Срок действия батареи и надежность ИБП

Об используемых батареях

Во всех ИБП, производимых АРС (и всеми прочими из известных крупных производителей ИБП), используются свинцовые кислотные аккумуляторные батареи, очень похожие на самые обычные автомобильные аккумуляторы. Разница заключается в том, что, если уж сравнивать эти батареи с автомобильными, то батареи, используемые АРС, изготовлены по одной технологии с самыми дорогими из доступных на сегодняшний день автомобильных: содержащийся внутри электролит находится в гелеобразном состоянии и не разливается при повреждениях корпуса; батарея герметизирована, вследствие чего она не требует ухода, не выделяет при эксплуатации вредных и взрывоопасных газов, ее можно "кантовать" как угодно, не опасаясь пролить электролит. Кстати, достаточно любопытным является тот малоизвестный факт, что American Power Conversion Corporation является самым крупным в мире покупателем батарей: объемы закупок АРС аккумуляторов больше, чем, скажем, у Ford Motors, лидера мировой автомобильной промышленности.

Поразительные новости о долговечности ИБП

Несмотря на то, что в различных ИБП используется, казалось бы, одна и та же батарейная технология, наблюдаются колебания срока эксплуатации батарей ИБП разных изготовителей в широких пределах. Это весьма важно для пользователей, поскольку замена батарей стоит дорого (до 30% первоначальной стоимости ИБП). Выход батарей из строя снижает надежность системы, является источником простоев и беспокойства.

Температура батареи воздействует на ее надежность

Естественные процессы, вызывающие старение батареи, в значительной степени зависят от температуры. Подробные данные испытаний, представленные изготовителями батарей, показывают, что срок эксплуатации батареи при повышении температуры на каждые 10яС снижается на 10%. Это означает, что конструкция ИБП должна предусматривать минимальный нагрев батареи. Все ИБП с топологией on-line и гибридные-on-line нагреваются сильнее, нежели резервные или линейно-интерактивные (вот почему первым требуется вентилятор). Это - важнейшая причина, в силу которой ИБП резервного и линейно-интерактивного типов реже нуждаются в замене батарей, чем ИБП с топологией on-line. В системах ИБП фирмы АРС батареи работают при комнатной температуре, что повышает эффективность их работы при максимальном повышении надежности систем, а также сокращает время замены батарей.

Конструкция устройства для зарядки батарей влияет на надежность

Зарядное устройство является важным компонентом ИБП. Условия подзарядки батарей оказывают существенное влияние на их долговечность.

Срок службы батареи ИБП максимален в том случае, если она непрерывно подзаряжается от зарядного устройства с постоянным напряжением или "плавающего" типа. Фактически срок эксплуатации подзаряжаемой батареи значительно превышает срок простого хранения! Это происходит потому, что некоторые естественные процессы старения приостанавливаются постоянной подзарядкой. Поэтому необходимо подзаряжать батарею, даже если ИБП отключен. Во многих случаях ИБП отключают регулярно (если защищаемая нагрузка отключена, то незачем держать включенным и ИБП, поскольку он может сработать и вызвать нежелательный износ батареи).

Во всех ИБП фирмы АРС батареи заряжаются даже тогда, когда сам ИБП выключен (необходимо лишь, чтобы ИБП был подсоединен к электрической сети). Многие из предлагаемых к продаже ИБП не обеспечивают такой важной функции. Хотя эта функция и повышает цену ИБП, суммарная стоимость ИБП фирмы АРС в течение всего срока эксплуатации с учетом "скрытых" затрат на замену батареи ниже.

Напряжение батареи влияет на надежность

Батареи состоят из отдельных ячеек, примерно по 2 вольта каждая. Для создания батареи более высокого напряжения отдельные элементы соединяют последовательно. В 12-вольтовой батарее 6 элементов, в 24-вольтовой - 12 элементов и т.д.

Когда батарея находится под непрерывной подзарядкой, как в системах ИБП, отдельные элементы подзаряжаются одновременно. В силу неизбежного разброса параметров некоторые элементы отбирают большую долю напряжения зарядки, чем другие, что вызывает преждевременное старение этих элементов. Надежность группы из последовательно соединенных элементов определяется надежностью наименее надежного элемента. Поэтому, когда один из элементов выходит из строя, то выходит из строя и батарея в целом. Доказано, что скорость процессов старения непосредственно связана с количеством элементов в батарее, поэтому скорость старения возрастает при повышении напряжения батареи. При заданной величине нагрузки наибольший срок эксплуатации будет иметь ИБП с наименьшим напряжением батареи.

В лучших типах ИБП применяется меньшее количество более мощных элементов вместо большего количества элементов меньшей мощности, тем самым достигается большая надежность. Некоторые изготовители применяют батареи более высокого напряжения, что при заданном уровне мощности дает возможность уменьшить количество проводных соединений и полупроводников и таким образом снизить стоимость ИБП. Напряжение батареи большинства типичных ИБП при мощности порядка 1 кВА составляет 24...96 В. При таком уровне мощности у батарей ИБП фирмы АРС, в частности, семейства Smart-UPS, напряжение не превышает 24В.

Батареи низкого напряжения в ИБП, производимые компанией АРС, имеют более высокий по сравнению с конкурирующими устройствами срок эксплуатации. Средний срок эксплуатации батарей в системах АРС составляет три-пять лет (в зависимости от температурного режима, частоты циклов заряд-разряд), тогда как некоторые изготовители указывают срок эксплуатации только один год. В течение 10-летнего срока эксплуатации ИБП пользователи некоторых систем затрачивают на батареи вдвое больше, чем на само устройство! Хотя разработка ИБП с использованием высоковольтных батарей и обходится производителю проще и дешевле, на пользователя в таком случае ложатся скрытые расходы в виде укороченного срока эксплуатации ИБП.

Пульсирующий ток влияет на долговечность батареи

В идеальном случае, для увеличения срока эксплуатации батарею ИБП необходимо постоянно держать на "плавающей" или постоянной подзарядке. Тогда полностью заряженная батарея отбирает от зарядного устройства небольшое количество тока, называемого плавающим током или током самозарядки. Несмотря на рекомендации изготовителей батарей, в некоторых системах ИБП батареи подвергаются действию дополнительного тока, называемого пульсирующим. Пульсирующие токи возникают, поскольку инвертор, вырабатывающий переменный ток для нагрузки, потребляет на входе постоянный ток. Выпрямитель же, находящийся на входе ИБП, всегда выдает пульсирующий ток. Коэффициент пульсации остается ненулевым даже при использовании самых современных схем выпрямления и подавления пульсаций. Поэтому батарее, включенной параллельно выходу выпрямителя, приходится отдавать какой-то ток в те моменты времени, когда ток на выходе выпрямителя уменьшается, и, наоборот, подзаряжаться тогда, когда ток на выходе выпрямителя падает. Это вызывает миниатюрные циклы разрядки-зарядки с частотой, равной, как правило, удвоенной рабочей частоте ПБП (30 или 60 Гц). Эти циклы изнашивают батарею, нагревают ее и вызывают ее преждевременное старение. В ИБП с батареей, находящейся в резерве, таких как классический резервный, резервный феррорезонантного типа, линейно-интерактивный, батарея не подвергается воздействию пульсирующих токов.

В ИБП типа on-line батарея в разной степени (в зависимости от конструктивных особенностей), но тем не менее всегда подвергается их воздействию. Чтобы выяснить, имеют ли место пульсирующие токи, необходимо проанализировать топологию ИБП. В ИБП типа on-line батарея размещена между зарядным устройством и инвертором, и пульсирующие токи будут всегда. Это классический, "исторически" самый ранний тип ИБП "on-line с двойным преобразованием".

Если же в ИБП типа on-line батарея отделена от входа инвертора запирающим диодом, преобразователем или переключателем того или иного типа, то пульсирующего тока быть не должно. Естественно, в этих конструкциях батарея не всегда подключена к контуру, а потому ИБП такой топологии обычно относят к т.н. гибридным.

Мы намеренно не занимаемся в этой статье подробным разбором и сравнением существующих на сегодняшний день топологий ИБП, поскольку в последнее время в компьютерной прессе опубликовано немало статей на данную тему. Любознательные читатели смогут почерпнуть для себя новую информацию на сей счет (или освежить уже накопленные знания), обратясь, например, к журналу "КомпьютерПресс" (я6, 1996, стр. 22).

Хорошие новости от АРС

К сведению тех наших заказчиков, для кого проблема замены батарей является актуальной, сообщаем: на сегодняшний день батареи полностью подготовлены представительством АРС к ввозу на территорию СНГ (в частности, сертифицированы РосТестом), завезены на склады наших дистрибьюторов и продаются наравне с прочей продукцией АРС. В продаже пока нет лишь батарей для Smart-UPS третьего поколения и Back-UPS Pro, поскольку поставки этих моделей начались менее двух лет назад, и все ИБП этих серий находятся на гарантии. Так что "требуйте батареи у Вашего дилера"!

Заключение

Батареи - это наименее надежный элемент большинства хорошо сконструированных систем ИБП. Тем не менее, конструкция ИБП может влиять на долговечность этого критичного компонента. Если держать батарею под непрерывной подзарядкой даже при отключении ИБП (как делается во всех ИБП, производимых АРС), срок ее эксплуатации увеличивается. При выборе ИБП следует избегать топологий с высоким напряжением батареи. Следует остерегаться ИБП, в которых батарея подвергается воздействию пульсирующих токов или перегреву. В большинстве систем ИБП применяются одинаковые батареи. Тем не менее, конструктивные различия между ИБП различных систем обусловливают значительные различия в сроке службы батарей, а следовательно, и в размерах эксплуатационных затрат.