Можно ли к ибп подключить автомобильный аккумулятор
Стоит ли использовать источник бесперебойного питания-ИБП, для своих устройств?
Скорее да, чем нет. Ведь, он не только обезопасит вас от нештатных ситуаций, таких как отключение электричества, или скачки напряжения, но и сохранит ваше оборудование от выхода из строя, которое стоит немалых средств.
За счёт чего, ИБП обеспечивает поддержание электропитания? Знаете, конечно, что в нём имеется встроенный аккумулятор, который имеет свой срок использования. И вот, через пару-тройку лет, ваш ИБП, уже не работает должным образом, а потом совсем перестаёт функционировать.
И встаёт вопрос о замене данного аккумулятора, а он стоит, чуть ли не половину самого ИБП. Кто-то покупает новый аккумулятор, а кто-то покупает сразу новый ИБП.
У меня тоже была такая ситуация, что ИБП перестал быть ИБП. И встал вопрос о замене аккумулятора. Цена на него было большая, а приобрести в нашей местности, его не было возможности.
И для своего ИБП, я приспособил б/у автомобильный аккумулятор, который был снят с автомобиля, вследствие окончания срока годности. И к моей великой радости, автомобильный аккумулятор для работы к ИБП вполне подошёл, и работает уже три года! Он прослужил на автомобиле 5 лет, и 3 года на ИБП, и ещё работает. Для работы ИБП, не нужно больших нагрузок, и он вполне может работать.
Ведь, в чём суть ИБП? Это выдержать скачки напряжения, и временных отключений электричества, которые иногда могут внезапно случаться, по разным причинам. Ведь, даже короткое отключение электричества приводит к отключению всей вашей подключенной технике.
Я имею ввиду, самое главное, это компьютер и монитор. Для компьютера такое отключение, чревато различным сбоям. А при работающем ИБП, кратковременное отключение не будет страшным, а при длительном, будет время для полноценного завершения всех работающих программ, и правильному отключению.
Мой аккумулятор имеет следующие характеристики: 12В, 55Ач. И он подключен стандартно, согласно полярности на штатном ИБП, только его размеры конечно великоваты, и он поэтому стоит рядом.
Я подключил его при помощи удлинённых проводов, к штатному месту подключения. Провода я подобрал потолще, и обмотал их изолентой. Провода к аккумулятору я закрепил при помощи стандартных свинцовых клемм, а к ИБП припаял зажимы штекеры, типа «папа-мама», как были на родном ИБП.
Вот такая модернизация моего бесперебойника , позволяет мне быть защищённым, от нештатных ситуаций с электричеством. Если вам понравилось моя модернизация, то ставьте Лайк! Жду ваших комментарий к статье! Всем Удачи, и Подпишитесь на Канал!
На тот момент, когда я первый раз попробовал заменить в ИБП старый аккумулятор ёмкостью 7Ач на старый автомобильный аккумулятор номинальной ёмкостью 65Ач, я ещё не знал, почему этого нельзя делать, и как это может навредить здоровью аккумулятора, самому ИБП и людям, проживающим в одном помещении с ним.
Доработка бесперебойника не заняла много времени, но профит был заметен сразу же. Сто-ватная нагрузка в виде домашнего «сервера» продержалась порядка двадцати часов без внешнего питания, хотя раньше 10 минут — это был предел, которого хватало разве что на корректное завершение работы. Более длительных отключений за время эксплуатации данной модификации замечено не было, а подключение интернета по технологии GPON позволяло серверу оставаться в сети даже при масштабных отключениях электроэнергии.
Но это было давно. А год назад мне случайно попалось на глаза объявление о продаже нескольких бывших в употреблении ИБП APC 3000 за смешные деньги, 4000 рублей за штуку, без аккумуляторов, но рабочие. Немного подумав, решил что надо брать, причём сразу два, правда к моменту покупки цена успела подняться до 5000 рублей за штуку, но меня это не остановило, ведь в магазине за те же деньги предлагали лишь варианты на 1кВт, да и то от всяких noname фирм с не очень лестными отзывами и модифицированным синусом.
Без аккумуляторов ИБП включаться отказался, судя по информации из интернета, ему требовалось восемь аккумуляторов по 12 вольт, т.е. батарея на 96 вольт, но конденсаторы на входе батарей были номиналом 63 вольта. Оказалось, что в картридже две параллельно соединённых цепочки по четыре аккумулятора, по 5Ач каждый. Итого получается батарея на 48 вольт и 10Ач. И вот тут началось самое интересное.
Выбор АКБ
Настало время покупать аккумуляторы. Разница в цене между специализированным аккумуляторами для ИБП и обычными автомобильными была примерно раза в два при сопоставимой ёмкости. Зачем платить больше? Решил загуглить и нашёл несколько сайтов продающих АКБ для ИБП, которые почти под копирку приводили несколько доводов, почему стоит заплатить больше. В целом звучит правдоподобно, но давайте их рассмотрим поподробнее.
Итак, первая значительная разница — это различное напряжение постоянного тока в автомобиле и у источника автономного электроснабжения. У автомобильной батареи напряжение постоянного тока примерно равно 14-14.2 В, а у аккумулятора для источника бесперебойного питания оно составляет 13.5-13.8 В. Напряжение тока заряда у обычных автомобильных и специальных для ИБП рассчитано на различные значения. После того как Вы подсоедините автомобильный аккумулятор к системе резервного электропитания, то результат будет виден такой — постоянно батарея будет недозаряжена. Высокое внутреннее сопротивление имеется у максимально заряженной батареи, так как потребляется небольшой ток при работе с ИБП. С разряженными аккумуляторами дела состоят с точностью наоборот. В конечном итоге присоединение автомобильного аккумулятора может привести к кипению электролита, так как будет потребляться постоянно ток и аккумулятор не будет до конца заряжаться.
Заглядываем в статью википедии о свинцово-кислотных аккумуляторах и видим, что ЭДС заряженного аккумулятора 2.11-2.17В, для 6 банок это получается 12,66-13,02В. Смотрим на аккумулятор для ИБП и видим надписи о рекомендуемых значениях напряжений: в режим постоянного подзаряда 13.5-13.8В, в циклическом режиме 14.4-15.0В. Смотрим на полностью заряженный автомобильный аккумулятор, видим 12.7В, заводим двигатель, напряжение поднимается до 14.2. Получается что 14.2В — это не напряжение автомобильного аккумулятора, а напряжение которым его заряжает автомобильный генератор. Но разве в автомобиле предусмотрена какая-либо схема заряда аккумулятора? В общем мне показался данный довод несостоятельным.
Второе отличие — временной этап работы и равномерное выделение электрического тока за счет пластин, которые встроены внутри аккумуляторной батареи. Средняя толщина электрода (пластины) у автомобильного аккумулятора составляет примерно 1-1.2 мм, а у специализированных для ИБП 2-2.5 мм. Движение электронов происходит на менее толстой поверхности. Если подключить автомобильный аккумулятор к источнику бесперебойного питания, то пластины которые находятся внутри быстро разрушатся из-за длительного функционирования цикла.
Если бы в автомобиле не было сигнализации и магнитолы, то наверное можно было бы поверить в то, что автомобильный аккумулятор не способен длительное время отдавать малые или средние токи, но ведь они питаются от того же аккумулятора. И это не говоря о том, что автомобиль в принципе может некоторое время двигаться без генератора, только лишь на заряде аккумулятора, и после этого достаточно будет просто зарядить аккумулятор и он продолжит работать. По поводу толщины пластин сложно что либо сказать, разве что в аккумуляторах от ИБП некоторым попадаются нанотехнологические вставки из стекла. Стекло добавляет толщины пластинам и вес батареи, правда в химических реакциях не участвует.
И третье важное отличие — в процессе заряда аккумулятора выделяется водород. Когда батарея установлена под капотом автомобиля, то водород быстро улетучивается и не представляет никакой опасности. Так как источник бесперебойного питания установлен как правило в замкнутом пространстве, то газ начнет скапливаться, а смесь водорода с кислородом образует взрывоопасную смесь, которая может детонировать от любой искры (даже от включения света). Аккумулятор для ИБП полностью герметизирован, в процессе работы он не выделяет водород в атмосферу, а рециркулирует в пространстве батареи.
Данный довод мне сразу показался подозрительным, ввиду того, что мне не доводилось видеть герметичных аккумуляторов в ИБП. Если посмотреть на аккумулятор, то можно увидеть небольшие отверстия для отвода газов, в отличии от автомобильных аккумуляторов, они закрыты резиновыми колпачками и замурованы под пластиковые заглушки, но вовсе не герметично. Если снять пластиковые заглушки и поставить аккумулятор на зарядку, то некоторые резиновые колпачки весело улетят в неизвестном направлении. Значит вода всё таки распадается на кислород и водород, и простой резиновый колпачок не заставит их преобразоваться обратно в воду, а после определённого давления газы всё равно выйдут наружу. Впрочем ладно, если за несколько лет эксплуатации автомобильного аккумулятора в закрытом шкафу ничего не взорвалось, то в проветриваемом подвале и на балконе наверняка проблем с накоплением водорода не возникнет.
Автомобильные аккумуляторы имеют разбавленный электролит, а так как в жидкой среде все процессы протекают быстро, то срок службы этих батарей намного меньше чем у специализированных для ИБП. Внутри АКБ для источников бесперебойного питания находится губчатый материал, который пропитан электролитом. И поэтому ток самозаряда получается небольшим. И когда система перейдет на функционирование от аккумулятора, то батареи для ИБП проработают больше.
Действительно, в автомобильном аккумуляторе электролит находится в жидком состоянии, а в специализированных аккумуляторах для домашних ИБП им пропитан пористый материал, и если перевернуть его с открытыми заглушками, то ничего из него не выльется, это позволяет размещать его внутри ИБП в любом положении, хоть вверх ногами (хотя и не рекомендуется). Как это связано с током саморазряда, полностью электролита и скоростью протекания химических реакций — я не знаю, но вероятнее всего, что никак.
И не стоит забывать о том, что автомобильный аккумулятор работает в суровых условиях, от него несколько раз в день требуют больших токов, несколько месяцев в году это сопровождается очень низкими температурами, а несколько месяцев высокими, кроме того он испытывает вибрационные и ударные нагрузки во время движения автомобиля, а генератор заряжает его без какого либо контроля, и хорошо, если владелец следит за его состоянием.
Так же, некоторые высказывают сомнение по поводу того, что ИБП в состоянии зарядить автомобильный аккумулятор, ведь у него значительно большая ёмкость. Но ведь увеличив ёмкость, мы получаем увеличение длительности работы от батареи, странно ожидать, что последующая зарядка будет производиться за прежнее время.
Прочитав ещё несколько статей о вреде использования автомобильного аккумулятора в быту, стало понятно, что ничего не понятно. Но, учитывая предшествующий положительный опыт, было решено выбрать вариант с большей ёмкостью, т.е. автомобильные аккумуляторы. Для одного ИБП были выбраны самые дешёвые аккумуляторы от Тюменского Медведя на 75Ач, для второго АКБ фирмы BRAVO на 90Ач примерно за ту же стоимость. И вот сейчас, спустя почти год эксплуатации решил попробовать замерить ёмкость аккумуляторов, чтобы понять, насколько всё плохо.
Результаты замеров
Параметр | АКБ №1 | АКБ №2 |
---|---|---|
Модель | BRAVO 6CT-90VL | Tyumen Batbear 75 |
Ёмкость, макс. ток | 90Ач, 760А | 75Ач, 610А |
Стоимость на момент покупки | 2200 руб | 2400 руб |
Дата установки | 9 ноября 2014 | 11 ноября 2014 |
ИБП | APC Smart-UPS 3000VA, 2700Вт, 230В, чистый синус 50Гц +-3 Гц | |
Нагрузка | насос газового котла, насос тёплого пола, насос скважины с водой, морозильная камера, холодильная камера, освещение | освещение, холодильник |
Циклов заряда-разряда | 330+ | 10 |
Производилась калибровка | нет | да |
Дата контрольного замера | 31 августа 2015 | 1 сентября 2015 |
Контрольный разряд | 4 часа 20 минут, 37.22Ач | 9 часов, 55.7Ач |
Напряжение после разряда | 45.0В под нагрузкой, 48.7В без нагрузки | 44.6В под нагрузкой, 46.3В без нагрузки |
Контрольный заряд | 9 часов, 37.32Ач | 14 часов, 52.28Ач |
Напряжение после заряда | 55.4В, плюс-минус 0.02В на каждой батареи | |
Уровень электролита | Визуально не изменился, уровень выше пластин с запасом |
Хотя я не уверен, что правильно произвёл замер, но лучше способа, чем включить цифровой ватт-метр в разрыв между АКБ и ИБП, я придумать не смог. Сомнения в корректности замеров у меня возникли из-за того, что не смотря на постоянно включенную нагрузку, ИБП потреблял ток периодами (3-5 секунд потребление нарастает до номинала и опускается до нуля, 1-2 секунды потребления нет), возможно это связано с тем, что по аккумуляторному входу установлена пара ёмких конденсаторов, которые сглаживают нагрузку на АКБ. Зарядка производится примерно таким же образом (некоторое время подаётся ток, затем пара секунд перерыв). После полной зарядки ИБП продолжает периодически подавать ток на АКБ в районе 1А.
Не смотря на то, что один бесперебойник нещадно насиловал аккумуляторы каждый день почти полностью разряжая их, а затем вновь заряжая, а второй работал в штатном режиме и разряжал АКБ только при отключениях электричества, спустя год они по-прежнему работают и держат нагрузку. Специализированные аккумуляторы в ИБП, что стоящие с завода, что купленные в процессе эксплуатации не жили у меня даже этого времени, они просто высыхали и переставали держать заявленную ёмкость. В общем я не смог ответить для себя на вопрос, почему же автомобильные аккумуляторы не годятся для использования в ИБП, но через год я постараюсь повторить измерения и сравнить результаты.
P.S. Перед тем, как произвести замер ёмкости аккумуляторной батареи №2, я умудрился закоротить её плоскогубцами. Теперь они будут служить хорошим напоминанием о том, что так лучше не делать. Кстати, все картинки кликабельные.
Мысли использовать автомобильные АКБ с UPS бродят по просторам интернета очень давно. Плюсы очевидны - стоимость ампер*часа автомобильных АКБ на порядок ниже, чем у родных АКБ для UPS. Многие даже успешно подключили. Я же только обобщил опыт из разных источников.
Ограничения
Прежде чем приступать к подключению автомобильных АКБ к UPS нужно учесть следующее:
Подавляющее большинство UPS не расчитано на долговременную работу инвертора при полной нагрузке. Обычно - минут 5. При более продолжительном времени система охлаждения просто не справится, инвертор перегреется и безвозвратно выйдет из строя. Мой UPS перестал заметно греться только при нагрузке ниже 30% от номинальной.
Автомобильные АКБ не любят глубокого разряда. Известны случаи, что буквально после двух-трех разрядов АКБ до 20% емкости он выходил из строя. В моем UPS регулировку момента отключения, предохраняющую АКБ от глубокого разряда, я не нашел. Поэтому приходится контролировать это вручную.
Длина проводов к автомобильным АКБ получается в несколько раз большей, чем к внутренним АКБ. Поэтому, для уменьшения потерь, при подключении автомобильных АКБ следует использовать провод с существенно большим сечением. Я использовал провод с сечением 16 мм^2.
Для того, чтобы использовать старые полудохлые АКБ их сначала надо реанимировать. Об этом подробней ниже.
ТЕОРИЯ аккумуляторов. Для изучения обязательна!
Здесь я буду касаться только теории по ОБСЛУЖИВАЕМЫМ кислотно-свинцовым стартерным АКБ, используемым в автомобилях и произведённым с соблюдением всех технологических норм производства (другими словами не выпускаемых в китайском подвале дядюшки Ляо или в дворницкой бывшего дома Ипполита Матвеевича в Старгороде). Они самые дешёвые но в то же время самые “наукоёмкие” в эксплуатации.
Если их правильно использовать и обслуживать, но самое главное правильно заряжать, они могут прослужить более 15 лет, либо выдержать более ЧЕТЫРЁХСОТ циклов 100% разрядки-зарядки или более ТЫСЯЧИ циклов 30-40% разрядки-зарядки! Это проверено, я гарантирую!
НЕМНОГО ИСТОРИИ или с чего всё началось
В начале 2000-ых годов ко мне в руки попал старенький источник бесперебойного питания BACK-UPS 600I от басурманского производителя APC. Достался он мне бесплатно, так как батареи у него были дохлые. Конечно же я сразу его оттестил, купил рекомендованные басурманским производителем батареи и “оно у меня заработало”!
Я тогда на него не мог нарадоваться. Как же – света нет, а комп с монитором работает.
Но в один непрекрасный момент мою радость обломали.
И как Вы, Читатель, думаете кто. Грёбаные торгаши. Я в первый раз заменил две батареи 6В/7Ач на одну 12В/7Ач получилось немного дешевле. Но когда в течении года батарея опять сдохла, я задумался! Во-первых, батарею приходилось менять раз в год-два. Во-вторых, хотелось чтобы девайсы, подключенные к ИБП работали не несколько минут, для “корректного отключения питания”, а хотя бы до времени окончания просчёта на линейке Премьера от Адобов.
Вот тут-то у меня и начали возникать шаловливые мыслишки, а не подключить ли мне автомобильный аккумулятор на ампер 100 (чтоб уж надёжно) к моему ИБП. Тем более торгаши утверждали, что в ИБП нужно использовать только гелевые аккумуляторы, пугая Великими Карами того, кто попробует использовать гораздо более дешёвые аккумуляторы для автомобилей.
Но я человек достаточно грамотный и усвоил, что матчасть знать надо ! Иначе что-то может пойти не так с большим бодабумом! А торгашам верить нельзя. Поэтому взялся за изучение матчасти! В результате моих изысканий родилось то, чем я доволен и по сей день. А именно – я сделал так, что теперь можно подключать автомобильный аккумулятор в ИБП. То есть, подружил ИБП и аккумулятор.
Можно ли использовать автомобильный аккумулятор для ИБП?
А теперь мы подошли к сути вопроса. Как использовать стартерный АКБ для автомобиля в ИБП. Мой ИБП BACK-UPS 600I подходит под это идеально!
Самые первые ИБП от APC серии Back UPS заряжали аккумулятор как раз по принципу зарядки АКБ постоянным напряжением. Там стоит микроконтролер управления зарядкой АКБ. Расчётная ёмкость АКБ для моего ИБП 7 Ач. Ток заряда 350 миллиампер на начальном этапе. На конечном ток падает до 10 миллиампер (фактически до тока чуть-чуть больше тока саморазряда).
Более новые ИБП-шки заряжают по-другому. Я тестил более новую модель Back-UPS CS 650 (хотел даже купить), но – эта железная скотина держит напряжение на уровне 13,7 вольт. При токе заряда свыше определённого параметра эта гадость высвечивает на передней панели значок Replace Battery.
Проблема использования в составе источников бесперебойного питания автомобильных стартерных аккумуляторов (далее АКБ) возникает, как правило, у пользователей ИБП с индексом LT (Long Time) для экономии денежных средств – АКБ дешевле промышленных герметичных необслуживаемых аккумуляторных батарей (далее АБ).
Предпосылки
Старый UPS на 1400 вольт*ампер у меня валялся уже очень давно. Необходимость использования его в квартире уже пропала, АКБ в нем безвозвратно умерли. Вспомнил о нем я в феврале 2020 года, когда в честь пандемии переехал в деревню и стал работать удаленно. Если в квартире в Москве на моей памяти самое длительное отключение электроэнергии было минут на пять, то в деревне с завидной регулярностью можно остаться без электричества часа на четыре. Как раз перед этим АКБ на личном автомобиле пришёл срок замены - не смог завестись на морозе. 8 лет для АКБ - хороший срок. Поэтому просто купил пару новых (у меня под капотом два АКБ) и поменял.
В результате у меня был UPS, пара полудохлых автомобильных АКБ по 69 ампер*часов, убить которые было совершенно не жалко, и желание их подружить.
Принцип зарядки АКБ
Существует два способа зарядки АКБ:
- Зарядка постоянным током
- Зарядка постоянным напряжением
Какой из них лучше однозначно сказать нельзя. Всё зависит от того, чего Вы хотите добиться. Быстроты зарядки или полной зарядки. Я предпочитаю заряжать АКБ вторым способом. И далее я обосную свою позицию.
Зарядное устройство постоянным током значительно проще схематически и дешевле в изготовлении. Зарядное устройство постоянным напряжением значительно сложней схематически и дороже в изготовлении. Те кто заряжал аккумуляторы старыми советскими зарядками (кстати очень замечательными по своим техническим парамерам и надёжностью исполнения и работы) знают теорию.
Если АКБ полностью разряжена – откручиваем пробочки на АКБ, подключаем АКБ к зарядке, высталяем ток в одну десятую от ёмкости АКБ и заряжаем 12 часов. Через 12 часов уменьшаем ток на половину (до одной двадцатой от ёмкости) и дозаряжаем час-два, пока электролит не начинает “кипеть”, отключаем зарядку. Кипение электролита это процесс выделения из него паров водорода. В идеале кипеть электролит не должен. Потому что потом придётся брать ареометр, мерить его плотность и добавлять дисцилированную воду. Поэтому нужно постоянно понижать ток.
Если АКБ потеряла свою ёмкость в процессе жёсткой эксплуатации, глубокого разряда или просто старения, она может зарядиться за пару часов. И электролит начнёт кипеть через час после подключения зарядки.
Зарядка постоянным током подразумевает, что при зарядке напряжение повышается. И как только напряжение превысит 14,40 вольт электролит закипит по-любому. Что делать в таком случае. Вариант первый – следить за процессом зарядки постоянно понижая ток, держа напряжение зарядки на отметке 14,40 вольт. Вариант второй – использовать автомат, который следит за этим сам. Но следит за напряжением, понижая ток заряда по мере надобности. Это и есть зарядка вторым способом – постоянным напряжением.
Второй фундаментально важный момент – правильная зарядка АКБ на ВСЕ 100 % электрической ёмкости:
ПОЛНОСТЬЮ ЗАРЯДИТЬ АКБ (НА ВСЕ 100% ЕЁ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЁМКОСТИ) БЕЗ ВЫКИПАНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТА МОЖНО ТОЛЬКО НАПРЯЖЕНИЕМ 14,40 ВОЛЬТ !
Я предпочитаю заряжать АКБ постоянным напряжением 14,40 вольт. Практика такова, что зарядить аккумулятор на 100 % достаточно сложно. Когда АКБ набрала свою ёмкость на 95 % ток её заряда очень маленький, а на 99% он просто мизерный и может быть всего 30 миллиампер. Я отмечу одну деталь – это всё на грани кипения электролита. Теоретически электролит начинает кипеть при напряжении заряда 14,41 вольт при условии, что АКБ сделана идеально, а при 14,40 не кипит. На практике это может быть и 14,38 вольт и 14,42. Всё зависит от изготовителя АКБ и индивидуально для каждой конкретной АКБ. Но суть, надеюсь Вы, дорогой читатель, уловили.
Недостатком зарядки по напряжению является время зарядки. Обычно АКБ набирает полную ёмкость заряда (100 %) за время более суток. Здесь очень важен ток зарядки на начальном этапе. Можно заряжать на начальном этапе и током в одну пятую от ёмкости. Тогда время зарядки сократится. Как и время службы АКБ, но незначительно. Теорию зарядки никто не отменял. Предпочтительней не выходить за рамки тока зарядки более одной десятой от ёмкости АКБ. Выбирать Вам, читатель.
Не рекомендуется использовать автомобильный аккумулятор с ИБП по следующим причинам:
1. НАПРЯЖЕНИЕ ЗАРЯДА
Для заряда АКБ необходимо напряжение 14,0 ~ 14,2 вольта – стандартное напряжение бортовой сети автомобиля. Стандартное напряжение цепей заряда ИБП – 13,6 ~ 13,8 вольта. Получается, что при использовании АКБ в составе ИБП, АКБ будут всегда недозаряжены, что, во-первых, отрицательно сказывается на самих АКБ (см.ниже), во-вторых – снижает время автономной работы ИБП. Т.е. недозаряженная АКБ ёмкостью, к примеру, 70 А/ч, даст время автономии ИБП меньше, чем промышленная АБ 70 А/ч. Уже можно оспаривать утверждение об экономии. Чуть-чуть теории. Любой аккумулятор имеет внутреннее сопротивление, величина которого зависит от степени заряда аккумулятора. Полностью заряженный аккумулятор имеет большое внутреннее сопротивление, соответственно потребляет при заряде минимальный ток, соизмеримый с током утечки. Т.е., можно считать, что полностью заряженный аккумулятор тока не потребляет. Разряженный аккумулятор имеет малое внутреннее сопротивление – при заряде потребляет большой ток. По мере заряда напряжение на аккумуляторе увеличивается, пропорционально увеличению напряжения увеличивается и внутреннее сопротивление аккумулятора, соответственно уменьшается зарядный ток. Как отмечалось выше, полностью заряженный аккумулятор тока практически не потребляет. При использовании в составе ИБП на АКБ поступает напряжение не более 13,6 ~ 13,8 вольта. И получается, что АКБ не заряжен (напряжение меньше 14,0 ~ 14,2 вольта), его внутреннее сопротивление относительно мало, АКБ потребляет большой зарядный ток. Потребляет постоянно, что приводит к кипению электролита в АКБ. Постоянно кипящий аккумулятор не может корректно работать и очень быстро разрушается, что также позволяет говорить об отсутствии какой-либо экономии.
Кратко о технологии. АКБ (стартерные) рассчитаны на отдачу большого тока за короткое время. Большой ток достигается за счет уменьшения толщины пластин в каждой банке АКБ. АБ (промышленные) рассчитаны на отдачу относительно малых токов, но за достаточно длительное время, и имеют более толстые пластины. Толщина пластин АКБ – 1,0 ~ 1,2 мм. Толщина пластин АБ – 2,0 ~ 2,5 мм. Бесперебойник при работе от АБ потребляет небольшие, по сравнению с потреблением стартера автомобиля, токи, но более длительное время. И получается, что тонкие пластины АКБ разрушаются быстрее, чем пластины промышленных АБ. Если средний срок службы АБ в составе ИБП примерно 4~5 лет, то АКБ служат 2~3 года. Вопрос об экономии встает еще острее. В свою очередь ток заряда сильно разряженного автомобильного аккумулятора может многократно превышать максимальный ток зарядного устройства ИБП, что может привести к повреждению и выходу из строя ИБП.
3. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАРЯДА БАТАРЕЙ
Промышленные герметичные не обслуживаемые АБ могут располагаться практически в любом месте, вплоть до жилых помещений. Для заряда АКБ (кислотных) необходимо специально оборудованное помещение с вентиляцией, с пожарной сигнализацией, средствами пожаротушения и т.д. и т.п. Пожаробезопасность – это серьёзно. Этим пренебрегать ни в коем случае нельзя. Затраты на оборудование зарядной комнаты – сомнительная экономия.
Исходя из всего вышесказанного, настоятельно не рекомендуется использовать в составе ИБП автомобильные стартерные АКБ.
При форс-мажорных обстоятельствах, для кратковременной проверки и т.п. использование АКБ в составе ИБП возможно.
Принцип работы АКБ
АКБ имеет два крайних рабочих состояния – полностью разряжена и полностью заряжена. Коснусь более детально этих двух состояний. Любой автомобильный АКБ состоит из 6 “банок”. Это сленговое понятие сосуда, в котором находятся пластины и кислота. Пластины в этих сосудах соединены последовательно. Вот здесь есть первый фундаментально важный момент. Одна “банка” тоже имеет два крайних рабочих состояния – полностью разряжена с напряжением 2,00 вольт и полностью заряжена с напряжением 2,40 вольт.
- Напряжение полностью разряженной АКБ – 12,00 вольт ( 6 х 2 )
- Напряжение полностью заряженной АКБ – 14,40 вольт ( 6 х 2,4 )
Как же так, спросите вы? Ведь напряжение на АКБ никогда не бывает больше 13 вольт. И будете правы. Напряжение на полностью заряженной АКБ будет в пределах 12,75 – 12,80 вольт при плотности электролита 1,26 г/куб.см и при температуре 25 градусов по Цельсию. Но откуда 14,4 вольта . Во время зарядки и разрядки в АКБ происходят сложные химические процессы, длящиеся после отключения зарядного устройства или нагрузки какое-то время. Это можно назвать химической инерцией. Соответственно меняется плотность электролита.
Температура в АКБ тоже может быть разной ( от -40 до +50). Когда в АКБ происходят какие-то процессы, меняются все её показатели. И они взаимосвязаны между собой. Напряжение 12,75 – 12,80 вольт – это “напряжение покоя” полностью заряженной АКБ. У полностью заряженной АКБ при подключении нагрузки напряжение упадёт. При отключении нагрузки напряжение снова будет стремиться к тем самым 12,75 – 12,80 вольтам. Но так как было отдано какое-то количество энергии напряжение (в зависимости от этого количества) до 12,75 – 12,80 вольт уже не поднимется.
АКБ считается разряженной на какое-то количество процентов. Соответственно при зарядке напряжение повышается, а когда зарядка прекращается (прекращаются и процессы внутри АКБ) напряжение снова стремится к напряжению покоя.
А вот здесь на подиуме появляется Его Величество Электрический Ток, измеряемый амперами. Чем больше ток нагрузки на АКБ, тем большее количество энергии за единицу времени батарея отдаст. И соответственно разрядится. На АКБ обычно пишут её электрическую ёмкость.
Электроёмкость АКБ это произведение постоянного тока разряда АКБ на время разряда при номинальном напряжении (для автомобильного АКБ это 12 вольт).
Соответственно за час АКБ электроёмкостью 60 Ач может отдать 60 ампер напряжением 12 вольт до её полной разрядки. Практически это выглядит так: если батарею нагружать током 60 ампер один час, её напряжение снизится с 12,75 – 12,80 вольт до 12,00 вольт. Это фундаментальная основа работы АКБ.
Практически же у АКБ есть одна очень неприятная особенность. Ток саморазряда. Причём этот ток увеличивается, если АКБ стоит на солнце и температура электролита в ней повышается. Но и ёмкость АКБ, соответственно, повышается. А вот зимой ток саморазряда уменьшается. Но и ёмкость АКБ соответственно уменьшается. Поэтому существуют стандарты на эксплуатацию, хранение, консервацию АКБ, учитывающие все эти факторы.
У новой АКБ электрической ёмкостью около 60 Ач ток саморазряда при температуре 25 градусов по цельсию обычно не превышает 20 миллиампер. Это значит, что при комнатной температуре АКБ может разрядиться наполовину своей электроёмкости за четыре-пять месяцев. При старении АКБ и при её интенсивной эксплуатации ток саморазряда повышается с каждым циклом разряд-заряд. При нагрузке на АКБ ток саморазряда и ток нагрузки суммируются. Но как же 14,40 вольт, опять настойчиво спросите ВЫ?… Вот здесь есть второй фундаментально важный момент.
Результат
Через год после вышеописанного колхоза, UPS на убитых автомобильных АКБ держит нагрузку в 120 Вт (пик до 180 Вт) в течении пяти-шести часов. Да, это меньше половины емкости новых, но для АКБ, которым альтернативная дорога была только в пункт приема цветных металлов - это, IMHO, очень хороший результат.
В статье подробно рассматриваются принципы работы аккумуляторов, процессы заряда и разряда, и приведены способы, позволяющие максимально использовать ресурс аккумуляторных батарей.
Немного забегая вперед, вот что получилось:
Реализация
Используя многожильный провод сечением 16 мм^2 подключил автомобильные АКБ к UPS. На период десульфатации ток разряда АКБ не должен быть больше 4-5А. Так как у меня два АКБ последовательно, то нагрузил UPS только 100 Вт. Это будет нагрузка для десульфатации.
В любом случае, на начальном этапе нужно внимательно следить за температурой UPS. В моем случае нагрузка была меньше 10% от номинальной и никакого нагрева не происходило. При более слабом UPS перегрев инвертора при длительной работе вполне реален. Так что пока не определите при какой нагрузке перегрева точно не происходит, не оставляйте конструкцию без присмотра во включенном состоянии.
Автомобильные АКБ не любят напряжения заряда свыше 14 вольт. В моем UPS я нашел подстроечник, которым выставил максимальное напряжения заряда в 26,6 вольт (два АКБ последовательно). Именно при таком напряжении максимальное напряжение на одном АКБ у меня стало не выше 13,8 вольт. Уж слишком разное у них было изначально состояние.
Подготовка
Прежде чем подключать АКБ следует их проверить, обслужить и зарядить. В случае использования новых заряженных АКБ из магазина этот пункт можно пропустить.
В моем же случае были разряженные полудохлые АКБ. Сначала проверил уровень электролита. Если бы хоть в одной банке он оказался ниже минимальной отметки, то потребовалось бы долить дистиллированной воды до минимальной отметки. Затем зарядил АКБ в течении суток малым током (4А) от автомобильного ЗУ. После зарядки замерил плотность электролита по банкам. Получилось:
Первый АКБ: 1,21; 1,29; 1,29; 1,29; 1,28; 1,22
Второй АКБ: 1,06; 1,30; 1,30; 1,02; 1,30; 1,21
Нормальная плотность электролита в заряженном АКБ должна быть 1,27. Отсюда делаем вывод, что две банки в первом АКБ и три во втором требуют десульфатации. На этом этапе доливаем только дистиллированную воду. Причем те банки, где плотность электролита выше 1,27 - до получения плотность 1,27, но не выше максимального уровня. А в те банки, где плотность электролита ниже 1,27 ничего пока не доливаем.
Десульфатация АКБ
Начну с того, что не могу утверждать, что способ, примененный мной, самый оптимальный и правильный. Однако он дал результат с минимумом трудозатрат. Альтернативные способы в комментариях только приветствуются. Надеюсь, они будут лучше моего.
Десульфатацию я произодил следующей последовательностью:
Полностью заряжаю АКБ в UPS. Так как мой UPS изначально был расчитан на АКБ 7-12 ампер*часов, то ток зарядки в нем не превышал 2 ампер. Это важно. Зарядку при десульфатации следует производить током 1-2 ампера. Не выше.
Выключаю полностью UPS и позволяю АКБ просто постоять в течении 8 часов.
Произвожу контроль плотности и уровня электролита в банках. Если плотность электролита в банке стала выше 1,27 то следует долить в банку дистиллированную воду, но не выше максимального уровня. Если в какой-то банке уровень электролита ниже минимальной отметки - тоже доливаем дистиллированную воду до минимальной отметки.
Опять полностью заряжаю АКБ в UPS.
Отключаю сеть от UPS, заставляя разряжаться АКБ на нагрузку 100 Вт. Как было сказано выше, ток разряда АКБ не должен быть больше 4-5А.
Как только напряжение на любом из АКБ падает ниже 9 вольт, опять подаю сетевое питание на UPS и переходим к пункту 1.
После нескольких (6-7) циклов десульфатации выяснилось, что во всех банках кроме одной, плотность электролита стала 1,26-1,28. Одна банка принципиально отказалась десульфатироваться и плотность там сохранилась 1.02.
В большинстве умных статей категорически не рекомендуют добавлять концентрат электролита в таких случаях. Но из всех правил есть исключения. Дело в том, что десульфатация происходит только тех кристаллов (белого налета), который на пластинах АКБ. Если же кристалл вырос до такого размера, что он просто отвалился от пластины и лежит теперь на дне банке, то никаким зарядом-разрядом на этот кристалл уже не повлиять.
Поэтому, только убедившись, что циклы десульфатации на банку не повлияли, я отсосал сколько мог оттуда электролита и долил концентрата, доведя плотность до 1,10. После еще трех циклов плотность в этой банке повысилась аж до 1,20. Финальным отсасыванием и доливкой я довел плотность до 1,25. Сейчас, через год, плотность в этой банке 1,27, что я считаю совершенно нормальным.
ВМЕСТО предисловия. Виды аккумуляторов
В источниках бесперебойного питания (ИБП) используются гелевые аккумуляторные батареи (АКБ). И тому есть веские причины. Я не буду перечислять их все, но основную поясню. Представьте себе офисную секретаршу с двадцатикилограммовым аккумулятором в руках. Смешное зрелище, не правда-ли.
Технически грамотных специалистов, досконально знающих что такое электрический ток не так и много. А специалистов, знающих как работает импульсный блок питания, как инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное и того меньше. Простого пользователя компьютера это не интересует. Поэтому были созданы гелевые аккумуляторы. Внутри такого аккумулятора конечно не гель для волос или гелий, как можно подумать из названия неискушённой секретарше. Внутри та же самая серная кислота и тот же свинец, как и в обычном автомобильном аккумуляторе знакомом нам уже больше века. Только там ещё присутствует мелкая сетка с очень-очень мелкими ячейками из токонепроводящего материала, которая удерживает кислоту как губка в своих порах. Также такой аккумулятор не требует обслуживания.
Представьте ту же секретаршу с ареометром в руках, с банкой электролита и бутылкой дисцилированной воды на столе. Производители ИБП стремятся обезопасить себя от исков и претензий. Поэтому используют в своих устройствах наиболее безопасные аккумуляторы с точки зрения использования неискушённым потребителем. Но мы-то знаем матчасть :)).
Я не буду лезть в дебри и очень подробно касаться существующих типов АКБ, вопроса работы аккумуляторов в разных условиях (громадный пусковой ток, долговременная нагрузка, постоянный недозаряд, перезаряд, выкипание электролита, глубокий разряд, температура эксплуатации и т.д.), хотя кое-что из этих понятий разберу подробней дальше по тексту. Я просто гарантирую и ответственно заявляю исходя из своего практического опыта, что при определённых условиях использовать в ИБП дешёвые стартерные АКБ вместо дорогих гелевых можно! Итак, начнём!
Читайте также: