Wir erhöhen die Betriebszeit der USV. Batteriewahl

Der Herbst kommt und die Stromprobleme nähern sich. Es ist eine typische Situation, in der die Heizung noch nicht eingeschaltet ist und alle Nachbarn durch elektrische Kamine und verschiedene Heizungen beheizt werden, wodurch ein bereits beladenes Netzwerk verschwendet wird. Stürme brechen Drähte, Drähte brechen, Ausrüstung ist ohne Strom. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung oder USV retten hilft. Aber was tun, wenn der Unfall auf der Leitung länger als eine Stunde dauert und die unterbrechungsfreie Batterie die gesamte Ressource in zehn Minuten erzeugt? Bauen Sie die Kapazität der eingebauten Batterien auf. Wie Sie dies richtig und sicher tun und wie Sie die erforderliche Batterie auswählen, werde ich Ihnen heute anhand eines echten Beispiels erläutern.




Erst neulich ergab sich eine eher triviale, aber interessante Aufgabe. Das Server-Rack mit einer geringen Gerätemenge und einem ungefähren Verbrauch von 250-400 W ist lange Zeit mit einer IPPON Smart Winner Pro 2000- USV ausgestattet . Die Batterielebensdauer beträgt ungefähr eine Stunde, und bei längerem Stromausfall wurde ein auf der Straße installierter Gasgenerator manuell gestartet. Ziel: Bereitstellung einer Batterielebensdauer von mindestens 6 Stunden bei minimalen Kosten.

Es ergibt sich sofort die Schlussfolgerung, den Generator mit einer Art automatischem Startsystem wie diesem auszustatten. Das Plus ist, dass die Kosten für eine solche Änderung etwa 13.000 Rubel betragen, und das Minus ist, dass eine regelmäßige Wartung und Betankung des Generators erforderlich sind. Der Faktor Mensch wird hinzugefügt, was bedeutet, dass die allgemeine Zuverlässigkeit des Systems verringert wird.

Die zweite Methode, die aus Gründen der Einfachheit und Zuverlässigkeit gewählt wurde, besteht darin, die Batteriekapazität zu erhöhen. In diesem Fall reicht es aus, einfach die Kapazität der Batterien zu erhöhen, da in diesem Fall der Batteriepack entfernt und über ein separates Kabel verbunden ist. Da Standardbatterien eine Kapazität von 9 Ah haben und zu einer 48-V-Batterie zusammengebaut werden, reicht es aus, sie durch ähnliche Gel-Batterien mit einer Kapazität von 40-50 Ah zu ersetzen. Da das Ladegerät mit einem Zwangskühlsystem ausgestattet ist, ist eine solche Last nicht kritisch und beeinflusst nur die Ladezeit des Akkus.

Und was tun für diejenigen, deren Verbrauch viel höher ist und deren Anforderungen an die Batterielebensdauer deutlich voneinander abweichen? Zum Beispiel hat das Rack 1-1,5 kW und erfordert bis zu 24 Stunden Autonomie. In diesem Fall ist es am einfachsten, unterbrechungsfreie Stromversorgungen für 10 Minuten Betrieb und leistungsstarke Generatoren mit einem automatischen Startsystem zu installieren, das 5 Minuten nach dem Ausschalten startet. Dieses ganze System kostet viel Geld, aber manchmal zahlt es sich für Stabilität aus.

Ich möchte eine Zwischenoption für ein kleines Büro oder ein Privathaus in Betracht ziehen, wenn eine Reserve für eine variable Last mit einer Spitzenleistung von 6 kW und einem durchschnittlichen Verbrauch von bis zu 1 kW für eine lange Zeit ohne externe Aufladung erforderlich ist. Vielleicht die Hinzufügung eines Generators, dann wird das System völlig autonom.

Als unterbrechungsfreie Option habe ich mich für die Rack-Montage entschiedenUSV von der Firma MicroART. Glücklicherweise funktionierte eine solche Instanz genügend Zeit und zeigte einen störungsfreien Betrieb. Darüber hinaus verfügt es über eine Vielzahl von Einstellungen, mit denen Sie die Akkulaufzeit verlängern und ordnungsgemäß bedienen können.

Erläuterung: Alle Büro-USVs verwenden Gel-Batterien, die viele Vorteile haben: Sie werden aufgeladen geliefert, müssen nicht gewartet werden und der Elektrolyt befindet sich in einem verdickten Zustand, was bedeutet, dass er niemals verschüttet wird. Alle unterbrechungsfreien Netzteile unterstützen jedoch eine erhöhte Spannung an den Batterien, sodass Sie 100% der Kapazität nutzen und diese so schnell wie möglich aufladen können. Hier sind nur die letzten beiden Punkte, die die Batterielebensdauer erheblich verkürzen und zu einem Ausfall von 2-3 Jahren führen.

Ich wollte 5-7 Jahre, aber es ist besser, alle 10 Jahre, ohne die Batterien auszutauschen. Und dann kommen wir zur Wahl des Batterietyps.

Arten von
AGM- Batterien Die AGM-


Technologie verwendet einen mit Flüssigelektrolyt imprägnierten porösen Füllstoff in den Glasfasergehäusekammern. Die Mikroporen dieses Materials sind nicht vollständig mit Elektrolyt gefüllt. Das freie Volumen wird verwendet, um Gase zu rekombinieren.
Dicht, wartungsfrei, für die Installation ist kein belüfteter Raum erforderlich. AGM-Batterien funktionieren im Lademodus (Puffermodus) mit einer Lebensdauer von bis zu 10-12 Jahren einwandfrei. Wenn sie in einem zyklischen Modus verwendet werden (d. H. Konstante Lade- / Entladevorgänge von mindestens 60% bis 80% der Kapazität), verringert sich ihre Lebensdauer um fast das Zwei- bis Dreifache. Lebensdauer mit voller Autonomie bis zu 3 Jahren. Empfohlen für eine unterbrechungsfreie Notstromversorgung.

GEL

Dem flüssigen Elektrolyten wird eine Substanz auf der Basis von Siliziumdioxid (SiO2) zugesetzt, wodurch eine dichte Masse gebildet wird, die in ihrer Konsistenz dem Gelee ähnelt. Diese Masse füllte den Raum zwischen den Elektroden innerhalb der Batterie. Bei chemischen Reaktionen entstehen zahlreiche Gasblasen in der Dicke des Elektrolyten. In diesen Poren und Schalen treffen sich Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle, d.h. Gasrekombination. Fast der gesamte Dampf kehrt somit zum Akkumulator zurück und dies wird als Gasrekombination bezeichnet. Der Separator in Gelbatterien ist ebenfalls ungewöhnlich - mikroporöser Duroplast, der aufgrund von Aluminiumadditiven eine hohe Beständigkeit in einer aggressiven Umgebung aufweist, eine hohe Temperaturstabilität und mechanische Festigkeit aufweist; Letzteres bietet eine hohe Vibrations- und Schlagfestigkeit der Struktur.Bei der Herstellung von Gel-Batterien wird hochreines Blei verwendet - dies erhöht die Batterieleistung um ein Vielfaches. Lebensdauer mit einer Autonomie von bis zu 4 Jahren und einer Notstromversorgung von bis zu 12 Jahren. Empfohlen für eine unterbrechungsfreie Notstromversorgung.

Batterien wie GEL und AGM sind äußerlich kaum zu unterscheiden und weisen ziemlich ähnliche Eigenschaften auf. Interessanter.

Gepanzert


Die Basis der Schalenplatte ist eine Abdeckung (Schale) aus mikroporösem Vlieskunststoff in Form einer Reihe paralleler Rohre. In den Rohren ist eine aktive Masse eingeschlossen. Der stromführende Teil der Platte ist ein Kernrahmen, der in die aktive Masse gedrückt und aus einer Blei-Antimon-Legierung gegossen wird. Der Kernrahmen wird unter Druck geformt, wodurch die Bildung von Senken und anderen Gussfehlern in den nachgeschalteten Stangen vermieden wird, was die Lebensdauer erheblich erhöht. Der mikroporöse Panzer schützt die positive aktive Masse zuverlässig vor Ablösen und Kriechen während der gesamten Betriebsdauer der Batterie. Empfohlen für vollständige Autonomie und / oder Backup-Systeme. Die Lebensdauer von Schalenbatterien unter autonomen Bedingungen beträgt mindestens 10 Jahre bei ordnungsgemäßem Betrieb (oder 1.500 Zyklen bei 80% der Entladungen) oder 15 bis 17 Jahre bei Notstrom.Lieferung in Trockenladung.

Lithiumeisenphosphat (LiFePo4):



Versiegelte Batterien, hergestellt mit Lithiumeisenphosphat-Technologie. Empfohlen für vollständige Autonomie und / oder Backup-Systeme. Die Lebensdauer von Lithium-Eisenphosphat-Batterien in Autonomie beträgt bis zu 20 Jahre bei ordnungsgemäßem Betrieb (oder 5000 Zyklen mit 70% Entladung) oder 25 bis 30 Jahre bei Notstrom. Kommt komplett mit BMS. Diese Batterien haben eine Reihe wichtiger Vorteile und sind die vielversprechendsten Batterien der Welt.

Die Wahl von
Everything spricht für Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LiFePo4), aber die anfängliche Investition ist ziemlich groß, obwohl die Vorteile unbestreitbar sind: keine Säure, versiegelt, wartungsfrei und die niedrigsten Kosten für den Lade- / Entladezyklus. Angesichts aller Vor- und Nachteile entschied ich mich für trocken geladene gepanzerte Batterien.

Vorbereitung und Montage der Batterie



Da die von mir ausgewählten Schalenbatterien in 2-V-Dosen geliefert werden und ich 24 V benötigen würde, musste ich selbst eine 12-teilige Batterie zusammenbauen. Der erste Schritt war das Auftanken des Elektrolyten. Das Verfahren ist mit einem Gesundheitsrisiko verbunden, daher ist die Verwendung von Schutzausrüstung erforderlich: Brille oder Augenmaske, Atemschutzmaske, Gummihandschuhe, Gummistiefel. Ich habe auch einen Regenmantel hinzugefügt, falls der Elektrolyt spritzt, der Säure enthält. Außerdem werden Batterien am besten auf eine Gummi- oder Kunststoffmatte gegossen, damit im Falle eines verschütteten Elektrolyts keine Spuren auf dem Boden verbleiben.

Um den Elektrolyten zu füllen, habe ich diese säurebeständige Handpumpe verwendet .



Das Aufladen des Akkus selbst ist recht einfach, aber unter Berücksichtigung von 12 Dosen dauert es sehr lange. Soda im Rahmen ist nicht nur. Aus einem Chemiekurs ist bekannt, dass es viel effizienter ist, die Säure nicht mit Wasser abzuspülen, sondern Soda zu neutralisieren. Aus Sicherheitsgründen ist es daher besser, eine offene Packung Soda in der Nähe aufzubewahren.



Nach dem Befüllen der Batterien mit Elektrolyt muss die Batterie spätestens nach 3 Stunden wieder aufgeladen werden. Der Ladevorgang selbst sollte von einem geeigneten Ladegerät mit einem Strom von 10% (0,1 ° C) der Batteriekapazität durchgeführt werden. Wenn die Kapazität beispielsweise 210 Ah beträgt, sollte der maximale Ladestrom nicht mehr als 21 A betragen. Es werden dicke Jumper verwendet, damit sie nicht zu einem Engpass werden, wenn große Anlaufströme fließen. Wenn Strom durch dünne Drähte fließt, erwärmen sie sich außerdem merklich, was zu vorzeitigem Batterieverschleiß oder Feuer führen kann. Wenn Sie den Akku von +25 auf +35 Grad erwärmen, halbiert sich die Lebensdauer des Akkus.



Der nächste Schritt, der es uns ermöglicht, wartungsarme oder vollständig wartungsfreie Batterien aus gewarteten Batterien herzustellen, war die Installation von Wiederherstellungssteckern. Während des Ladevorgangs freigesetzter Wasserstoff steigt in einen solchen Stecker auf, verbindet sich mit Sauerstoff und fließt zurück in die Batterie. Vor dem Einbau solcher Stecker muss der Akku vollständig aufgeladen und mehrere Tage stehen gelassen werden, da beim ersten Mal möglicherweise eine erhöhte Gaserzeugung auftritt, für die solche Rekuperatoren nicht ausgelegt sind. Wenn diese Situation vernachlässigt wird, ist ein trauriges Ergebnis möglich: Der Wärmetauscher überhitzt.



Infolgedessen hat die Batterie diese Form erhalten und erfordert nur einmal im Jahr eine vorbeugende Überprüfung der Spannungsdifferenz zwischen den Batteriebänken und alle 6 Jahre eine Überprüfung des Elektrolytstands. Wenn die Spannung verschiedener Batterien zu „hochlaufen“ beginnt, muss eine Ausgleichsladung (Ladung mit erhöhter Spannung) durchgeführt werden. Wenn der Elektrolytstand niedriger ist, fügen Sie einfach destilliertes Wasser hinzu.

Hier ist der Vorteil einer solchen Lösung: Bei versiegelten Batterien (GEL und AGM) verdunstet Wasserstoff trotz der internen Rückgewinnung ebenfalls langsam, es ist jedoch nicht mehr möglich, Wasser hinzuzufügen, und es ist notwendig, solche versiegelten Batterien viel früher wegzuwerfen.



Die gespeicherte Energie dieser speziellen Baugruppe beträgt 5040 Wh * h, und ohne großen Verlust für die Gesundheit der Batterie können Sie die Hälfte ausgeben. Das heißt, zwei oder drei Laptops im normalen Betrieb können einen Tag überleben und es wird immer noch Energie zur Verfügung stehen. Wenn Sie einen externen Generator oder Sonnenkollektoren hinzufügen, wird das System vollständig autonom und Sie können länger als ein Jahr arbeiten.

Fazit Ein
Wechselrichter mit einem externen Akku erwies sich als größer als eine Standard-Kompakt-USV mit eingebauten Batterien. Die nahezu unbegrenzte Kapazität externer Batterien kann jedoch die Lebensdauer der Batterie erheblich verlängern. Wenn die Notstromversorgungszeit der USV Minuten oder einige zehn Minuten beträgt, wird bei Verwendung eines Wechselrichters mit externen Batterien die Batterielebensdauer in Stunden oder Tagen berücksichtigt.

Wenn es interessant ist, kann ich zwei Geräte auf der Stirn vergleichen: die Powercom Smart King SMK-2000A-RM-LCD- USV und die SIN Energy Pro HYBRID- Wechselrichter-MAP mit einem externen Akku.

Source: https://habr.com/ru/post/de382955/