Как устроены аккумуляторы в UPS

Приветствую, друзья!

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

Свинцово-кислотный аккумуляторВ 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

Емкость аккумулятора в ампер-часахАккумуляторы 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.

Технические данные на батарею GP1272Например, 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.

С вами был Vsbot. До встречи на блоге!

Окончание следует…


Обсуждение: 27 комментариев

  1. Fil:

    Я так скажу просто — «Ну очень глубоко»)))

  2. Олег:

    А почему не делают литий-ионные аккумуляторы для UPS?

    1. Виктор Геронда:

      Они бы стоили сильно дороже. И сам UPS тоже бы излишне дорогим.

      To Fil: Привык глубоко копать))

  3. Олег:

    А если аккумулятор умер, как-то можно его восстановить?

    1. Виктор Геронда:

      Думаю,что нет. Я пару раз пробовал — не получилось. Если аккумулятор «не берет» ток при заряде (т.е. ток заряда очень мал) — пора менять батарею.

  4. SPY:

    Очень интересная статья, а можете рассказать, что будет если перевернуть UPS вверх ногами? не сильно это страшно для простых аккумуляторов? заранее спасибо за ответ и с нетерпением ждем продолжения статьи!

    1. Виктор Геронда:

      Если перевернуть UPS вверх ногами — ничего страшного не произойдет! Те, аккумуляторы, которые там находятся, специально сделаны так, что их не надо обслуживать. Во- первых, каждая банка закрыта резиновой пробкой, де еще и сверху пластиковая оболочка. Во-вторых, электролит там присутствует в виде геля, а не жидкости. Даже если открыть пробки и перевернуть аккумулятор вверх ногами — ничего оттуда не потечет, проверено неоднократно.
      Продолжение стати опубликовано, смотрите в этой же рубрике.

  5. Евгений Иванов:

    Спасибо за советы, много нового для себя узнал

    1. Виктор Геронда:

      Пожалуйста, Евгений.

  6. Яков:

    Очень познавательно, спасибо.

  7. Виктор:

    Как вариант, а вы воды доливать не пробовали? Там обычный кислотный аккумулятор, может он тоже высыхает как и автомобильный? Сам прикрутил к тысячнику два обычных автомобильных аккумулятора, думал не хватит зарядного тока, но все работаек, все ок! Пять часов сервер + свитч + всякой мелочи.

  8. ANGELO:

    Как вариант, а вы воды доливать не пробовали? Там обычный кислотный аккумулятор, может он тоже высыхает как и автомобильный? Сам прикрутил к тысячнику два обычных автомобильных аккумулятора, думал не хватит зарядного тока, но все работаек, все ок! Пять часов сервер + свитч + всякой мелочи.

    1. Виктор Геронда:

      В аккумуляторах для ИБП ни электролит, а гель. Если открыть пробу в банке, оттуда ничего не выливается. Я пробовал подливать туда дистиллированную воду, но это работает далеко не всегда.

  9. Лаовай:

    Не обязательно гель. Гелевые и AGM — это совершенно разные типы батарей, хотя их и путают часто. А вообще лучшие AGM аккумуляторы для ИБП делает Sacred Sun -с точки зрения цена/качество, плюс у них гарантийный срок работы 2 года, а не год, как у всех.

    1. Виктор Геронда:

      да, это разные типы, спасибо за уточнение.

  10. aper:

    то есть гель или кислота H2SO4 у свинцовых UPS? спасибо заранее

    1. Виктор Геронда:

      Насколько я знаю, в гелевых (свинцовых) аккумуляторах используется электролит H2SO4 со специальными добавками. Плюс там еще сетка внутри. Если наклонить аккумулятор из UPS, оттуда ничего не вытекает. Кислоту туда доливать нельзя, дистиллированную воду можно. Это может понадобиться при восстановлении аккумулятора.

  11. aper:

    точнее,можно долить серную кислоту?мне сказали,что пластины разрушаться,правда это?если можно подробнее

    1. Виктор Геронда:

      При восстановлении аккумуляторов UPS я доливал в каждую банку по 3 мл дистиллированной воды и ставил на зарядку. Однако восстановить можно не все аккумуляторы.

  12. Евгений:

    У меня такая проблема, АКБ АПС на 12В заряжается нормально НО отдает тока максимум 4А что с ним делать? на утиль?

    1. Виктор Геронда:

      Евгений, попробуйте залить в каждую банку по 3 мл дистиллированной воды и раскачать аккумулятор несколькими циклами заряд-разряд. Шансов на восстановление немного, но они есть.

      1. Евгений:

        Сколько циклов должно быть?

        1. Виктор Геронда:

          Два-три. Разряжать можно автомобильной лампой. Если аккумулятору «полегчает» (он будет отдавать бОльший ток), можно еще пару циклов.
          Если какая-то банка аккумулятора греется сильнее, чем остальные, скорее всего, ничего не получится. Именно в ней повышенное внутреннее сопротивление. Именно ее внутренним сопротивлением и определяется общее внутреннее сопротивление всего аккумулятора. Скорее всего, именно из-за повышенного внутреннего сопротивления аккумулятор и не может отдать большой ток.

          1. Евгений:

            Спасибо Виктор!

            Погоняю для успокоения души, и буду потихоньку готовиться к покупке нового аккума.
            Если ни чего не получиться останется у меня для лампочки или вентилятора сейчас отдает не более 3 — 4 А

            1. Виктор Геронда:

              Если через два-три цикла не полегчает, можно дальше не возиться.

      2. Евгений:

        Блиин его глючит как-то!

        Подкинул лампу на 12в, 21 ват, напряжение было на аккуме 12,7В, через 30 минут замерил — 9,8В, плюнул и оставил дальше садить, подхожу через час — 11,7 ВОЛЬТ!!! Это как его понимать??? Я фиг его знает….

        1. Виктор Геронда:

          В процессе циклов «заряд-разряд» у аккумулятора может изменяться внутреннее сопротивление. Скорее всего, в вашем случае произошло то же самое. Оно уменьшилось. Поэтому и падение напряжения на нем тоже уменьшилось. Соответственно, напряжение на клеммах увеличилось. Будет ли далее внутреннее сопротивление на этом же уровне — сказать трудно.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2016 Компьютер и жизнь // Дизайн и поддержка: GoodwinPress.ru