Proč nelze v UPS použít autobaterii? / Habr

V době, kdy jsem poprvé zkoušel vyměnit starou baterii o kapacitě 7Ah v UPS za starou autobaterii s nominální kapacitou 65Ah, jsem ještě nevěděl, proč by se to nemělo dělat a jak by to mohlo poškodit zdraví baterie, samotného UPS a lidí žijících ve stejné místnosti s ním.

Dokončení nepřerušitelného systému nezabralo mnoho času, ale zisk byl patrný okamžitě. Stowattová zátěž v podobě domácího „serveru“ vydržela bez externího napájení zhruba dvacet hodin, i když dříve byla hranice 10 minut, která stačila pouze na správné vypnutí. Během provozu této úpravy již nebyly pozorovány žádné výpadky a připojení k internetu pomocí technologie GPON umožnilo serveru zůstat online i při velkých výpadcích proudu.

Ale to už bylo dávno. Před rokem jsem náhodou narazil na inzerát na prodej několika použitých UPS APC 3000 za směšné peníze, 4000 rublů za kus, bez baterií, ale funkční. Po malém přemýšlení jsem se rozhodl, že musím vzít dva najednou, i když v době nákupu cena vzrostla na 5000 1 rublů za kus, ale to mě nezastavilo, protože v obchodě za stejné peníze nabízeli pouze XNUMX kW možností a ještě k tomu od všemožných noname firem s nepříliš lichotivými recenzemi a upraveným sinusem.

Bez baterií se UPS odmítala zapnout soudě podle informací na internetu, vyžadovala osm 12voltových baterií, tzn. baterie byla 96 voltů, ale kondenzátory na vstupu baterie byly dimenzovány na 63 voltů. Ukázalo se, že kazeta obsahuje dva paralelně zapojené řetězce čtyř baterií, každá 5Ah. Celkem jde o 48voltovou baterii 10Ah. A tady začala legrace.

Výběr baterie

Je čas koupit baterie. Rozdíl v ceně mezi specializovanými UPS bateriemi a běžnými autobateriemi byl při srovnatelné kapacitě přibližně dvojnásobný. Proč platit víc? Rozhodl jsem se to vygooglovat a našel jsem několik stránek prodávajících baterie pro UPS, které téměř jako kopie uváděly několik důvodů, proč se vyplatí připlatit. Obecně to zní věrohodně, ale podívejme se na ně podrobněji.

Prvním podstatným rozdílem je tedy rozdílné stejnosměrné napětí v autě a u zdroje autonomního napájení. Pro autobaterii je stejnosměrné napětí přibližně 14-14.2 V a pro baterii pro nepřerušitelné napájení je to 13.5-13.8 V. Nabíjecí napětí pro běžné auto a speciální UPS je navrženo pro různé hodnoty. Po připojení autobaterie k systému záložního napájení bude výsledek vidět následovně – baterie bude vždy nedobitá. Maximálně nabitá baterie má vysoký vnitřní odpor, protože při provozu s UPS je spotřebován malý proud. U vybitých baterií je situace přesně opačná. V konečném důsledku může připojení autobaterie vést k varu elektrolytu, protože proud bude neustále spotřebováván a baterie nebude plně nabitá.

Podíváme se na článek Wikipedie o olověných bateriích a vidíme, že EMF nabité baterie je 2.11-2.17 V, pro 6 plechovek se ukáže 12,66-13,02 V. Podíváme se na baterii pro UPS a vidíme nápisy o doporučených hodnotách napětí: v režimu konstantního dobíjení 13.5-13.8V, v cyklickém režimu 14.4-15.0V. Podíváme se na plně nabitou autobaterii, vidíme 12.7V, nastartujeme motor, napětí stoupne na 14.2. Ukazuje se, že 14.2V není napětí autobaterie, ale napětí, kterým ji nabíjí autogenerátor. Ale má auto nějaký okruh nabíjení baterie? Obecně mi tento argument připadal neudržitelný.

Druhým rozdílem je časová fáze provozu a rovnoměrné uvolňování elektrického proudu díky deskám, které jsou zabudovány uvnitř baterie. Průměrná tloušťka elektrody (desky) u autobaterie je přibližně 1-1.2 mm, u specializovaných na UPS je to 2-2.5 mm. K pohybu elektronů dochází na méně tlustém povrchu. Pokud připojíte autobaterii k nepřerušitelnému zdroji napájení, desky uvnitř se díky dlouhodobému provozu cyklu rychle zhroutí.

Kdyby auto nemělo alarm a rádio, tak by se asi dalo věřit, že autobaterie není schopna dlouhodobě dodávat nízké nebo střední proudy, ale jsou napájeny stejnou baterií. A to nemluvím o tom, že auto se v zásadě může nějakou dobu pohybovat bez generátoru, pouze na nabití baterie, a poté bude stačit baterii jednoduše nabít a bude fungovat dál. Je těžké říci něco o tloušťce desek, kromě toho, že někteří lidé narazí na nanotechnologické skleněné vložky v bateriích UPS. Sklo dodává plátům tloušťku a váží baterii, i když se neúčastní chemických reakcí.

A třetím důležitým rozdílem je, že vodík se uvolňuje během procesu nabíjení baterie. Při instalaci baterie pod kapotu automobilu se vodík rychle odpařuje a nepředstavuje žádné nebezpečí. Vzhledem k tomu, že zdroj nepřerušitelného napájení je obvykle instalován v uzavřeném prostoru, plyn se začne hromadit a směs vodíku a kyslíku vytvoří výbušnou směs, která může vybuchnout z jakékoli jiskry (dokonce i od rozsvícení světla). Baterie pro UPS je během provozu zcela utěsněna, neuvolňuje vodík do atmosféry, ale recirkuluje jej v prostoru baterie.

Tento argument se mi okamžitě zdál podezřelý, vzhledem k tomu, že jsem nikdy neviděl zatavené baterie v UPS. Při pohledu na baterii jsou vidět malé otvory pro odvětrání plynů, na rozdíl od autobaterií jsou uzavřeny gumovými uzávěry a zazděny pod plastovými zátkami, ale vůbec ne hermeticky. Pokud sejmete plastové krytky a nabijete baterii, některé gumové krytky vesele odletí neznámo kam. To znamená, že voda se stále rozkládá na kyslík a vodík a jednoduchá gumová čepice je nedonutí přeměnit je zpět na vodu a po určitém tlaku budou plyny stále vycházet. Ale dobře, pokud v uzavřené skříni za několik let provozu autobaterie nic nevybuchlo, tak ve větraném sklepě a na balkoně asi problémy s hromaděním vodíku nebudou.

Autobaterie mají zředěný elektrolyt, a protože všechny procesy probíhají rychle v kapalném prostředí, životnost těchto baterií je mnohem kratší než u baterií specializovaných pro UPS. Uvnitř baterie pro nepřerušitelné napájení je houbový materiál napuštěný elektrolytem. A proto je samonabíjecí proud malý. A když se systém přepne na bateriový provoz, baterie pro UPS vydrží déle.

V autobaterii je elektrolyt skutečně v kapalném stavu, ale ve specializovaných bateriích pro domácí UPS je jím porézní materiál impregnován, a pokud jej otočíte s otevřenými zátkami, nic z něj nevyteče, to vám umožní umístěte jej do UPS v libovolné poloze, dokonce i směrem nahoru (i když se nedoporučuje). Nevím, jak to souvisí se samovybíjecím proudem, plným elektrolytem a rychlostí chemických reakcí, ale s největší pravděpodobností to s tím nemá nic společného.

A nezapomeňte, že autobaterie funguje v drsných podmínkách, jsou z ní vyžadovány vysoké proudy několikrát denně, několik měsíců v roce je to doprovázeno velmi nízkými teplotami a několik měsíců vysokými teplotami, navíc zažívá vibrace a rázové zatížení při pohybu vozu a generátor jej nabíjí bez jakékoli kontroly a je dobré, když majitel sleduje jeho stav.

Někteří lidé také pochybují, že UPS je schopna nabíjet autobaterii, protože má mnohem větší kapacitu. Ale zvýšením kapacity získáme zvýšení životnosti baterie, je zvláštní očekávat, že následné nabíjení bude provedeno za stejnou dobu.

Po přečtení několika dalších článků o nebezpečích používání autobaterie v každodenním životě bylo jasné, že nic není jasné. Ale s ohledem na předchozí pozitivní zkušenosti bylo rozhodnuto zvolit variantu s větší kapacitou, tzn. autobaterie. Pro jednu UPS byly vybrány nejlevnější 75Ah baterie od Tyumen Bear, pro druhou baterii od BRAVO 90Ah za přibližně stejné náklady. A teď, po téměř roce provozu, jsem se rozhodl zkusit změřit kapacitu baterie, abych pochopil, jak je to špatné.

Výsledky měření

Grafy průběhu vybíjení-nabíjení podle samotné UPS si můžete prohlédnout zde a zde. Jeden řádek ukazuje napětí baterie, druhý výkon zátěže v procentech.

I když si nejsem jistý, zda jsem provedl měření správně, nenapadl mě lepší způsob, než zapojit digitální wattmetr do mezery mezi baterii a UPS. Pochyboval jsem o správnosti měření vzhledem k tomu, že i přes neustále zapnutou zátěž UPS spotřebovávala proud v periodách (3-5 sekund se spotřeba zvýší na nominální a klesne na nulu, 1-2 sekundy nedojde k žádné spotřebě ), možná je to způsobeno tím, že na vstupu baterie je instalována dvojice kapacitních kondenzátorů, které vyhlazují zátěž baterie. Nabíjení se provádí přibližně stejným způsobem (chvíli je dodáván proud, poté několik sekund přestávka). Po úplném nabití UPS nadále periodicky dodává proud do baterie v rozsahu 1A.

Navzdory tomu, že jeden nepřerušitelný zdroj nemilosrdně každý den baterie zneužíval, téměř je zcela vybil a poté znovu nabil a druhý fungoval v normálním režimu a vybíjel baterie pouze při výpadcích proudu, o rok později stále fungují a drží zátěž. Specializované baterie v UPS, ať už z výroby nebo zakoupené za provozu, nevydržely ani takto dlouho, prostě vyschly a přestaly držet deklarovanou kapacitu. Obecně jsem si sám za sebe nedokázal odpovědět na otázku, proč nejsou autobaterie vhodné pro použití v UPS, ale za rok se pokusím měření zopakovat a výsledky porovnat.

PS Před měřením kapacity baterie č. 2 se mi ji podařilo zkratovat kleštěmi. Nyní budou sloužit jako dobrá připomínka toho, že je lepší to nedělat. Mimochodem, všechny obrázky jsou klikatelné.

• nepřerušovaný napájecí zdroj
• UPS
• akumulátory

• Počítačový hardware
• DIY nebo Udělej si sám
• Life hacky pro geeky