Многие пользователи источников бесперебойного питания со временем начинают проявлять интерес к тому, как правильно должна проходить зарядка аккумулятора от ИБП. Есть определенные правила, которых нужно придерживаться в процессе эксплуатации устройства поддержки, чтобы не мешать естественному ходу химических реакций, происходящему во встроенной емкости хранения тока. Если их нарушить, то батарея достаточно быстро начинает деградировать, терять вместимость, а в крайних случаях может и вовсе выйти из строя. Соответственно и применять ИБП с поврежденной батареей для питания компьютера пользователя, его бытовой техники или иных ниш, требующих поступления нормализованного тока — бессмысленно.
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”!
Back UPS APC
Про такой ИБП я писал в статье про использование ИБП для стабилизации питания.
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.
Поведение аккумуляторов при заряде
Мы описали идеальный процесс в случае, когда аккумулятор более-менее исправен. Однако, чаще всего, так не бывает. У аккумулятора в процессе эксплуатации возрастает внутреннее сопротивление и уменьшается емкость.
Аккумулятор с аномально возросшим внутренним сопротивлением не сможет работать в ИБП, хотя и может заряжаться до необходимого напряжения.
Возрастание сопротивление обусловлено, скорее всего, деградация поверхности пластин и изменением их химического состава, поэтому процесс восстановления аккумулятора — это, в известном смысле, лотерея. С другой стороны, и «безнадежный» аккумулятор имеет шансы на восстановление.
В моей практике были случаи, когда севшие до 0,5 — 1 В аккумуляторы, простоявшие много месяцев, удавалось зарядить до рабочего состояния. Этому, по всей вероятности, способствовала дистиллированная вода, изменившая химическую среду внутри аккумулятора.
В случаях сильно разряженного аккумулятора начальный ток заряда может составлять величину несколько миллиампер. По динамике роста зарядного тока можно сделать предварительный прогноз и перспективы восстановления аккумулятора.
Если он в течение нескольких часов вырос до 0,5 – 0,7 А — перспективы хорошие. Если ток вырос до нескольких единиц или десятков мА, и дальше не растет – шансов на восстановление немного. Однако и в этом случае стоит побороться.
После нескольких часов заряда нужен разряд. Хорошо использовать для этого автомобильную лампу мощностью 40-80 Вт.
После нескольких минут разряда следует поставить аккумулятор на зарядку и проконтролировать ток заряда. Если он возрос от первоначального назначения и продолжает расти — это хороший признак. Можно сделать два-три цикла заряд-разряд, контролируя ток заряда и напряжение на аккумуляторе. Длительность заряда может иметь величину 1-2-4 часа, разряд 5 — 10 минут.
Если аккумулятор берет заряд и заряжается, следует нагрузить его автомобильной лампой и посмотреть на ее свечение. По яркости и длительность лампы можно сделать предварительный вывод о состоянии аккумулятора.
Если при подключении лампы напряжение на его клеммах заметно проседает (и лампа светится не в полный накал) — это говорит о повышенном внутреннем сопротивлении аккумулятора.
В этом случае, использовать его в ИБП невозможно.
Я пытался уменьшить внутреннее сопротивление аккумуляторов, доливая дополнительное количество (2- 3 мл в каждую банку) дистиллированной воды. Но ни в одном случае попытка не увенчалась успехом. Правда, я не контролировал величину этого сопротивления. Но вывод сделал такой — если аккумулятор не может нормально работать в ИБП, доливка дополнительного объема дистиллированной воды положения не спасает.
Могут иметь место случаи, когда повышенное внутреннее сопротивление в одной банке. Был случай, когда после нескольких минут разряда лампой внешняя поверхность аккумулятора нагревалась локально в определённом месте. В банке, где была внешняя клемма аккумулятора.
Доливка воды именно в эту банку положения также не спасла.
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!
Аккумулятор для ИБП — кратко о важности правильно выбора АКБ для ИБП
В случае отключения электроэнергии, аккумулятор для бесперебойника переключается на питание от батареи, чтобы обеспечить непрерывный источник питания на всю длину батареи. Срок службы батареи зависит от системы и зависит от того, сколько энергии вы используете. Резервная батарея дает вам время для отключения чувствительного оборудования, серверов или даже игровых консолей без потери данных или прогресса. Различные системы ИБП также обеспечивают определенный уровень защиты от других проблем с питанием.
ИБП, по своей сути, представляет собой систему резервного питания от батареи, которая обеспечивает питание достаточно долго, чтобы оборудование могло должным образом отключиться при сбое электросети. Это помогает предотвратить потерю данных и сводит к минимуму нагрузку, вызванную жестким отключением вашего электронного оборудования.
Батарея для ИБП также является устройством защиты от перенапряжений, который защищает подключенные устройства от проблем с питанием, таких как скачки напряжения или ненормальное напряжение, которые могут повредить, сократить срок службы или повлиять на производительность электронного оборудования и устройств.
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!
Резюме по процедуре восстановления аккумуляторов
Итак, мы хотим восстановить аккумулятор. Доливаем в каждую банку по два-три миллилитра дистиллированной воды, ждем час-два и ставим на зарядку. Периодически контролируем ток заряда и напряжение на аккумуляторе.
Сначала заряжаем током не более 0,1 от емкости аккумулятора. Следим, чтобы зарядный ток не превышал максимальных величин для данного аккумулятора, а напряжение на клеммах было не больше 15 В.
После нескольких часов заряда разряжаем автомобильной лампой несколько минут и смотрим на ее свечение (или его отсутствие).
Если после двух-трех циклов «заряд-разряд» состояние аккумулятора заметно не улучшилось, сдаем аккумулятор в утиль.
Напоследок отметим, что хранить аккумуляторы нужно в заряженном состоянии в холодном месте. Больше об аккумуляторах вы можете почитать в этой статье.
Вы, уважаемые читатели можете справедливо рассудить, что смысла возиться с севшими аккумуляторами нет, так как результат непредсказуем. С другой стороны, когда безнадежно больную железку удается привести в рабочее состояние, возникает, как говорил один знаменитый деятель, «чувство глубокого удовлетворения».
Почитав ее, поймете, что ремонт бесперебойников — не такое сложное дело, как вам могло показаться!
PLAstic
MIHALYCH
DIVAS
Напряжение зарядки свинцового 12В аккумулятора равно 14..14,8 В Ток зарядки нужно ограничить 0,3С, то есть, в данном случае это 2,2А.
Свинцовые аккумуляторы принципиально отличаются от щелочных тем, что заряжаются не током, а напряжением с ограничением тока. То есть, ЗУ не должно давать напряжение больше 14,8В и ток больше 0,3С. То есть, пока напряжение аккумулятора меньше 14,8В, через него должен течь ток 0,1..0,3С, а когда напряжение доходит до 14,8В, заряд продолжается слабым током, но при этом напряжение не должно расти дальше. То есть, ограничивать ток резистором не годится — нужен стабилизатор(ограничитель) тока и стабилизатор напряжения на выходе.
А вообще, есть еще один способ — заряжать аккум от УПСа тем же УПСом. ИМХО, самый простой и надежный способ, ибо там уже до вас все рассчитано.
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.
Предварительная подготовка к восстановлению аккумулятора
Первым делом надо залить в аккумулятор небольшое количество дистиллированной воды. Аккумулятор на 12 вольт имеет 6 последовательно соединенных банок, каждая из которых выдает напряжение около 2 В. В каждую банку надо залить по 3 миллилитра дистиллированной воды.
При этом удобно пользоваться медицинским шприцом объемом 10-20 «кубиков» с делениями. Чтобы получить доступ к банкам, надо открыть или общую крышку со стороны клемм или круглые крышечки против каждой банки. Удобно использовать отвертку с тонким узким лезвием.
Необходимо вставить лезвие отвертки в соответствующие углубления и поддеть крышечку. После окончания восстановление ее можно приклеить быстросохнущим клеем «цианопан» или аналогичным.
После того, как крышки сняты, надо снять и резиновые пробки, которыми закрыты отверстия банок.
В процессе зарядки банки следует держать открытыми!
Перед тем, как заливать воду, надо внимательно посмотреть вглубь банок. В некоторых аккумуляторах выход банки закрыт прозрачной пленкой. Если она там есть, надо аккуратно проколоть ее тонким шилом.
Делать это следует осторожно, чтобы не повредить пластины аккумулятора.
При заливке воды не следует вводить иглу шприца слишком глубоко, иначе ее выходное отверстие забьется намазкой с пластин. После того, как и вода залита, следует обождать пару часов, чтобы она распределилась в пространстве банок.
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 параметрам и надёжностью исполнения и работы) знают теорию.
Если АКБ полностью разряжена – откручиваем пробочки на АКБ, подключаем АКБ к зарядке, выставляем 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.
Как зарядить аккумулятор ИБП: разница в способе зарядки разных типов аккумуляторов
Стандартная АКБ нуждается в токе постоянной величины, напряжение неуклонно увеличивается до определенного значения, электролит закипает и зарядка прекращается. Если заряжать АКБ бесперебойника таким же образом, закипевший электролит повлечет взрыв. Поэтому величина тока для заряда должна равняться одной десятой части емкости батареи, он должен уменьшаться до значений 20-30 мА, ограничиваться. Напряжение должно не превышать 15 В и не изменяться в ходе пополнения заряда.
Как правильно заряжать аккумулятор ИБП
Правильная зарядка АКБ бесперебойника обеспечивает ему гораздо более длительный срок функционирования, чем указанный производителем, без потерь в эффективности.
Первое пополнение заряда
С завода бесперебойники выпускаются заряженными, к пользователю могут попасть разряженными наполовину, либо полностью. В аппарат встроена система самотестирования, которая перед началом каждого цикла работы активизируется, сообщает о полноте заряда питательного элемента.
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.
ИБП APC backups-650
Принципы работы Источников Бесперебойного Питания (ИБП) подробно изложены мною в этой статье.
Его конечно тоже можно использовать с АКБ от автомобиля, но с АКБ большой ёмкости могут быть проблемы недозаряда. С ним придётся использовать внешнюю зарядку (этот вопрос я рассмотрю ниже, в разделе Практика). Да и напряжения 13,7 вольт недостаточно, чтобы зарядить АКБ на 100%. Поэтому мне такой UPS даром не нужен. А вот с моим ИБП BACK-UPS 600I можно использовать АКБ хоть 150 Ач. Да, при полной разрядке батареи заряжать током 350 миллиампер он её будет несколько суток. Но зато гарантированно зарядит на 100%. Но и из этого положения, чтобы сэкономить время, опять же можно выйти при помощи внешней зарядки.
Первая зарядка аккумулятора ИБП: что нужно знать
При покупке бесперебойника важно разобраться, как первоначально зарядить аккумуляторную батарею в ИБП. Как правило, за время с момента изготовления аппаратуры до покупки и введения в эксплуатацию пользователем заводской заряд батареи разряжается. То есть новый ИБП прибудет к вам в дом, офис или на предприятие в разряженном состоянии. Это значит, что батареи не сумеют обеспечить надежное поддержание питания защищаемых приборов при моментальной установке бесперебойника под нагрузку. К тому же, устройство запрограммировано на самотестирование перед каждым запуском. Процедура самотестирования завершится сообщением о неисправности батарейного модуля и требованием его замены.
ПРАКТИКА зарядки аккумулятора в ИБП. Изучаем матчасть
Итак, Читатель, мы подошли к самой сути вопроса. Рад представить то, во что превратился мой Back UPS 600I за 14 лет эксплуатации. 9 из них я эксплуатирую его со свинцово-кислотными АКБ для автомобиля.
Внешний вид панели ИБП на основе Back UPS 600I
Спешу сразу убедить скептиков с водородобоязнью. Оба отверстия для газоотвода по бокам АКБ у меня были заклеены латексом от презерватива (если что, он просто надуется). Пробки на банках тоже закручены наглухо. Но за 9 лет эксплуатации казусов не было. Поэтому сейчас они залиты силиконовым клеем. Использую две АКБ. Аккумуляторы подключены с общим минусом и коммутируемым плюсом. Изнутри это выглядит так:
Переделанный ИБП, вид на схему изнутри
На передней панели мы видим цифровой вольтметр, который показывает напряжение заряда 14,44 вольта и амперметр, который ничего не показывает. Это мой стандартный рабочий режим. Почему он ничего не показывает узнаем ниже.
Теперь опять совсем чуть-чуть истории. То что Вы, Читатель, видите на фото ниже – мои самые первые приборы для контроля ИБП. Это стрелочный вольтметр с растянутой шкалой (измеряет напряжение от 10 вольт до 15 вольт) и амперметр с самодельным шунтом. Мне нужно было видеть как ток при работе от АКБ, так и ток заряда. Если нужно заставить вольтметр показывать напряжение не от нуля, а с желаемого напряжения – шкалу можно растянуть с помощью делителей напряжения, схемы в интернете есть.
Стрелочные приборы для измерения тока и напряжения
Сделаны они были много лет назад и служили верой и правдой до того как Алиэкспрес стал символом эпохи. Потом у меня появились замечательные и главное очень точные приборы (амперметр + шунт к нему и вольтметр ) по недорогим ценам. Так выглядит ИБП с включенным амперметром:
Цифровой вольтметр и амперметр
Он показывает ток зарядки. Как видите ток не большой – всего 50 миллиампер. Это работает контролер зарядки АКБ UPS-а. Стоит отметить одну деталь. Только после того, как я поставил цифровой вольтметр такой точности стало видно, как работает контролер заряда. Стрелочный вольтметр этого зафиксировать не мог.
Напряжение заряда периодически меняется в пределах от 14,37 вольт до 14,47 вольт и может полчаса, а может 30 секунд быть на одном уровне. Ток зарядки зависит от подключенной АКБ. Если подключена АКБ ёмкостью 17 Ач, ток зарядки находится в пределах десяти миллиампер. Но тут уж точно сказать нельзя. Это на грани погрешности прибора. Может 14 миллиампер, может 6 миллиампер. Одно могу сказать точно – он различный для АКБ разной ёмкости.
А вот амперметр не так прост, как кажется. Его прелесть в том, что он может показывать электрический ток в двух направлениях. Он покажет ток зарядки и ток разрядки но со знаком “минус”. А теперь я подключу нагрузку около 180 ватт, чтобы забрать с АКБ 20 ампер. Сразу видно, как просело напряжение и как амперметр начал показывать разрядку АКБ с отрицательным значением:
Амперметр показывает разряд
ИБП я настраивал под себя исходя из того, что забирать от АКБ я буду ток не более 20 ампер. Нагрузка 90 ватт от 220 вольт нагружает АКБ в пределах 10-11 ампер. Но фактически на ИБП у меня сейчас два сервера, рутер и свитч. Всё это хозяйство потребляет около 30-ти ватт от 220 вольт, а от АКБ в пределах 4-5 ампер. Аккумулятор 58 Ач.
Гарантированно это всё может работать без электричества около 7-8 часов (в зависимости от нагрузки на сервера). Как только пропадает электричество мне приходит СМС-ка и я удалённо могу отключить серваки. Но этого думаю не потребуется. За семь часов я появлюсь и переключу на вторую АКБ :)), кнопочкой вручную. И пока это всё работает, сниму АКБ с машины и подключу вместо первой. Это ещё 7-8 часов. Ну а за сутки подачу электричества возобновят точно. Пока таких форс-мажоров не было. :)) Ну а если будут, разорюсь на 100 амперный АКБ. Правда в машину его не поставишь. Это кстати одна из причин, почему я не использую АКБ большей ёмкости, чем может “проглотить” моя машина. Хотя, как Вы видите, Читатель, система позволяет использовать АКБ ёмкостью хоть 1000 Ач.
Ну и показания через пару минут после того, как питание ИБП опять переключилось на 220 вольт. Как видите напряжение 13,08 вольт а ток зарядки 140 миллиампер:
Заряд после небольшого разряда
Схема подключения позволяет НЕЗАВИСИМО заряжать одну из батарей во время эксплуатации другой. Раз в полгода я переключаюсь между батареями, чтобы как-то сравнять процесс старения обоих АКБ. Провода 6 кв.мм.
Схема системы заряда АКБ и ИБП
Стоит отметить, что при длине проводов больше метра нужно использовать сечение большей площади. Для себя я рассчитал, что при рабочем токе от АКБ в 12-15 ампер и длине провода в 40 сантиметров напряжение падает на 0,008-0,015 вольта. Это около лишних 3-6 минут работы от АКБ. На 7 часов это незначительно. Соответственно чем провода от АКБ до ИБП короче и толще тем лучше, особенно при больших токах нагрузки.
Зависимость падения напряжения от длины провода и его сечения можно посмотреть здесь.
Замечательная клавиша переключателя выбора АКБ позволяет подключить внешнюю зарядку. Также эта клавиша, при определённой сноровке позволяет переключить аккумуляторы во время работы ИБП от АКБ. Это тоже проверено. Современные импульсные блоки питания для компьютеров держат нагрузку, если напряжение в сети пропало на 0,8 – 1,2 секунды. А этого как раз хватает, чтобы при падении напряжения на АКБ до критического быстро “перещёлкнуть” клавишу на другую АКБ.
Амперметр и вольтметр потребляют очень маленький ток. Если отключить сведодиод подсветки дисплея, приборы потребляют около одного миллиампера (я даже померил специально, сколько потребляет вольтметр, вызвав на дисплее единицы – это меньшее количество сегментов ЖКИ), прибор потреблял 900 с хвостиком микроампер при напряжении питания 11,11 вольт. С горящим светодиодом (когда дисплей светится) около 3-ёх миллиампер. А это важно. Ведь он подключен к аккумулятору напрямую. Амперметр я вообще сделал отключаемым, потому что его питание подключено к выходу 220 Вольт ИБП. Тут хочу пояснить. Питание амперметра должно быть гальванически развязано от схемы, в которой он снимает показания. Его напряжение питания от 6,5 вольт до 15вольт. Я не нашёл для него подходящий блок питания. Как оказалось блок питания с параметрами 6-12 вольт , расчитанный на нагрузку в 10 миллиампер найти не так-то просто. А делать самому не было терпения. Уж очень хотелось быстрей подключить его вместо стрелочного, который был до этого. Поэтому я взял зарядку от телефона на 400 миллиампер и 7,5 вольт и подключил его к выходу ИБП 220 вольт и сделал его полностью отключаемым. Это чтобы снизить нагрузку на выход 220 Вольт ИБП когда он работает от аккумулятора. Клавиша контроля по вольтажу и амперажу отключает амперметр совсем, а у вольтметра отключает подсветку минимизируя потребление энергии аккумулятора. Ну вот в общем то и все пояснения по клавишам управления ИБП.
Цифровые вольтметр и амперметр с отключенной подсветкой
Поведение аккумуляторов при заряде
Мы описали идеальный процесс в случае, когда аккумулятор более-менее исправен. Однако, чаще всего, так не бывает. У аккумулятора в процессе эксплуатации возрастает внутреннее сопротивление и уменьшается емкость.
Аккумулятор с аномально возросшим внутренним сопротивлением не сможет работать в ИБП, хотя и может заряжаться до необходимого напряжения.
Возрастание сопротивление обусловлено, скорее всего, деградация поверхности пластин и изменением их химического состава, поэтому процесс восстановления аккумулятора — это, в известном смысле, лотерея. С другой стороны, и «безнадежный» аккумулятор имеет шансы на восстановление.
В моей практике были случаи, когда севшие до 0,5 — 1 В аккумуляторы, простоявшие много месяцев, удавалось зарядить до рабочего состояния. Этому, по всей вероятности, способствовала дистиллированная вода, изменившая химическую среду внутри аккумулятора.
В случаях сильно разряженного аккумулятора начальный ток заряда может составлять величину несколько миллиампер. По динамике роста зарядного тока можно сделать предварительный прогноз и перспективы восстановления аккумулятора.
Если он в течение нескольких часов вырос до 0,5 – 0,7 А — перспективы хорошие. Если ток вырос до нескольких единиц или десятков мА, и дальше не растет – шансов на восстановление немного. Однако и в этом случае стоит побороться.
После нескольких часов заряда нужен разряд. Хорошо использовать для этого автомобильную лампу мощностью 40-80 Вт.
После нескольких минут разряда следует поставить аккумулятор на зарядку и проконтролировать ток заряда. Если он возрос от первоначального назначения и продолжает расти — это хороший признак. Можно сделать два-три цикла заряд-разряд, контролируя ток заряда и напряжение на аккумуляторе. Длительность заряда может иметь величину 1-2-4 часа, разряд 5 — 10 минут.
Если аккумулятор берет заряд и заряжается, следует нагрузить его автомобильной лампой и посмотреть на ее свечение. По яркости и длительность лампы можно сделать предварительный вывод о состоянии аккумулятора.
Если при подключении лампы напряжение на его клеммах заметно проседает (и лампа светится не в полный накал) — это говорит о повышенном внутреннем сопротивлении аккумулятора.
В этом случае, использовать его в ИБП невозможно.
Я пытался уменьшить внутреннее сопротивление аккумуляторов, доливая дополнительное количество (2- 3 мл в каждую банку) дистиллированной воды. Но ни в одном случае попытка не увенчалась успехом. Правда, я не контролировал величину этого сопротивления. Но вывод сделал такой — если аккумулятор не может нормально работать в ИБП, доливка дополнительного объема дистиллированной воды положения не спасает.
Могут иметь место случаи, когда повышенное внутреннее сопротивление в одной банке. Был случай, когда после нескольких минут разряда лампой внешняя поверхность аккумулятора нагревалась локально в определённом месте. В банке, где была внешняя клемма аккумулятора.
Доливка воды именно в эту банку положения также не спасла.
ЗАРЯДКА внешним зарядным устройством
Теперь я хочу отдельно коснуться правильной зарядки аккумулятора моего ИБП. Как я упоминал выше, я расскажу почему я предпочитаю зарядку АКБ постоянным напряжением. Коснусь этого вопроса на примере своей зарядки. Выглядит она так:
Правильная зарядка для аккумулятора
Схему её можно найти в журнале Радио. Огромная благодарность моему папе, который нашёл её а потом спаял и автору этой разработки – М.Шумилову (https://www.radioway.ru/2009/01/kompyuternyi_blok_pitanija_-_zarjadnoe_ustroistvo_.html) за грамотный и очень полезный прибор изготовленный из компьютерного блока питания. Зарядка достаточно сложна в изготовлении и в настройке. Но после этого процесса она будет радовать своей точностью и простотой зарядки АКБ на гарантированных 100 % емкости. Индикатор показывает помимо тока, напряжения и мощности зарядки затраченные на зарядку ваттчасы. Так она у меня выглядит изнутри:
Как выглядит схема зарядного устройства на основе компьютерного блока питания
Напряжение заряда 14,40 вольт (юстируется при настройке). Именно чтобы было не 14,39 и не 14,41! Это важно. Ток зарядки ограничивается на тот диапазон АКБ, который вы планируете заряжать. У меня ток ограничен до 6,5 ампер. Для моих нужд это оптимальный ток.
Такой зарядкой можно заряжать АКБ ёмкостью от 20 Ач до 80 Ач. Конечно можно заряжать и АКБ в 150 Ач. Но время зарядки будет около двух суток. При подключенном аккумуляторе напряжение падает, ток зарядки максимальный. Тут следует обратить внимание на то, что если не ограничить ток зарядки, он может быть первые несколько секунд таким, какова ёмкость АКБ. По мере зарядки АКБ напряжение стремится к 14,40 вольтам а ток зарядки постепенно падает. Как только напряжение поднялось до 14,40 вольт – мы сможем увидеть один из главных параметров АКБ, который не так просто узнать – ТОК САМОРАЗРЯДА. По нему можно узнать, на сколько АКБ изношена и чего от неё ожидать зимой.
Также плюс такого метода зарядки в том, что Вы никогда не перезарядите АКБ. Она может стоять на зарядке хоть 3 месяца. Электролит никогда не закипит и она будет заряжена на 100%. К сожалению промышленные зарядки такого типа стоят очень дорого, да и встроенный амперметр с вольтметром – прямое доказательство того, что зарядка действительно не халтурная. В отличии от говнохреней Bosh и прочих Vart, где индикация контроля осуществляется светодиодами, которые загораются по какому-то там случаю метеоризма изготовителя. Теперь я точно и без непоняток объяснил цифру в 14,40 вольт.
После процесса зарядки нужно подождать около 2-6 часов (в зависимости от ёмкости АКБ) пока батарея придёт в состояние покоя. Напряжение будет около 13 вольт. И в течении суток-двух (когда все химические процессы внутри прекратятся полностью) напряжение батареи опустится до напряжения в 12,8 вольт. Начнётся процесс её саморазряда. Теперь, надеюсь, стало понятно, почему я заткнул отверстия в АКБ и не парюсь по поводу вредных испарений во время зарядки. Периодически, раньше раз в полгода, сейчас раз в пару лет, я тестирую и обслуживаю АКБ. Проверяю ареометром плотность электролита в банках и его уровень. Ну и соответственно дозаряжаю резервную АКБ внешней зарядкой.
Предварительная подготовка к восстановлению аккумулятора
Первым делом надо залить в аккумулятор небольшое количество дистиллированной воды. Аккумулятор на 12 вольт имеет 6 последовательно соединенных банок, каждая из которых выдает напряжение около 2 В. В каждую банку надо залить по 3 миллилитра дистиллированной воды.
При этом удобно пользоваться медицинским шприцом объемом 10-20 «кубиков» с делениями. Чтобы получить доступ к банкам, надо открыть или общую крышку со стороны клемм или круглые крышечки против каждой банки. Удобно использовать отвертку с тонким узким лезвием.
Необходимо вставить лезвие отвертки в соответствующие углубления и поддеть крышечку. После окончания восстановление ее можно приклеить быстросохнущим клеем «цианопан» или аналогичным.
После того, как крышки сняты, надо снять и резиновые пробки, которыми закрыты отверстия банок.
В процессе зарядки банки следует держать открытыми!
Перед тем, как заливать воду, надо внимательно посмотреть вглубь банок. В некоторых аккумуляторах выход банки закрыт прозрачной пленкой. Если она там есть, надо аккуратно проколоть ее тонким шилом.
Делать это следует осторожно, чтобы не повредить пластины аккумулятора.
При заливке воды не следует вводить иглу шприца слишком глубоко, иначе ее выходное отверстие забьется намазкой с пластин. После того, как и вода залита, следует обождать пару часов, чтобы она распределилась в пространстве банок.
О ТАБЛИЦЕ заряда и не только
Теперь, пожалуй стоит дать пояснения к таблице, которая характеризует степень заряда и разряда АКБ. С зарядкой всё объяснил выше. Теперь пояснения к разрядке.
Важные точки процессов заряда и разряда аккумулятора
Как видите у меня отмечено, что АКБ разряжена в ноль, когда напряжение на ней падает до восьми вольт. Это достаточно тонкий и тоже важный вопрос. Сразу поясню термин “глубокий разряд” используемый мною далее по тексту. АКБ переходит в состояние глубокого разряда когда напряжение покоя у неё ниже 11,35-11,40 вольт. Это верхний предел глубокого разряда. Как я говорил выше, после отключения нагрузки, напряжение на АКБ начинает повышаться.
Очень важно, чтобы после 2-6 часов, в зависимости от ёмкости АКБ, это напряжение поднялось до 12,00 вольт. Это значит АКБ не ушла в “глубокий разряд”. Хотя по моему опыту даже если АКБ кратковременно разрядится до 11,90 – 11,85 вольт ничего страшного не будет, если её сразу поставить на зарядку. И производители часто пишут кратковременный пусковой ток рядом с ёмкостью. Такой ток мгновенно уводит АКБ в глубокий разряд, но, как видите, АКБ это выдерживает и служит в автомобиле 5-6 лет. Во время запуска стартера в автомобиле АКБ нагружается токами до 200 ампер и напряжение проседает до 9 вольт. Важно, сколько времени АКБ в глубоком разряде находится ПОД НАГРУЗКОЙ.
Нижний порог отключения производитель ИБП выставляет при полной нагрузке на АКБ. Поэтому в моём случае он около 7,55 вольт при нагрузке около 30-35 ампер. Я проверял на дохлом АКБ, когда тестил всю систему. При 7,55 вольт ИБП отключается от АКБ полностью и “гаснет”. И 8 вольт у меня в таблице указано на полную нагрузку. Это “памятка для себя”. Я не стал опираться на 7,55 вольт чтобы оставить какой-то подстраховочный буфер. Вообще, лучше не доводить разрядку АКБ до падения напряжения на такой низкий уровень. АКБ “проседает” по напряжению больше под полной нагрузкой, чем под нагрузкой в 50% или 30%. Как только нагрузка пропадает полностью, напряжение на АКБ скачком поднимается и потом продолжает подниматься всё медленней до напряжения фактического разряда.
Когда я тестил ИБП-шку, при 20-ти амперной нагрузке на АКБ, когда вольтаж просел до 8 вольт, я уменьшил нагрузку до 9 ампер, напряжение мгновенно поднялось до 10,6 вольт, продолжая при этом медленно понижаться. Вычисляется это опытным путём. Если разряжать аккумулятор нагрузкой в 10 ампер, соответственно и нижнее значение будет не 8 вольт, как у меня, а больше (оно может быть 8,4 вольт, к примеру, или 9,0 вольт) – повторюсь, это вычисляется опытным путём. Если нагрузка на АКБ от ИБП 10-20 % от расчётной, соответственно напряжение “проседает” меньше но на АКБ получается нагрузка долговременней. И соответственно АКБ находится в глубоком разряде под нагрузкой дольше. А вот это уже “убийственно” для АКБ.
Поэтому нужно стараться не доводить АКБ до глубокого разряда и по возможности, если до этого дошло – сразу поставить на зарядку. И когда при пропаже электричества мы стараемся отключить от ИБП какие-то дополнительные приборы, увеличивая время работы ИБП от АКБ, тем самым мы заставляем дольше работать АКБ в глубоком разряде. Поэтому этот вопрос нужно решать кардинальней, заходя с другой стороны – подключать 150-ти амперную АКБ :)) и не давать ей разряжаться ниже расчитанного под определённый ампераж вольтажа.
Когда я описывал время работы своих потребителей (рутер, серверы и свитч) 7-8 часов, это фактически 2-3 часа АКБ будет работать в глубоком разряде. И соответственно время её жизни сократится достаточно существенно, но не на столько, чтобы не работать дальше. Но купить АКБ для автомобиля ёмкостью 58 Ач (время работы 2-3 часа) за 32-34 евро гораздо приятней, чем АКБ ёмкостью 7 Ач (время работы 5-10 минут) за 18-20 евро. Почувствуйте и посмакуйте разницу ;))… И АКБ для авто ГОРАЗДО выносливей, серьёзней и аргументированней гелевой “батарейки”, которая идёт “в комплекте” с ИБП. Прямое доказательство – срок службы АКБ у меня :). Да и гелевая “батарейка” проработав 20-30 минут в глубоком разряде фактически умирает сразу – начинают разрушаться пластины внутри неё и её электроёмкость падает в разы в отличии от АКБ для авто, где потеря электроёмкости от работы при глубоком разряде 2-3 часа измеряется процентами.
Ещё хочется обратить внимание Читателя на один момент в эксплуатации именно этого ИБП. Комфортная работа с BACK-UPS 600I будет с нагрузкой до 200 Ватт от сети переменного тока 220 вольт. Соответственно от АКБ будет забираться около 25 Ампер. При большем токе начинает сильно греться керамический резистор. Если вы хотите обеспечить автономным питанием электроприборы до 500 ватт, вам нужен ИБП расчитанный на большую мощность. И хочу также обратить внимание, что инвертор ИБП-шек свыше 800 вольтампер работает от ДВУХ АКБ соединённых последовательно (12+12=24 вольта) в силу конструктивных особенностей. Я не встречал киловаттные ИБП питающиеся от одной АКБ 12 вольт.
ВОЗМОЖНО, ТОРГАШИ ГЕРМЕТИЧНЫМИ НЕОБСЛУЖИВАЕМЫМИ АККУМУЛЯТОРАМИ ДЛЯ ИБП, ПРОЧИТАВ ВСЁ НАПИСАННОЕ ВЫШЕ, БУДУТ НЕ ДОВОЛЬНЫ. У МЕНЯ ВСЕГО ОДИН АРГУМЕНТ, ЗАТО ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ – ЭТО ВСЁ СТАБИЛЬНО РАБОТАЕТ УЖЕ МНОГО ЛЕТ. АКБ ДЛЯ ИБП В ПОСЛЕДНИЙ РАЗ Я ПОКУПАЛ СЕМЬ ЛЕТ НАЗАД (ДВЕ ШТУКИ), ОДНА РАБОТАЕТ ДО СИХ ПОР, ВТОРАЯ СЕЙЧАС ТРУДИТСЯ В АВТОМОБИЛЕ ПОСЛЕ ТОГО, КАК ПЯТЬ ЛЕТ СЛУЖИЛА В ИБП.
Правила первой зарядки
Итак, как зарядить UPS в первый раз:
- Подключайте его к сети переменного тока, присоединив к розетке. Следует отключить у него все потребители и не включать сам аппарат.
- Следует заряжать устройство около 24 часов, всё время держа его подключённым к сети.
- Когда это время истечёт, следует подключить ИБП к нагрузке, т. е. включить потребители. Следует дождаться, пока аккумуляторы разрядятся, и повторить цикл. Только после этого можно без проблем пользоваться устройством.
- В процессе заряда следует внимательно наблюдать за показателями тока и напряжения на амперметре — он имеется у большинства современных устройств подобного типа. При заряде ток должен уменьшаться, а напряжение на аккумуляторе — увеличиваться. Это всё следует постоянно и внимательно контролировать. Процесс зарядки стоит считать законченным примерно тогда, когда напряжение окажется более 12,5 вольт.
Скачать
- Теория и практика применения аккумуляторов. Виды аккумуляторов. Лучшее, что можно почитать по теме – • Выбор и эксплуатация аккумуляторов для автономного и резервного электроснабжения. / Теория и практика — подробно простым языком, pdf, 6.97 MB, скачан: 1663 раз./
- • Дасоян, Новодережкин, Томашевский. Производство электрических аккумуляторов / В книге изложено производство электрических аккумуляторов (свинцово-кислотных, щелочных, серебряно-цинковых и др.), даны необходимые сведения об устройстве, важнейшие электрические и эксплуатационные характеристики, pdf, 19.88 MB, скачан: 879 раз./ .
Основные правила зарядки свинцово-кислотных батарей
Чтобы знать, как зарядить ИБП правильно, достаточно владеть всего двумя правилами заряда свинцово-кислотных батарей:
- Начальный ток подзарядки по своему номиналу в Амперах не должен быть больше 3-30% от ёмкости самого аккумулятора в Ампер-часах.
- Убедитесь, что напряжение в устройстве подзарядки соответствует характеристикам вашего аккумулятора.
Чтобы дорогостоящая батарея бесперебойника прослужила свой максимальный срок эксплуатации без сбоев и потери эффективности, ток подзарядки должен быть чуть меньше рекомендуемого.
Сколько заряжать бесперебойник, вы сможете рассчитать самостоятельно. Для этого поделите ёмкость аккумулятора в Ампер-часах на силу тока в зарядном устройстве в Амперах.
Пример переделки ИБП на авто АКБ
Читатель BoB4uk воспользовался советами, изложенными в статье, и собрал подобное устройство. Подробнее – в комментариях около 17 марта 2022.
Панель ИБП при разных режимах
Переделанная схема автора
