Внешние батареи для ИБП: что это и зачем

Редакция побывала в гостях у компании Powerconcept, специализирующаяся на решениях в области бесперебойного питания и расспросила Ирину Денисову, руководителя отдела продаж компании, о том, что такое внешние батареи для источников бесперебойного питания, в каких случаях они нужны и как правильно рассчитать параметры системы ИБП с внешними батареями.

Что такое внешние батареи и зачем они нужны

Внешние батареи, как явствует из названия, это батареи, которые не размещены в корпусе самого ИБП. Емкости встроенных батарей, как правило, только-только хватает на то, чтобы сохранить открытые файлы и выключить компьютер. Если полезная нагрузка должна продолжать функционировать даже при длительном отключении электричества, необходимо тем или иным способом увеличить суммарную емкость аккумуляторов ИБП.

Вариантов много, но все они имеют свои ограничения и недостатки.

Можно поставить для каждого потребляющего устройства свой ИБП. Это обойдется недешево, надо будет следить за «зоопарком» устройств, не исключен вариант, когда дольше всех «протянет» наименее критичный потребитель.

Можно поставить «в параллель» вместо одного ИБП два (или более). Но их необходимо синхронизировать по выходному напряжению через отдельный модуль. Иначе источники могут сгореть. Такое, в целом, никогда не практикуется.

Для бытовых нужд гораздо практичнее взять один ИБП на требуемую мощность и подключить к нему внешние батареи. Этой же логикой руководствуются и производители источников бесперебойного питания - никто из них не помещает в корпус 20 батарей.

Существуют также специализированные модульные устройства или шкафные промышленные ИБП, они бывают разных мощностей: от 3 кВт до нескольких мегаватт. Как правило требуют большого количества подключаемых аккумуляторов, чтобы набрать рабочее напряжение. Для частного использования их возможности могут быть излишни. Их сегмент начинается, как правило, с небольшого бизнеса и доходит до крупных ЦОДов. Кроме того, промышленные устройства недешевы и требуют профессионального обслуживания.

Как внешние батареи подключаются к ИБП

Внешние батареи можно использовать только с теми ИБП, которые снабжены соответствующими приспособлениями - специальным разъемом или клеммной колодкой.

К примеру, модульные сборки для серверов, устанавливаемые в стойки, фактически считаются внешними АКБ, так как установлены отдельно от ИБП, но обычно имеют привязку к определенному производителю – снабжены своими уникальными разъемами и рассчитаны под определенное напряжение. Что при потребности в замене может привязать вас к определенному производителю

Требования к подключению:

• В промышленном сегменте батареи должны быть защищены автоматическим выключателем или предохранителем на постоянный ток. Не допускается устанавливать обычный автомат на переменный ток, он может не сработать в случае короткого замыкания, что может привести к пожару.
• Необходим правильный подбор сечения кабеля по нормам и ПУЭ (правила устройства электроустановок) по силе тока. В бытовых моделях ИБП кабели подключения нужного сечения обычно идут в комплекте.
• В документации к ИБП зачастую указывается, что монтаж должен выполняться специалистом. В реальности же в быту обычно подключением занимается сам покупатель. На производстве, где цена ошибки намного выше, конечно, необходимо воспользоваться услугами специалистов вендора, интегратора или специализированной компании.
• Общие требования к безопасности можно изучить воспользовавшись ГОСТ Р МЭК 62485-1-2020 и ГОСТ Р МЭК 62485-2-2011, созданными на базе соответствующих международных документов.

Как подобрать внешнюю батарею

Чтобы правильно подобрать внешнюю батарею, нужно выполнить ряд несложных вычислений. Расскажем подробнее все шаги таких вычислений

1. Определить суммарную мощность нагрузки

Речь идет про общую мощность всех устройств, которые будут подключаться к ИБП и должны продолжать работать, когда в доме или квартире нет электричества.

Мощность измеряется в ваттах (Вт) или вольт-амперах (ВА). Если мощность указана в вольт-амперах, ее можно перевести в ватты, умножив на коэффициент мощности — косинус фи (cos φ). Для компьютеров и бытовой техники cos φ = 0,8-0,9. Для осветительных и нагревательных устройств — 0,9-0,95. Для серверов — 0,95-1,0.

Мощность, ватт = Мощность, вольт-ампер × Коэффициент мощности

Точные значения мощности рекомендуется брать из инструкций к технике и приборам. В крайнем случае можно воспользоваться усредненными значениями. Например, такими:

Допустим, в доме, должны продолжать работать следующие устройства:

• Насос водоснабжения: 1500 Вт
• Холодильник: 700 Вт
• Телевизор: 200 Вт
• Компьютер: 500 Вт
• Роутер: 20 Вт
• Котел: 300 Вт
• Посудомоечная машина: 2000 Вт
• Освещение (5 светодиодных ламп по 10 Вт): 50 Вт
• Септик: 200 Вт
• Кондиционер: 1000 Вт

Суммарная мощность = 1500 + 700 + 200 + 500 + 20 + 300+ 2000+ 50 +200 +1000 = 6470 Вт.

К этой величине необходимо добавить запас в 20%. Для учета устройств, которые могут потреблять больше мощности в момент включения, к примеру, стиральная машина или скважинный насос. И чтобы батарея в ИБП не работала на пределе своих возможностей.

Мощность нагрузки = Мощность общая × 1,2 = 6470 Вт × 1,2 = 7 764 Вт , округлим до 8000 Вт.

2. Учесть КПД системы

Источник бесперебойного питания преобразует постоянный ток батареи в переменный ток на нагрузку. В процессе преобразования часть энергии безвозвратно теряется. Объем потерь выражается в КПД — коэффициенте полезного действия.

У мощных ИБП, рассчитанных на большую нагрузку, КПД составляет 95%. У небольших ИБП — 85-90%.

Для нашего примера примем КПД системы 90%. Мощность ИБП умножим на 0,9.

3. Желательно учесть старение батареи

Система бесперебойного питания устанавливается не на один год. А батарея с годами стареет и теряет емкость. И важно учесть этот момент. Чтобы быть уверенным, что время резервирования батареи не изменится даже в конце ее срока службы.

Для этого следует применить поправочный коэффициент 1,25. Значение выведено опытным путем на том основании, что концом срока службы аккумулятора считается, когда его остаточная емкость снижается ниже 80% от номинальной.

Коэффициент старения = 1,25, в нашем примере учитывать не будем.

4. Оценить температурные условия

Аккумуляторы чувствительны к изменению температуры окружающей среды. На холоде падает отдаваемая емкость. В жару емкость немного возрастает, но сокращается срок службы. Так, увеличение температуры эксплуатации батареи всего на 10°C от номинального значения (обычно 20 или 25 °С) сокращает срок службы в 2 раза. К примеру, при оптимальной температуре в 25°C аккумулятор служит 10 лет. При 35°C — всего 5 лет.

Поэтому, чтобы обеспечить полный срок службы аккумулятора, следует позаботиться об условиях его содержания. Если говорить про бытовой сегмент, то не устанавливать аккумуляторы под прямыми солнечными лучами или в местах с высокой температурой. На промышленных объектах для охлаждения помещений используются системы кондиционирования. При установке аккумуляторов в холодные помещения или на улицу следует учесть, что отдаваемая емкость может быть меньше и заранее предусмотреть запас мощности.

Для нашего примера примем, что значительных температурных сдвигов не предвидится, и коэффициент запаса по температуре не нужен.

5. Рассчитать количество батарей

Внешние батареи бывают на разные напряжения, чаще всего это 2 и 12 Вольт. При этом номинальное входное напряжение ИБП для подключаемых аккумуляторов может варьироваться от 12 и выше 480 В, в зависимости от мощности и типа ИБП.

Чтобы «набрать» требуемое напряжение на батарее нужно собрать линейку из аккумуляторов, соединенных последовательно. Информацию о количестве требуемых аккумуляторов лучше посмотреть в паспорте на ИБП, для ИБП 500 Вт, это может быть 12В, для 3000 Вт ИБП – 24 В, для 5000 Вт – 48, и так далее.

Для ИБП с двойным преобразование часто доступен диапазон количества подключаемых аккумуляторов, например, от 17 до 40 штук.

Возьмем для примера ИБП на 10 000 Вт с количеством подключаемых аккумуляторов = 20 акб.

6. Рассчитать мощность на батарею

Мощность на батарею — это та энергия, которую нагрузка заберет у нее через ИБП. Чтобы ее вычислить, берем мощность нагрузки, корректируем на КПД системы и коэффициент старения и делим на количество батарей.

Мощность на батарею = (Мощность нагрузки ÷ КПД системы) ÷ Количество батарей = (8000 Вт ÷ 0,9) ÷ 20 = 444,44 Вт. Округлим до 450 Вт.

7. Подобрать батарею

Теперь, зная мощность на батарею и возьмем, к примеру, время резервирования 30 минут, можно подобрать конкретную модель батареи. Для этого используются разрядные таблицы, которые приведены в инструкциях к батареям.

Когда начинает работать ИБП, батареи, подключенные к нему, разряжаются. Разряд характеризуется снижением напряжения на клеммах. В зависимости от настроек ИБП предельная глубина разряда может составлять от 10,8 В (или 1,8 В на элемент) до 9,6 В (или 1,6 В на элемент).

На коротких (до 15 минут), но мощных разрядах, допускается ориентироваться на 9,6 - 10,02 В. В этом случае батарея сможет отдать больше мощности. Если же предполагаются длинные разряды (от 30 минут до 5 часов) меньшей мощности, то на 10,2 - 10,8 В. В быту предпочтителен именно этот сценарий, когда электричество пропадает на несколько часов, и нужно запитать сразу нескольких устройств.

Для примера возьмем батареи из двух популярных серий Ventura HRL и Ventura GPL и взглянем на их разрядные таблицы. Наша задача проверить три параметра: конечное напряжение, время разряда и мощность батареи.

Мощность батареи мы вычислили на шаге 6. Она равна 560 Вт. Конечное напряжение принимаем равным 10,2 В — как одно из часто используемых в бытовых ИБП. Или уточните напряжение отключения в паспорте на ИБП.

В разрядной таблице для батареи Ventura HRL 12210W мы видим, что мощность 450 Вт выдается в диапазоне от 30 минут до 1 часа. Что вполне подходит для заданных условий. Такая батарея справится с нашей нагрузкой.

Разрядная таблица для батареи Ventura HRL 12210W

Для батареи Ventura GPL 12-45 мощность 450 Вт выдается в диапазоне между 30 и 45 минутами. Тоже вполне подойдет к нашей нагрузке.

Разрядная таблица батареи Ventura GPL 12-45

8. Результат

После всех наших вычислений, мы получили результат: ИБП с линейкой из 20 внешних батарей серии Ventura HRL 12210W либо GPL 12-45 сможет поддерживать в течение 30 минут нагрузку мощностью 8 кВт.

Автоматический расчет параметров внешних батарей

Приведенный выше ручной расчет кажется довольно громоздким и сложным на первый взгляд. Но он наглядно показывает основную логику вычисления подходящих параметров внешний батарей в зависимости от реальных условий использования в быту.

Впрочем, есть более простой и более точный способ быстро подобрать тип внешней батареи. Это калькулятор на сайте компании Powerconcept — powerconcept.ru/calc/.

Сначала в калькулятор вносятся все исходные параметры. Возьмем их из нашего примера выше. Причем вычислять количество аккумуляторов в линейке не обязательно, достаточно указать номинальное выходное напряжение ИБП, и калькулятор сам подсчитает число батарей.

Ввод исходных параметров системы ИБП на внешних батареях

После расчета калькулятор выводит список подходящих внешних батарей с основными параметрами.

Если нажать на ссылку в колонке «График разряда батареи», то можно наглядно увидеть, почему батарея подходит под условия расчета.

Например, видно, что батарея Ventura HRL 12210W в течение 39 минут работы будет поддерживать нагрузку в 8 кВт.

А батарея Ventura GPL 12-45 нагрузку в 8 КкВт сможет продержать 40 минут.

Обзор внешних аккумуляторов марки Ventura

Компания Powerconcept продвигает несколько семейств внешних батарей к ИБП. Одно из наиболее широких (по сфере применения) производится компанией Ventura. Линейки устройств этой марки можно встретить и в быту, и в телекоме, и в ЦОДах, и в медицине, и прочих сегментах.

Расскажем поподробнее о каждой серии батарей Ventura, чтобы было легче ориентироваться в их многообразии.

Серия GP/GPL

GP/GPL — универсальные бюджетные батареи, подходящие для любых типов источников бесперебойного питания. В основе конструкции — герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы, изготовленные по технологии AGM. Могут работать как в режиме постоянного подзаряда, так и в циклическом режиме.

Батареи GP отличаются коротким сроком службы в пределах 6-9 лет и небольшой емкостью в диапазоне 1,3-100 А·ч. GPL служат в два раза дольше — от 12 лет. А их емкость достигает 14-268 А·ч.

И те, и другие хорошо показывают себя на средних и длительных разрядах, когда время разряда составляет от 1 до 5 часов. А при бытовых сценариях использования — зачастую и до 20 часов.

Серия GP/GPL — оптимальный вариант для бытового применения с длительными разрядами от двух часов.

5

Аккумуляторная батарея VENTURA GP 12-7,2 для ИБП, 12В, 7.2Ач [vntgp1200072s63]

4

Аккумуляторная батарея VENTURA GP 12-9 для ИБП, 12В, 9Ач [vntgp1200090s63]

2180 ₽

5

Аккумуляторная батарея VENTURA GPL 12-100 для ИБП, 12В, 100Ач [vntgpl1201000f8]

5

Аккумуляторная батарея VENTURA GP 6-4,5 для ИБП, 6В, 4.5Ач [vntgp0600045s48]

790 ₽

Серия HR/HRL

HR/HRL — серия компактных батарей, разработанных, чтобы отдавать высокую выходную мощность на коротких разрядах до 90 минут. В этих батареях используются герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы, изготовленные по технологии AGM.

Батареи HR служат до десяти лет. И отдают мощность от 131 до 557 Вт на блок (при 15минутном разряде). В то время как HRL — уже более мощные батареи, срок эксплуатации которых составляет минимум 12 лет. А выходная мощность доходит до 711-3468 Вт/блок (также при 15минутном разряде).

Внешние батарее этой серии занимают меньше места при той же номинальной емкости и массе, в связи особенностями конструкции, а именно меньших габаритов корпуса, но с большей отдачей по мощности. Разница в энергоотдачи по сравнению с серией GP/GPL может достигать 30%.

Серия HR/HRL рекомендуется в ситуациях, когда планируются короткие режимы разряда до 1,5 часов. На более длинных режимах их характеристики сопоставимы с серией GP/GPL.

5

Аккумуляторная батарея VENTURA HR 1234W для ИБП, 12В, 9Ач [vnthr1234ws63]

Нет отзывов и оценок

Аккумуляторная батарея VENTURA HR 1251W для ИБП, 12В, 12Ач [vnthr1251ws63]

3300 ₽

Нет отзывов и оценок

Аккумуляторная батарея VENTURA HR 1221W для ИБП, 12В, 5Ач [vnthr1221ws63]

1555 ₽

1250 ₽

Нет отзывов и оценок

Аккумуляторная батарея VENTURA HR 1290W для ИБП, 12В, 18Ач [vnthr1290wf5]

4719 ₽

Серия FT

FT — это семейство фронт-терминальных аккумуляторов с увеличенным сроком службы. Технически представляют собой герметизированные свинцово-кислотные AGM-аккумуляторы с выводами на фронтальной стороне, что значительно облегчает работу по их монтажу и обслуживанию.

За счет своих узких корпусов в основном используются для установки в телекомммуникационные шкафы и серверные стойки 19” и 23” при комплектовании батарей на объектах связи и телекома. Для бытового использования тоже подходят, но по соотношению «цена-возможности» кажутся избыточными.

Серия VG

VG — гелевые AGM-аккумуляторы со сроком службы от 15 лет и диапазоном емкости 33-250 А·ч. Технически идентичны универсальным батареям серии GP/GPL только с желеобразным электролитом, за счет чего имеют увеличенный циклический ресурс и меньшую степень расслоения электролита. Подходят для любых сфер применения.

Серия CP

CP — линейка необслуживаемых стационарных AGM-аккумуляторов с номинальным напряжением 2, 6 и 12 В, емкостью до 3000 А·ч и длительным сроком службы, изготовленных по технологиям AGM и LEAD-CARBON.

Используются в системах накопления энергии и возобновляемой энергетике. Чаще всего вместе с солнечными батареями, где требуется высокий циклический ресурс и регулярная эксплуатация в частично разряженном состоянии.

Серия CL

Батареи CL — это 2-вольтовые аккумуляторы большой мощности. Емкость элементов может достигать 3000 А·ч. А срок службы превышает 20 лет.

Аккумуляторы серии CL востребованы в основном для применения на объектах электроэнергетики, телекоммуникации, фиксированной связи, нефтегазовой промышленности.

Серия OPzV

OPzV — батареи с желеобразным электролитом и трубчатыми положительными пластинами. Их ресурс службы 20 лет и 3000 циклов заряда-разряда. Выпускаются в виде блоков 12В с емкостью до 200 ампер-часов и 2В с емкостью до 3000 ампер-часов.

Чаще всего серия OPzV используются в сфере телекоммуникаций, энергетики, охранно-пожарных систем. Там, где случаются частые отключения, нужен высокий циклический ресурс, длительный срок службы, высокая надежность и способность работать в разных температурных режимах.

Реклама. ООО «Ситилинк». ОГРН 1147746461422. ERID: 2SDnjc6C1cr