Jak vybrat baterii pro UPS. Teorie

Startovací a trakční baterie jsou si podobné, ale jejich úkoly a konstrukce se velmi liší. Startovací baterie se používají ke startování motoru: při startování produkují po krátkou dobu silný proud (250-1000 A) a poté se rychle nabíjejí z generátoru automobilu. Trakční baterie jsou určeny pro dlouhodobé, nepřetržité napájení elektromotorů a zařízení: produkují střední proud po hodiny i dny provozu a jsou schopny odolat hlubokému vybití a opakovaným cyklům nabíjení a vybíjení. Pokus o výměnu trakční baterie za startovací baterii (a naopak) končí selháním zařízení v důsledku nesouladu rozměrů a elektrických parametrů.

Vlastnosti startovacích baterií

Jsou navrženy pro krátkodobý maximální proudový výstup do startéru spalovacího motoru. V pouzdře je sériově zapojeno šest 2V článků (celkem 12 V). Kapacita je malá (50–70 Ah), stačí k vydání startovacího impulsu, po kterém se baterie rychle nabije z generátoru.

Pro provoz je důležité, aby startovací baterie zůstala vždy nabitá. Dlouhodobé skladování bez nabíjení snižuje její kapacitu v důsledku samovybíjení.

Většina moderních autobaterií je bezúdržbová: v deskách se používají slitiny vápníku (Ca/Ca nebo Ca/Sb), což minimalizuje tvorbu plynů a odpařování elektrolytu. Přístup k elektrolytu je uzavřený – není třeba doplňovat vodu.

Pro vozy se systémem start-stop se vyrábějí baterie EFB (Enhanced Flooded Battery) a AGM (Absorbent Glass Mat). EFB je vylepšená kapalná baterie se silnějšími destičkami a vyztuženými vlákny, která odolává více cyklům nabíjení a vybíjení ve srovnání s běžnými bateriemi. Baterie AGM obsahují elektrolyt absorbovaný skleněnými vlákny mezi destičkami. AGM je 2–3krát odolnější než běžné baterie a dokáže produkovat o 30 % vyšší startovací proud.

Vlastnosti trakčních baterií

Slouží jako „zdroj proudu“ pro plynulé udržení chodu motoru nebo mechanismu po delší dobu, spíše než k prudkému startu. Používají se v elektrické dopravě (elektrické automobily, elektrická kola, motorové čluny), skladových a stavebních strojích (nakladače, stohovače, elektromobily, autonomní generátory), a také v lékařských zařízeních a solárních systémech.

Konstrukce trakčních baterií je přizpůsobena pro práci v režimu „dlouhé nabíjení – dlouhé vybíjení“. Takové baterie vydrží hluboké cykly (vybíjení na nízké zbytkové napětí) a při nabíjení jsou obvykle omezeny na 80 % kapacity, aby se prodloužila jejich životnost. Po připojení k nabíječce nebo generátoru doplní většinu energie a jsou připraveny na další cyklus. Díky tomu vykazují olověné trakční baterie velký zdroj, co se týče počtu cyklů: gelové trakční baterie – 700 cyklů, AGM – asi 400. Baterie mají také nízké samovybíjení, což umožňuje jejich dlouhodobé skladování bez nutnosti dobíjení.

Trakční baterie jsou k dispozici v několika verzích. Nejběžnější jsou olověné (s kapalným elektrolytem, AGM nebo gelové). Olověné trakční baterie s tekutým elektrolytem (s kapalným elektrolytem) lze doplňovat destilátem a mají nejtlustší desky. Verze AGM a gelové jsou uzavřené a bezúdržbové – v bateriích AGM je kyselina sírová absorbována do sklolaminátu, v gelových bateriích je zahuštěna.

Kromě toho existují alkalické trakční baterie (nikl-kadmiové NiCd, nikl-železo NiFe). Baterie vydrží úplné vybití, během skladování prakticky neztrácejí náboj, ale vyžadují pravidelnou údržbu.

Rozdíly a podobnosti designu

Navzdory odlišnému účelu jsou si startovací a trakční olověné akumulátory v mnoha ohledech podobné ve svém principu fungování. Oba typy se skládají ze střídavě kladných a záporných olověných desek ponořených v elektrolytu. Chemická reakce nabíjení/vybíjení je u nich stejná: na kladných deskách se hromadí oxid olovnatý, na záporných deskách olovo a elektrolyt je vodný roztok kyseliny sírové. Oba typy baterií jsou také sestaveny z 2voltových prvků zapojených do série: startovací má 6 prvků a trakční baterie jich může mít více.

Mezi rozdíly můžeme zaznamenat:

• složení a typ elektrolytu. Startovací baterie se obvykle plní kapalným elektrolytem kyseliny sírové o standardní hustotě (1,27–1,29 g/cm³). Trakční baterie mohou používat nejen kapalný elektrolyt, ale také gelové nebo absorbované formy kyseliny (AGM). Kromě toho existují alkalické trakční modely (nikl-železo);
• pouzdro a mechanická pevnost. Startovací baterie mají tenčí pouzdro, protože zatížení uvnitř je menší a baterie se musí vejít pod kapotu vozu. Trakční pouzdro je silnější a zesílené. Je navrženo tak, aby odolalo hmotnosti těžkých plechů a vibracím průmyslového zařízení;
• rozměry a hmotnost. Startovací baterie jsou kompaktnější – 12V monoblok váží 10-20 kg;
• systém připojení. Startovací modely mají jeden pár svorek pro připojení 12 V a trakční modely mohou mít několik svorek (nebo samostatných prefabrikovaných bloků) pro různá napětí. Vnitřní uspořádání článků se také liší: u startovacího jsou všechny bloky konfigurovány pro výstup krátkodobého proudu a u trakčního modelu pro rovnoměrný provoz s dlouhými výboji.

Záložní zdroje energie jsou mezi Rusy stále běžnější. Důvodem je špatný stav energetických sítí a zvyšující se dostupnost záložních a autonomních energetických systémů.

Moderní systémy UPS jsou cenově dostupné a mohou mít dostatečně velký výkon pro napájení obytných budov nebo dokonce průmyslových zařízení.

Jak vybrat a koupit baterii do UPS?

Důležitou součástí každého nepřerušitelného napájení jsou baterie, které ukládají energii a zajišťují, že systém funguje v autonomním režimu, tedy dříve koupit baterii pro UPS, musíte se rozhodnout pro typ a kapacitu baterie.

Olověné baterie jsou zpravidla ideální pro stacionární autonomní a záložní napájecí systémy. Tento typ baterie je rozšířený, má dlouhou životnost, od 5 do 12 let a je cenově dostupný. Olověné baterie jsou však také odlišné a vyžadují zvláštní přístup k výběru typu a kapacity produktu.

AGM nebo gelové baterie?

• Rozdíl mezi gelovými bateriemi je ten, že obsahují roztok kyseliny sírové vázaný do gelu. Vzniklý průtokem vysokého proudu, kyslík a vodík zůstávají uvnitř gelu, kde se rekombinují za vzniku vody, která je opět absorbována gelem. Díky účinné rekombinaci plynů, gelové baterie mají dlouhou životnost, až 12 let, zvýšený počet cyklů nabití-vybití a jsou odolné proti hlubokému vybití. Baterie vyrobené technologií GEL mají navíc široký rozsah provozních teplot. Tyto výhody umožňují široké využití technologie v autonomních energetických systémech, včetně systémů založených na alternativních zdrojích energie.
• Trakční nebo startovací baterie jsou široce používány v automobilech, ale nejsou vhodné pro použití jako součást UPS a autonomních systémů založených na alternativních zdrojích energie.

Hlavním znakem trakčních baterií je přítomnost kapalného elektrolytu, který se při protékání vysokého proudu může volně vařit, proto se baterie vyrábí v neutěsněném pouzdře a mají schopnost elektrolyt doplňovat. Desky startovací baterie mají porézní strukturu, která umožňuje vysoký proudový výstup, ale zkracuje životnost baterie.

Při varu elektrolytu se uvolňuje vodík a kyslík, což může vést k požáru nebo dokonce k výbuchu, takže místnost, kde jsou baterie umístěny, musí být dobře větraná.

Olověné baterie AGM mají mezi deskami separátor v podobě vláken napuštěných elektrolytem. Díky dutinám mezi vlákny dochází k rekombinaci plynů, což umožňuje vyrábět baterii v utěsněném pouzdře.

Baterie AGM mají ve srovnání s trakčními nebo startovacími bateriemi delší životnost, neuvolňují výbušné plyny a díky tomu se dobře hodí pro systémy nepřerušitelného napájení. V současné době technologie AGM umožňuje vyrábět baterie, které vydrží hluboké vybití, což je velmi důležité pro systémy autonomního napájení.

Pojďme si to shrnout. Každý systém má svou vlastní baterii:

• pro UPS – nejlepší je použít baterie vyrobené technologií AGM;
• Pro autonomní systémy jsou vhodné gelové baterie a AGM s hlubokým cyklem.

Trakční nebo startovací baterie lze použít, ale s velkou opatrností. Zejména pokud je systém umístěn v obytné budově.

Jak vypočítat potřebnou kapacitu baterie?

Výpočet potřebné kapacity baterie je vcelku jednoduchý. Vezměte množství energie uložené v bateriích, Watt*h, a vydělte napětím systému, Volt. Při výpočtu věnujte pozornost hodnotě maximální hloubky vybití pro dlouhou životnost vašich baterií, doporučujeme je nevybíjet na úroveň nižší než 25 %.

Průměrná denní spotřeba bytového domu je 4,5 kWh za den. Napětí systému baterie je 12 voltů a maximální hloubka vybití je alespoň 25 %. Pro autonomní provoz systému po dobu 2 dnů potřebujeme baterie o celkové kapacitě:

4500 Watt * 2 dny / 12 Voltů / (1-0.25) (25 % maximální hloubka vybití) = min. 1000Ah