Подключение аккумуляторных батарей к ИБП

Для обеспечения непрерывной работы электрооборудования используются источники бесперебойного питания (ИБП, UPS). Они функционируют за счет наличия встроенных аккумуляторных необслуживаемых батарей со стандартным напряжением 12 Вольт. Однако такие ИБП чаще всего применяются для обеспечения бесперебойной работы нагрузки от 5 до 15 минут.

Для обеспечения нагрузки длительной автономией используют ИБП с возможностью подключения внешних аккумуляторов. Это позволяет создать систему с большими внешними аккумуляторами, которые способны долго питать нагрузку в отсутствии электрической сети. От выбора ёмкости внешних аккумуляторов зависит длительность автономного режима.

Все ИБП STARK COUNTRY выпускаются только для работы с внешними АКБ, что позволяет адаптировать систему бесперебойного питания под различные задачи. При подключении внешних аккумуляторов к ИБП необходимо знать основные принципы и возможные варианты их соединения, правила эксплуатации UPS с внешними аккумуляторами, а также соблюдать правила безопасности.

Применяются 3 варианта соединения нескольких аккумуляторов:

• Последовательное. При использовании этого способа суммируется напряжение АКБ.
• Параллельное. В этом случае суммируется емкость АКБ.
• Комбинированное (смешанное) – параллельное соединение линеек батарей, предварительно соединенных последовательно.

Основные понятия и термины

Базовый элемент, обеспечивающий функционирование бесперебойника – аккумулятор. В источниках резервного питания используются различные батареи, различающиеся по двум главным критериям.

1. По типу:

• Литий-ионные. Отличаются компактными размерами и небольшим весом, при этом характеризуются большой удельной емкостью. Другие достоинства: высокая надежность, отсутствие потери емкости, низкий уровень саморазряда, большая энергетическая плотность, сравнительно недорогое обслуживание.
• Свинцово-кислотные. Широко востребованы благодаря высокой надежности и другим преимуществам: стабильность напряжения, длительные циклы функционирования, расширенный интервал рабочих температур, низкий саморазряд. Число циклов перезарядки – до 1000. Подходят для абсолютного большинства ИБП, недорогие.
• Никель-металлогидридные. Преимущества: большая удельная емкость, стабильность работы, высокая энергетическая плотность. Отсутствует снижение уровня емкости.
• Никель-кадмиевые. Надежные, стойкие к перепадам температуры, простые в эксплуатации. Характеризуются низким процентом саморазряда, высокой энергетической плотностью. Способны выдержать до 1500 циклов разряда/заряда.

2. По составу электролита:

• С жидким электролитом. Их нередко называют автомобильными. Из-за токсичности выделяемых паров, большого веса и габаритов требуют использования в нежилом помещении, поэтому применение в UPS ограничено.
• По технологии GEL. Достоинства: надежность, безопасность, продолжительный срок эксплуатации, высокая емкость, широкий диапазон рабочих температур. Недостатки: не выдерживают глубокого разряда, цена более высокая.
• По технологии AGM. Наиболее современная и распространенная для использования в ИБП группа. Основные преимущества: надежность, обеспечение высокого тока в цепи независимо от глубины разряда, долгий срок службы, большая эпикритическая емкость, доступная цена. Недостаток – чувствительность к глубоким разрядам.

Еще одно базовое понятие – схема подключения внешних аккумуляторов, то есть способ соединения ИБП и дополнительного (либо основного при отсутствии встроенного) источника электроэнергии. Оптимальный способ выбирают в зависимости от типа и характеристик устройства резервного питания. Объединять в блок требуется определенное производителем ИБП количество аккумуляторов, и таким образом, которым обозначает производитель.

Последовательная схема подключения АКБ к ИБП

Это наиболее распространенный вариант устройства системы бесперебойного питания. Все элементы соединяются в одну последовательную цепочку, то есть плюс первой батареи соединяется с минусом следующей. Так собирается блок аккумуляторных батарей, у которого один свободный отрицательный вывод, а второй – положительный. Свободные выводы блока аккумуляторов используются для подключения к ИБП.

При последовательном соединении АКБ суммируется напряжение каждой батареи и их внутреннее сопротивление. Емкость аккумуляторного блока в Ач равна емкости одной батареи в Ач. При последовательном соединении аккумуляторов в цепочку их суммарная отдаваемая мощность увеличивается за счёт напряжения.

Последовательное соединение требует использования АКБ одного типа, одинаковой емкости и напряжения зарядки, с одинаковым процентом износа. Рекомендуется таким образом соединять батареи одного производителя, с одинаковыми характеристиками, лучше всего из одной партии. Длина и сопротивление соединительных проводов также должны быть идентичны.

Главное преимущество данной схемы подключения: увеличивая общее количество аккумуляторов, можно повысить напряжение батареи до любой нужной величины, при этом сила разрядного тока останется неизменной. Еще одно достоинство – простота монтажа.

Основной недостаток – зависимость общей системы от состояния каждого отдельного элемента. Если один из них «выбивается» из общих параметров, есть вероятность возникновения разных значений напряжения на клеммах аккумуляторов, из-за этого одни батареи могут получить избыточный заряд, а другие – быстрее разрядиться. В результате возможен выход из строя всей линейки. При отказе одной батареи сокращается время автономной работы оборудования.

Пример:

К ИБП с шиной постоянного тока =24В требуется подключить 2 аккумулятора по 100Ач. Шина постоянного тока =24В означает, что ИБП рассчитан на подключение 2 аккумуляторных батарей по 12В последовательно.

Соединяя аккумуляторы последовательно, мы получаем цепочку с емкостью 100Ач и напряжением =24В. Мощность, которую будут отдавать аккумуляторы, увеличивается за счёт напряжения.

Параллельная схема подключения АКБ к ИБП

Принцип параллельной сборки – объединение всех положительных клемм АКБ с общей плюсовой точкой схемы, а всех отрицательных — с общим минусом. Таким образом все положительные выводы элементов присоединяются к одному общему проводу, а все отрицательные — к другому общему проводу. Концы общих проводов полученной батареи присоединяются к ИБП.

При этом способе емкости отдельных аккумуляторов суммируются, а напряжение равно напряжению одного аккумулятора. Такая схема значительно повышает стабильность и автономность блока резервного питания за счет увеличения емкости полученной батареи. В результате период работы от АКБ более длительный.

Преимущества данной схемы:

• Напряжение в цепи с постоянным током остается неизменным, а отдаваемая сила тока суммируется, то есть увеличивается производительность цепи.
• Возможность использования неоднородных элементов.
• При выходе одной батареи из строя другие могут ее компенсировать.

Способ имеет и свои недостатки. Напряжение системы остается неизменно равным показателю одной батареи, это не подходит, если требуется более высокое напряжение. Необходимо точное выравнивание напряжения. Различия в емкости и внутреннем сопротивлении батарей могут стать причиной разбалансировки, поэтому необходимо поддерживать равномерную скорость разряда и заряда.

Пример:

Необходимо увеличить время автономной работы ИБП, с шиной постоянного тока =12В.

Для увеличения времени автономии мы можем использовать только идентичные аккумуляторы, соединяя их параллельно. Подключая аккумуляторы таким способом, мы получаем цепочку с емкостью 200Ач и напряжением =12В.

Комбинированная схема подключения АКБ к ИБП

Смешанное соединение имеет признаки как последовательной, так и параллельной сборки. Батареи соединяются между собой последовательно, а затем полученные группы соединяются параллельно. Такой способ позволяет регулировать напряжение и емкость, что позволяет нам создать аккумуляторный блок практически для любого ИБП. Параллельное подключение к уже существующей собранной последовательно линейке увеличивает емкость АКБ, тем самым продлевая время автономной работы.

Общая емкость получившегося комплекта не должна превышать максимальную емкость, рекомендованную для данной модели ИБП.

Преимущества комбинированной схемы подключения:

• Возможность индивидуальной настройки напряжения и мощности в соответствии с конкретными требованиями.
• Гибкая конфигурация.
• Оптимальный баланс емкости и надежности.
• Оптимизация возможности как хранения, так и передачи энергии.
• Обеспечение резервирования и гибкости при выборе напряжения.

К недостаткам относят сложность проектирования, монтажа и управления, необходимость технического обслуживания. Требуется балансировка для предупреждения перезаряда или глубокого разряда отдельных элементов аккумуляторного блока.

Необходимо помнить, что при последовательном соединении сумма напряжений всех АКБ равна общему напряжению, а общая емкость линейки соединенных АКБ равна емкости одиночной батареи. При параллельном соединении напряжение одной линейки и общее равны, а сумма емкостей всех линеек равна общей.

Пример:

Необходимо увеличить время автономной работы ИБП, с шиной постоянного тока =24В, если известно, что к нему уже подключены 2 аккумулятора по 100Ач.

Для увеличения времени автономии мы можем использовать только идентичные аккумуляторы, подключая их параллельно. Соединяя аккумуляторы параллельно-последовательно, мы получаем цепочку с емкостью 200Ач и напряжением 24В.

Практические рекомендации и советы

Выбор схемы подключения аккумуляторов к ИБП зависит от шины постоянного тока ИБП, количества доступных аккумуляторов и мощностью встроенного в ИБП зарядного устройства. Последовательное соединение лучше всего подходит для ИБП, требующего высокого напряжения на шине постоянного тока. Параллельное соединение аккумуляторов позволит использовать всю мощность зарядного устройства ИБП, чтобы достичь максимально длительной автономии. Комбинированная схема требуется для оптимизации напряжения и емкости, её преимущественно используют в системах возобновляемой энергетики и резервного электропитания промышленных предприятий.

Некоторые производители ИБП указывают наиболее подходящие для своей продукции батареи. Если такие рекомендации отсутствуют, желательно проконсультироваться с продавцом. При покупке надо сравнить характеристики АКБ и бесперебойника и убедиться, что тип батареи, ее напряжение, емкость, ток заряда удовлетворяют требованиям ИБП. Даже при частичном несоответствии последствия могут быть серьезными. Так, подключение аккумулятора с некорректным напряжением может вывести всю систему из строя.

Приобретать аккумуляторы надо только в специализированных магазинах, которые не только гарантируют качество и подлинность продукции, но и соблюдают условия ее хранения – при их нарушении может, в частности, снизиться емкость батареи.

Техническое обслуживание и диагностика систем ИБП в гарантийный период производится согласно прилагаемой при покупке инструкции.

В постгарантийный период при наличии знаний и навыков пользователь может делать это самостоятельно, приглашать стороннего специалиста или обращаться в сервисный центр. В техническое обслуживание входит визуальный осмотр, очистка от пыли, проверка работы аккумуляторов, контроль режима температуры и влажности, мониторинг режимов работы и другие манипуляции, некоторые из которых могут выполнять только специалисты. Все работы должны проводиться при обесточенном оборудовании, кроме техобслуживания в режиме сервисного байпаса.

Заключение

Понимание особенностей, отличий и преимуществ схем подключения батарей к ИБП необходимо для создания эффективных, надежных и безопасных систем бесперебойного электроснабжения. Правильно подобранный способ соединения АКБ и бесперебойника в соответствии с конкретными требованиями обеспечит использование всего потенциала аккумуляторов и оптимальную производительность системы.