (5 лет), серия HRL 10 (лет)

Свинцово-кислотные АКБ серии HR и HRL представляют собой полностью герметичные блоки с внутренней рекомбинацией газа. Серия специально разработана для совместной работы с ИБП. Возможна эксплуатация батарей как буферном, так и циклическом режимах. Низкое внутреннее сопротивление позволяет разряжать аккумуляторы максимальным током, что особенно подходит для работы с ИБП.

Положительная пластина представляет собой диоксид свинца, отрицательная − свинец. Корпус и крышка выполнены из пластика (акрилонитрилбутадиенстирол − ABS), клапан из каучука, клеммы из меди, сепаратор стекловолоконный, в качестве электролита применяется раствор серной кислоты.

Технические особенности

• Технология AGM позволяет выделяемому газу полностью рекомбинировать (99%)
• Без ограничений на перевозки воздушным транспортом
• Соответствие требованиям директивы UL
• Возможность работы в любом положении
• Свинцовые пластины, легированные кальцием, обеспечивают высокую плотность энергии
• Длительный срок службы
• Необслуживаемые, отсутствует необходимость доливать электролит
• Низкий уровень саморазряда

Основными сферами применения являются ИБП, инверторные системы, телекоммуникационные объекты, альтернативная энергетика.