Як вибрати акумулятор для ДБЖ

У питанні вибору акумулятора для «безперебійника» потрібен творчий підхід. Звичайно ж, завжди можна купити батарею з аналогічними характеристиками до тієї, яка вже була встановлена (робочою напругою, ємністю та габаритами). Такий крок виправданий, коли стара АКБ повністю влаштовувала, проте зносилася і потребує заміни. Набагато частіше виникає потреба наростити енергоємність збірки, щоб подовжити час автономної роботи резервованої від «безперебійника» техніки. Рідше трапляються ситуації, пов'язані з необхідністю підбору акумуляторної батареї меншої ємності, щоб вона встигала зарядитись за графіками вимкнення світла.

Акумулятор більшої ємності для ДБЖ суттєво подовжує час роботи підключеного навантаження. Але тут важливо враховувати величину зарядного струму (про це розказано нижче у відповідному розділі). Говорячи коротко, «безперебійник» невеликої потужності з енергоємною батареєю просто не зможе видати належний зарядний струм і акумулятор буде занадто довго заряджатися. Заряджання малими струмами є найбільш щадним для АКБ і подовжує його експлуатаційний ресурс, однак при регулярних відключеннях світла користувач зіткнеться з проблемою постійного недозаряду акумулятора. Плюс до цього габарити батареї збільшеної ємності, напевно, будуть більшими, ніж у «рідної» АКБ — в корпус «безперебійника» акумулятор не поміститься.

Що ж до вибору меншої батареї, ніж передбачалося першопочатково, не рекомендується урізати енергоємність надмірно — наполовину менший акумулятор може перегріватися через нештатні навантаження. Ємність АКБ бажано підбирати приблизно на 20 – 30% менше початкової, не більше.

Принцип роботи всіх АКБ для «безперебійників» однаковий – вони накопичують електричний заряд і віддають його у разі перебоїв з енергопостачанням від мережі. Відмінності полягають у конструктивних особливостях будови акумуляторів. На сучасному ринку представлено кілька поширених технологій АКБ. Давайте розберемося в їх особливостях, щоб легше було підібрати потрібне рішення технічно і з точки зору товщини гаманця.

Технологія

Гелеві (GEL)

Підвид класичних свинцево-кислотних акумуляторів, які багатьом знайомі за сегментом автомобільних АКБ. У батареях типу GEL використовують гелеподібний електроліт. Серед свинцевих аналогів GEL-акумулятори найкраще пристосовані під циклічний характер роботи, також вони спокійнісінько витримують глибокий розряд. Гелеві батареї можуть довго залишатися незарядженими і при цьому не втрачати своїх початкових властивостей.

Акумулятори GEL заповнені електролітом у гелеподібному стані.

У «безперебійниках» акумулятори типу GEL використовуються нечасто. Це пов'язано з тим, що вони заточені під схему роботи, коли батареї потрібно довго живити навантаження з розрядкою майже до нуля, потім заряджатися і знову забезпечувати тривале автономне живлення. Для буферного режиму, який характерний для більшості ДБЖ, ця технологія з низки причин особливо не годиться. Придбавати гелеві батареї має сенс у тих випадках, коли «безперебійнику» доводиться вмикатися практично щодня і надовго (наприклад, у нестабільних мережах з постійними та тривалими збоями у подачі електроенергії). Найкраще GEL-акумулятори поєднуються з прогресивними ДБЖ типу Online, де батарея бере безпосередню участь у стабілізації напруги, а тому вона постійно задіяна.

До основних мінусів технології відносять підвищену чутливість до коротких замикань та досить дорогу вартість як для масового споживчого сегменту.

Склотканинні (AGM)

Ще один різновид свинцево-кислотних акумуляторів типу, що не обслуговується. Всередині корпусу AGM-батарей знаходиться електроліт в абсорбованому стані (Absorbed Glass Mat). Відсіки такого акумулятора заповнені пористим скловолоконним матеріалом, який містить у собі кислоту. Така технологія дає змогу виключити виділення газів та зробити АКБ герметичною.

AGM-акумулятори добре вписуються в концепцію буферної роботи джерел безперебійного живлення, коли безперебійник довгий час стоїть напоготові, щоб у разі збою ненадовго підтримати енергопостачання. Їх характерними рисами можна назвати тривалий термін служби (понад 10 років), відсутність «ефекту пам'яті», низький рівень саморозряду, придатність до встановлення батареї у будь-якому зручному положенні.

В акумуляторах типу AGM електроліт абсорбований дрібнопористими скляними волокнами.

Мінуси технології AGM включають погану переносимість перезарядів. Втім, при використанні якісного контролера живлення або вбудованої BMS-плати ця проблема повністю зводиться нанівець.

Карбонові

Прогресивний різновид свинцево-кислотних АКБ зі свинцевими пластинами, які збагачують вуглецем (карбоном). Це знижує ймовірність терморозгону – коли через нагрівання електроліту може статися коротке замикання. Карбонові батареї мають експлуатаційні ресурси до 15 років, але пред'являють дуже специфічні вимоги до режиму зарядки. Їх рекомендується розряджати не нижче 30% і заряджати не більше ніж на 90%. Підходять карбонові акумулятори тільки для ДБЖ з можливістю встановлення відповідних параметрів зарядки.

Літій-іонні (Li-Ion)

Як електроліт акумулятори Li-Ion використовують тверду речовину, що містить в собі метал літій. Такі властивості дають можливість зробити батарею компактнішою і наділяють її стійкістю до постійної розрядки. Літій-іонні акумулятори для ДБЖ не схильні до «ефекту пам'яті» і здатні досить швидко заряджатися. Термін служби у літій-іонних АКБ теж пристойний – окремі екземпляри таких акумуляторів витримують понад 1500 циклів заряду/розряду.

Без недоліків у даного варіанта теж не обійшлося – перш за все, акумулятори Li-Ion виявляють підвищену чутливість до низьких або підвищених температур. А при перевантаженні батарея Li-Ion може спалахнути або навіть вибухнути. Спільно з такими АКБ важливо використовувати якісний контролер живлення.

Літій-залізо-фосфатні (LiFePO4)

Розробка літій-залізо-фосфатних АКБ велася з метою усунення деяких недоліків оригінальної технології Li-Ion. Батареї типу LiFePO4 можуть похвалитися великою кількістю робочих циклів заряду/розряду, хімічною та термічною стабільністю, переносимістю низьких та високих температур в експлуатаційному режимі роботи, нетривалим часом заряду з використанням високих струмів. Заряджати акумулятори LiFePO4 можна до нульової температури за шкалою Цельсія.

Приблизно так виглядає один із кроків заводської збірки акумуляторів типу LiFePO4.

Акумуляторам LiFePO4 не страшні перевантаження та перезаряди, вони чудово справляються з високими піковими навантаженнями і тримають стабільну робочу напругу майже до повного розряду. Також такі батареї видають високий ККД, мають тривалий термін експлуатації і низький рівень саморозряду. Збірки з акумуляторів LiFePO4 підходять для резервного живлення за допомогою ДБЖ найрізноманітнішої електронної техніки.

Як розрахувати необхідну ємність акумулятора

Для визначення необхідної ємності АКБ важливо розрахувати сумарну потужність резервованого навантаження, що додається за паспортами електроприладів або таблицею потужностей:

Знаючи, яке саме навантаження передбачається резервувати від «безперебійника», можна приступати до прорахунків ємності акумулятора на конкретний час роботи. Для цього використовується така формула:

E = (P • T) / (V • K),

• E – це ємність батареї в ампер-годинник (Агод);
• P – сукупна потужність устаткування, що підключається у ватах (Вт);
• T – час резервування навантаження в годинах (год);
• V – напруга акумулятора у вольтах (В);
• K — коефіцієнт ємності, що використовується, який враховує частину витраченого заряду на енергопостачання навантаження; зазвичай, тут беруть усереднений варіант 0.8, рідше коефіцієнт приймають за «одиницю».

Припустимо, перед нами поставлене завдання налагодити від ДБЖ резервне живлення опалювального котла та його управляючої електроніки, протягом до 4 годин. Потужність всього обладнання, що підключається, становить близько 100 Вт, напруга акумулятора – 12 В (одна 12-вольтова батарея або два акумулятори по 6 В, підключених паралельно):

(100 • 4) / (12 • 0.8) = 41.66 (Агод)

Для наших цілей пригодиться акумулятор ємністю до 50 Агод – це з урахуванням майже 20% про запас. Або можна придбати кілька батарей меншої ємності, які у сумі дають необхідний запас енергії. У опалювальних контурах із циркуляційним насосом додатково необхідно накинути від 50 до 100 Вт потужності зверху (залежно від конкретної моделі насоса) та виконати прорахунки під задані параметри потужності.

• паралельне підключення підсумовує вольтаж батарей (три умовні акумулятори по 6 В дають у сумі напругу 18 В);
• послідовна схема дає змогу збільшити загальну ємність збірки (дві умовні батареї ємністю 40 Агод видають сумарну енергоємність 80 Агод).

Бувають і обернені ситуації, коли ємність АКБ відома, а необхідно прорахувати час резервного живлення навантаження. У такому разі формула трохи видозмінюється:

T = (E · V · K) / P,

• T – час резервування навантаження в годинах (год);
• E – ємність батареї в ампер-годинах (Агод);
• V – напруга акумулятора у вольтах (В);
• K — коефіцієнт ємності, що використовується, який враховує частину витраченого заряду на енергопостачання навантаження; зазвичай, тут беруть усереднений варіант 0.8, рідше коефіцієнт приймають за «одиницю»;
• P – сукупна потужність устаткування, що підключається у ватах (Вт).

Припустимо, маючи ДБЖ з 12-вольтовим акумулятором ємністю 50 Агод, необхідно організувати резервне живлення холодильника. Скільки він протягне за відключення світла? Наприклад візьмемо, що компресор холодильного агрегату з потужністю споживання 200 Вт працює приблизно по 2 хвилини з інтервалом через 10 хвилин. Середнє значення енергоспоживання становить 200 Вт • 2 хв. / 10 хв. = 40 Вт. Цю цифру ми і беремо як величину P:

(50 • 12 • 0.8) / 40 = 12 (годин)

Підключаючи інше обладнання, потрібно приплюсувати до параметрів енергоспоживання холодильника і його потужність, після чого заново розрахувати час роботи сумарного навантаження.

Зарядний струм

Важливим фактором при виборі акумуляторів для ДБЖ є зарядний струм. Це сила струму, яка подається на батарею від «безперебійника». Якщо ви ставите штатний акумулятор, про цей параметр можна не турбуватися, але все ж таки важливо його перевірити. В іншому випадку необхідно обов'язково врахувати струм зарядки. У характеристиках АКБ він вказується нечасто, проте приблизно розрахувати показник можна шляхом розподілу ємності акумулятора на 10. Тобто. для умовної батареї ємністю 100 Агод зарядний струм повинен бути близько 10 Агод (а отже зарядиться вона приблизно за 10 годин). Значне перевищення зарядного струму призводить до швидкого зношування АКБ, а зарядка малими струмами нічого поганого не обіцяє, але може надовго розтягнутися за часом.

Зазначимо, що сказане справедливо для нормальних умов. У ритмі життя з відключеннями світла за графіками та поза розкладом можна піти на компроміс. Заряджати батарею 10 годин часто буває недозволеною розкішшю. Відповідно, важливо правильно розставити пріоритети – зарядка акумулятора більшими струмами цілком допускається, хоч і відбувається на шкоду довговічності АКБ. Вдвічі урізати час зарядки умовного акумулятора на 100 Агод можна за умови використання зарядного струму 20 А, батареї ємністю 50 Агод — струмом 10 А тощо. Акумулятор у таких випадках «проживе» менше, але й ви не залишитеся без резервного живлення.

Підбираючи акумулятор для ДБЖ на заміну, необхідно обов'язково врахувати величину зарядного струму нової батареї.

У деяких моделях «безперебійників» з можливістю підключення до ПК або смартфону (наприклад, по мережі Bluetooth) є калібрувальний режим, що дає змогу вибрати і встановити оптимальну величину зарядного струму під акумуляторну збірку або власні переваги.

Чи можна використовувати з ДБЖ стартерні (автомобільні) акумулятори?

Стартові або стартерні АКБ працюють у двох основних режимах: короткочасні розряди високим струмом під час роботи стартера та нечасті довготривалі розряди малим струмом при роботі споживачів на вимкненому двигуні. «Безперебійники» ж припускають дещо іншу схему роботи з частими глибокими розрядами акумулятора, чого традиційні автомобільні свинцево-кислотні батареї зовсім не люблять. Разом з ДБЖ їх робота цілком можлива, але лише за дотримання певних умов. Головне з таких – робоча напруга «безперебійника» має бути кратною 12 В. Якщо вона нижче (наприклад, 4 або 6 В), підключити автомобільний акумулятор не вийде; вище, але кратно 12 – можна зібрати збірку з декількох послідовно з'єднаних автомобільних АКБ, але ємність такого рішення може виявитися надмірно велика.

Стартерні автомобільні акумулятори не дуже підходять для спільного використання з ДБЖ.

Ще один обмежуючий фактор застосування свинцево-кислотних автомобільних акумуляторів у зв'язці з ДБЖ – це пожежо- і вибухонебезпечність процесу зарядки (при кипінні рідкого електроліту виділяються водень і кисень, а корпус у класичних стартерних АКБ зазвичай негерметичний і відведення таких «виділень» здійснюється буквально «на вулицю»). Також автомобільні батареї мають трішки більшу робочу напругу, що загрожує постійним недозарядом акумулятора, не розраховані на тривалу роботу і глибокі розряди (понад 50% від початкової ємності). У сухому залишку вони більше годяться як тимчасове рішення для авральних ситуацій, але ніяк не виглядають надійним варіантом акумуляторів для безперебійників. Все-таки стартові АКБ разюче відрізняються за характером роботи від тягових, які прийнято використовувати в ДБЖ.

Багатьох вказаних вад позбавлені гелеві автомобільні АКБ, моделі AGM та акумулятори підтипу EFB. Вони нерідко спокійнісінько витримують постійний заряд/розряд, збираються в герметичному корпусі, проте поступаються в плані довговічності спеціалізованим батареям для ДБЖ. Докладніше про ці та інші різновиди АКБ розповідається у статті «Поширені типи акумуляторних батарей».

ДБЖ із грамотно підібраною батареєю допоможе налагодити автономну роботу комп'ютерної та найбільш затребуваної побутової техніки при частих перебоях з електропостачанням. В якості альтернативи їм навчилися робити збірки з автоінвертора та стартерної АКБ. Докладніше про такі розказано у матеріалі «Як вибрати автомобільний інвертор для створення систем автономного живлення від автоакумулятора».

Також на арену відносно недавно вийшли портативні зарядні станції, які зарекомендували себе виключно у позитивному ключі. У багатьох моделях мобільних електростанцій передбачається функція ДБЖ, що надає можливість автоматично перемикатися на живлення підключеного навантаження під час відключення світла. «Що таке портативні зарядні станції?» – читайте в однойменній статті.