Как выбрать аккумулятор для ИБП

28.08.2023

Правильно подобранный аккумулятор для ИБП продлевает итоговый срок службы «бесперебойника», обеспечивает стабильность работы оборудования и автономность подключаемой техники. Чтобы выбрать подходящую батарею, следует разобраться в некоторых ключевых аспектах — какие бывают технологии производства аккумуляторов, как рассчитать необходимые показатели напряжения и ёмкости, как правильно учесть зарядные токи и подключить к ИБП несколько батарей, дабы нарастить запас автономности?

В вопросе выбора аккумулятора для «бесперебойника» нужен творческий подход. Конечно же, всегда можно купить батарею с аналогичными характеристиками той, которая уже была установлена (рабочим напряжением, ёмкостью и габаритами). Такой шаг оправдан, когда старая АКБ полностью устраивала, однако износилась и нуждается в замене. Гораздо же чаще возникает потребность нарастить энергоёмкость сборки, дабы продлить время автономной работы резервируемой от «бесперебойника» техники. Реже случаются ситуации, связанные с необходимостью подбора аккумуляторной батареи меньшей ёмкости, чтобы она успевала зарядиться по графикам отключения света.

Аккумулятор большей ёмкости для ИБП существенно продлевает время работы подключённой нагрузки. Но тут важно учитывать величину зарядного тока (об этом поведано ниже в соответствующем разделе). Говоря вкратце, «бесперебойник» небольшой мощности с энергоёмкой батареей попросту не сможет выдать надлежащий зарядный ток и аккум будет чересчур долго заряжаться. Зарядка малыми токами является наиболее щадящей для АКБ и продлевает её эксплуатационный ресурс, однако при регулярных отключениях света пользователь столкнется с проблемой постоянного недозаряда аккумулятора. Плюс к этому габариты батареи увеличенной ёмкости наверняка будут больше, чем у «родной» АКБ — в корпус «бесперебойника» аккумулятор не поместится.

Что же касается выбора меньшей батареи, чем предусматривалось изначально, не рекомендуется урезать энергоёмкость чрезмерно — вполовину меньший аккум может перегреваться из-за нештатных нагрузок. Ёмкость АКБ желательно подбирать примерно на 20 – 30 % меньше первоначальной, не более того.

Принцип работы всех АКБ для «бесперебойников» одинаков — они накапливают электрический заряд и отдают его при возникновении перебоев с энергоснабжением от сети. Различия заключаются в конструктивных особенностях строения аккумуляторов. На современном рынке представлены несколько распространённых технологий АКБ. Давайте разберёмся в их особенностях, чтобы легче было подобрать требуемое решение технически и с точки зрения толщины кошелька.

Технология

Гелевые (GEL)

Подвид классических свинцово-кислотных аккумуляторов, которые многим знакомы по сегменту автомобильных АКБ. В батареях типа GEL используется гелеобразный электролит. Среди свинцовых визави GEL-аккумуляторы лучше всего приспособлены под циклический характер работы, также они преспокойно выдерживают глубокий разряд. Гелевые батареи могут долгое время оставаться незаряженными и при этом не терять своих изначальных свойств.

Аккумуляторы GEL заполнены электролитом в гелеобразном состоянии.

В «бесперебойниках» аккумуляторы типа GEL применяются нечасто. Это связано с тем, что они заточены под схему работы, когда батарее нужно долго питать нагрузку с разрядкой почти до нуля, затем заряжаться и снова обеспечивать длительное автономное питание. Для буферного режима, который характерен для большинства ИБП, эта технология по ряду причин не особо годится. Приобретать гелевые батареи имеет смысл в тех случаях, когда «бесперебойнику» приходится включаться практически ежедневно и подолгу (например, в нестабильных сетях с постоянными и длительными сбоями в подаче электроэнергии). Лучше всего GEL-аккумуляторы сочетаются с продвинутыми ИБП типа Online, где батарея принимает непосредственное участие в стабилизации напряжения, а потому она постоянно задействована.

К основным минусам технологии относят повышенную чувствительность к коротким замыканиям и довольно дорогую стоимость как для массового потребительского сегмента.

Стеклотканевые (AGM)

Ещё одна разновидность свинцово-кислотных аккумуляторов необслуживаемого типа. Внутри корпуса AGM-батарей находится электролит в абсорбированном состоянии (Absorbed Glass Mat). Отсеки такого аккумулятора заполнены пористым стекловолоконным материалом, который и содержит в себе кислоту. Такая технология позволяет исключить выделение газов и сделать АКБ герметичной.

AGM-аккумуляторы хорошо вписываются в концепцию буферной работы источников бесперебойного питания, когда «бесперебойник» долгое время стоит наготове, чтобы в случае сбоя ненадолго поддержать энергоснабжение. Их отличительными чертами характера можно назвать долгий срок службы (свыше 10 лет), отсутствие «эффекта памяти», низкий уровень саморазряда, пригодность к установке батареи в любом удобном положении.

В аккумуляторах типа AGM электролит абсорбирован мелкопористыми стеклянными волокнами.

В минусы технологии AGM предопределена плохая переносимость перезарядов. Впрочем, при использовании качественного контроллера питания или встроенной BMS-платы эта проблема полностью сводится на нет.

Карбоновые

Продвинутая разновидность свинцово-кислотных АКБ со свинцовыми пластинами, которые обогащают углеродом (карбоном). Это снижает вероятность терморазгона — когда из-за нагрева электролита может произойти короткое замыкание. Карбоновые батареи имеют эксплуатационные ресурс до 15 лет, но предъявляют весьма специфические требования к режиму зарядки. Их рекомендуется разряжать не ниже 30 % и заряжать не более, чем на 90 %. Подходят карбоновые аккумуляторы только для ИБП с возможностью установки соответствующих параметров зарядки.

Литий-ионные (Li-Ion)

В качестве электролита аккумуляторы Li-Ion используют твёрдое вещество, содержащее в себе металл литий. Такие свойства позволяют сделать батарею более компактной и наделяют её устойчивостью к постоянной разрядке. Литий-ионные аккумуляторы для ИБП не подвержены «эффекту памяти» и способны довольно быстро заряжаться. Срок службы у литий-ионных АКБ тоже приличный — отдельные экземпляры таких аккумов выдерживают свыше 1500 циклов заряда/разряда.

Без недостатков у данного варианта тоже не обошлось — прежде всего, аккумуляторы Li-Ion проявляют повышенную чувствительность к низким или повышенным температурам. А при перегрузке батарея Li-Ion может загореться или даже взорваться. Совместно с такими АКБ важно использовать качественный контроллер питания.

Литий-железо-фосфатные (LiFePO4)

Разработка литий-железо-фосфатных АКБ велась с целью устранения некоторых недостатков оригинальной технологии Li-Ion. Батареи типа LiFePO4 могут похвастать большим количеством рабочих циклов заряда/разряда, химической и термической стабильностью, переносимостью низких и высоких температур в эксплуатационном режиме работы, непродолжительным временем заряда с использованием высоких токов. Заряжать аккумуляторы LiFePO4 можно до нулевой температуры по шкале Цельсия.

Примерно так выглядит один из шагов заводской сборки аккумуляторов типа LiFePO4.

Аккумуляторам LiFePO4 не страшны перегрузки и перезаряды, они отлично справляются с высокими пиковыми нагрузками и держат стабильное рабочее напряжение почти до полного разряда. Также такие батареи выдают высокий КПД, имеют длительный срок эксплуатации и обладают низким уровнем саморазряда. Сборки из аккумуляторов LiFePO4 подходят для резервного питания с помощью ИБП самой разнообразной электронной техники.

Как рассчитать необходимую ёмкость аккумулятора

Для определения необходимой ёмкости АКБ важно рассчитать суммарную мощность резервируемой нагрузки, которая складывается по паспортам электроприборов или таблице мощностей:

Зная, какую именно нагрузку предполагается резервировать от «бесперебойника», можно приступать к просчётам предполагаемой ёмкости аккумулятора на конкретное время работы. Для этого используется следующая формула:

E = (P • T) / (V • K),

• E — это ёмкость батареи в ампер-часах (Ач);
• P — совокупная мощность подключаемого оборудования в ваттах (Вт);
• T — время резервирования нагрузки в часах (ч);
• V — напряжение аккумулятора в вольтах (В);
• K — коэффициент используемой ёмкости, который учитывает часть израсходованного заряда на энергоснабжение нагрузки; как правило, здесь берут усреднённый вариант 0.8, реже коэффициент принимают за «единицу».

Предположим, перед нами поставлена задача наладить от ИБП резервное питание отопительного котла и его управляющей электроники на протяжении до 4 часов. Мощность всего подключаемого оборудования составляет порядка 100 Вт, напряжение аккумулятора — 12 В (одна 12-вольтовая батарея или два аккума по 6 В, подключённых параллельно):

(100 • 4) / (12 • 0.8) = 41.66 (Ач)

Для наших целей сгодится аккумулятор ёмкостью до 50 Ач — это с учётом почти 20 % про запас. Либо же можно приобрести несколько батарей меньшей ёмкости, которые в сумме дают требуемый запас энергии. В отопительных контурах с циркуляционным насосом дополнительно необходимо накинуть от 50 до 100 Вт мощности сверху (в зависимости от конкретной модели насоса) и выполнить просчёты под заданные параметры мощности.

• параллельное подключение суммирует вольтаж батарей (три условных аккума по 6 В дают в сумме напряжение 18 В);
• последовательная схема позволяет увеличить общую ёмкость сборки (две условных батареи ёмкостью 40 Ач выдают суммарную энергоёмкость 80 Ач).

Бывают и обратные ситуации, когда ёмкость АКБ известна, а необходимо просчитать время резервного питания нагрузки. В таком случае формула немного видоизменяется:

T = (E • V • K) / P,

• T — время резервирования нагрузки в часах (ч);
• E — ёмкость батареи в ампер-часах (Ач);
• V — напряжение аккумулятора в вольтах (В);
• K — коэффициент используемой ёмкости, который учитывает часть израсходованного заряда на энергоснабжение нагрузки; как правило, здесь берут усреднённый вариант 0.8, реже коэффициент принимают за «единицу»;
• P — совокупная мощность подключаемого оборудования в ваттах (Вт).

Предположим, имея ИБП с 12-вольтовым аккумулятором ёмкостью 50 Ач, необходимо организовать резервное питание холодильника. Сколько он протянет при отключениях света? Для примера возьмём, что компрессор холодильного агрегата с мощностью потребления 200 Вт работает примерно по 2 минуты с интервалом через 10 минут. Среднее значение его энергопотребления составляет 200 Вт • 2 мин. / 10 мин. = 40 Вт. Эту цифру мы и берём в качестве величины P:

(50 • 12 • 0.8) / 40 = 12 (часов)

Подключая другое оборудование, требуется приплюсовать к параметрам энергопотребления холодильника и его мощность, после чего заново рассчитать предполагаемое время работы суммарной нагрузки.

Зарядный ток

Важным фактором при выборе аккумуляторов для ИБП является зарядный ток. Это та сила тока, которая подаётся на батарею от «бесперебойника». Если вы ставите штатный аккумулятор, об этом параметре можно не беспокоиться, но все-таки важно его проверить. В противном случае необходимо обязательно учесть ток зарядки. В характеристиках АКБ он указывается нечасто, однако примерно рассчитать показатель можно путём разделения ёмкости аккумулятора на 10. Т.е. для условной батареи ёмкостью 100 Ач зарядный ток должен быть порядка 10 Ач (а значит зарядится она примерно за 10 часов). Значительное превышение зарядного тока приводит к быстрому износу АКБ, а зарядка малыми токами ничем плохим не сулит, но может надолго растянуться по времени.

Оговоримся, что сказанное справедливо для обычных условий. В ритме жизни с отключениями света по графикам и вне расписания можно пойти на поводу у компромиссов. Заряжать батарею 10 часов часто бывает непозволительной роскошью. Соответственно, важно правильно расставить приоритеты — зарядка аккумулятора бóльшими токами вполне допускается, хоть и происходит в ущерб долговечности АКБ. Вдвое урезать время зарядки условного аккума на 100 Ач можно при использовании зарядного тока 20 А, батареи ёмкостью 50 Ач — током 10 А и т.д. Аккумулятор в таких случаях «проживёт» меньше, но и вы не останетесь без резервного питания.

Подбирая аккумулятор для ИБП на замену, необходимо обязательно учесть величину зарядного тока для новой батареи.

В некоторых моделях «бесперебойников» с возможностью подключения к ПК или смартфону (например, по сети Bluetooth) есть калибровочный режим, позволяющий выбрать и установить оптимальную величину зарядного тока под конкретно взятую аккумуляторную сборку или собственные предпочтения.

Можно ли использовать с ИБП стартерные (автомобильные) аккумуляторы?

Стартовые или стартерные АКБ работают в двух основных режимах: кратковременные разряды высоким током при работе стартера и нечастые долговременные разряды малым током при работе потребителей на выключенном двигателе. «Бесперебойники» же предполагают немного иную схему работы с частыми глубокими разрядами аккумулятора, чего традиционные свинцово-кислотные автомобильные батареи совсем не любят. Совместно с ИБП их работа вполне возможна, но лишь при соблюдении определённых условий. Главное из таковых — рабочее напряжение «бесперебойника» должно быть кратно 12 В. Если оно ниже (например, 4 или 6 В), подключить автомобильный аккумулятор не получится; выше, но кратно 12 В — можно собрать сборку из нескольких последовательно соединенных автомобильных АКБ, но ёмкость такого решения может оказаться чрезмерно велика.

Стартерные автомобильные аккумуляторы не особо годятся для совместного использования с ИБП.

Ещё один ограничивающий фактор применения свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов в связке с ИБП — это пожаро- и взрывоопасность процесса зарядки (при кипении жидкого электролита выделяются водород и кислород, а корпус у классических стартерных АКБ обычно негерметичен и отвод таких «выделений» осуществляется буквально «на улицу»). Также автомобильные батареи имеют чуточку большее рабочее напряжение, что сулит постоянным недозарядом аккумулятора, не рассчитаны на длительную работу и глубокие разряды (свыше 50 % от первоначальной ёмкости). В сухом остатке они больше годятся как временное решение для авральных ситуаций, но никак не выглядят надёжным вариантом аккумуляторов для «бесперебойников». Все-таки стартовые АКБ разительно отличаются по характеру работы от тяговых, которые принято использовать в ИБП.

Многих указанных изъянов лишены гелевые автомобильные АКБ, модели AGM и аккумуляторы подтипа EFB. Они нередко преспокойно выдерживают постоянный заряд/разряд, собираются в герметичном корпусе, однако уступают в плане долговечности специализированным батареям для ИБП. Более подробно об этих и других разновидностях АКБ рассказывается в статье «Распространённые типы аккумуляторных батарей».

ИБП с грамотно подобранной батареей поможет наладить автономную работу компьютерной и наиболее востребованной бытовой техники при частых перебоях с электроснабжением. В качестве альтернативы им научились делать сборки из автоинвертора и стартерной АКБ. Подробнее о таковых поведано в материале «Как выбрать автомобильный инвертор для создания систем автономного питания от автоаккумулятора».

Также на арену относительно недавно вышли портативные зарядные станции, которые зарекомендовали себя исключительно в положительном ключе. Во многих моделях мобильных электростанций предусматривается функция ИБП, предоставляющая возможность автоматически переключаться на питание подключённой нагрузки при отключениях света. «Что такое портативные зарядные станции?» — читайте в одноименной статье.