Свинцово-кислотные батареи в ИБП (UPS)

[Дм.]

а у меня личный опыт, плюс есть простое объяснение, почему качели лучше.   Что такое качели? - ...Причем заряд происходит ровно до того момента, когда все вещества вступили в реакцию, дальше наступает пауза до следующего момента.   Тут все идет в пользу, нет каких-то вредных процессов, к тому же при этом недозаряженные банки, помаленьку получают свой заряд - происходит выравнивание заряда в банках.

Чтобы происходило выравнивание, как раз и надо до соответствующего потенциала заряд вести, а не прерывать его тогда, когда кажется, что дальше "вредно/бесполезно":

...each charge event provides cell-to-cell equalization since they are usually at relatively high voltages that will heavily polarize all cells (but for a short period of time, typically ~30 min every 10 days or with on:off ratios of ~1:17). ...full rectifier output, 2.50 VPC...

[Griig]

Если бы уровень в 12,7 В был достаточным, никто бы не бился за другие цифры. Если в Ваших ИБП стоят VRLA АКБ, то при поддержке буферного напряжения ниже 13,6 В,

Да это все  верно если вы из разряженного состояния выходите в буфер, даже на 13.6В не получите полного заряда со всеми вытекающими которые мы наблюдаем в виде недолгоживущих АКБ. Я рассматриваю немного другую ситуацию, когда АКБ был заряжен полностью и отпущен до 12.7В. По достижении НРЦ отстоя 12.7В появляется ток поддерживающий этот НРЦ. Будет ли при этом уменьшение заряженности АКБ если ток саморазряда компенсирован поддерживающим зарядом на 12.7В?

Судя по зарубежным источникам периодический подзаряд лучше буфера 13.6в и они используют таймер
Не совсем понятно если заряд 1:17. при 30 мин заряда то пауза будет 8.5ч. но ни как не 10 дней.
За десять дней действительно саморазряд получается несколько процентов, в зависимости от температуры.
Остается вопрос, какой период будет лучше выбрать для долголетия, 10 дней 1 день 3 часа итд?

[UriBas]

Чтобы происходило выравнивание, как раз и надо до соответствующего потенциала заряд вести, а не прерывать его тогда, когда кажется, что дальше "вредно/бесполезно" ...each charge event provides cell-to-cell equalization since they are usually at relatively high voltages that will heavily polarize all cells (but for a short period of time, typically ~30 min every 10 days or with on:off ratios of ~1:17). ...full rectifier output, 2.50 VPC... 

С этим можно согласится, при условии, что АКБ здорова и нет разбалансировки в банках..  тогда можно и нужно гнать" качели и до 15В (2.50 VPC).   А лучше всего,  верхний порог определять по скорости повышения напряжения при заряде..  там как раз будут учитываться все нюансы.

Будет ли считаться 12.7В поддерживающим, компенсирующим саморазряд, после полного зарядного цикла. Сохранится ли при таком  напряжении 100% заряд если НРЦ полностью заряженного АКБ 12.7в?  Какой вред от постоянного малого  поддерживающего зарядного тока при напряжении 12.7В, когда газо-выделение гарантированно отсутствует?

В принципе ДМ привел уже ссылку, где говорится, что нужен необходимый потенциал для заряда, а  12,7В этого не достаточно и конечно, 100% заряда при этом не сохранится! Другими словами - АКБ будет терять емкость и сульфатироваться.

А не проще ли и правильней по таймеру? Оптимальное время отстоя  наверное приблизительно одинаково для всех АКБ, его можно брать с запасом т.к. 1сутки это 0.3% саморазряда. Отстой после полного заряда благотворно влияет АКБ. Сколько будет оптимально?

Дело в том, что у каждого АКБ свои особенности, разная скорость саморазряда и т.п.  Поэтому по таймеру - это слишком примитивно и малоэффективно (что и указано в ссылке ДМ) и таймер применяли раньше, до 1984 года, когда еще не было таких МК как сейчас в доступном виде.  Поэтому лучше всего (опять же) паузу определять по скорости падения напряжения (НРЦ).

[Branimir]

Цитата: Griig писал Сегодня в 02:44
Зачем держать полностью заряженный АКБ под напряжением 13.6В не совсем понимаю
Когда-то читал исследования, в которых приводились графики старения батарей. При 13.6В батареи жили дольше. Сам лично не проверял, доверился основным производителям ИБП. ИМХО, они лучше меня соображают и имеют возможность проводить тесты.

Думаю пока не доказано обратное, следует придерживаться рекомендаций производителей АКБ
(они почти не различаются в части величины напряжения поддерживающего заряда и коррелируют лишь по температуре).
Вот выдержка из инструкции по эксплуатации батарей "BB":

Цитата (стр. 9):
6.2.1. Поддерживающий заряд
Поддерживающий заряд называют также режимом постоянного подзаряда. Режим постоянного подзаряда неограничен во времени и
служит для поддержания аккумуляторной батареи в полностью заряженном состоянии. Напряжение постоянного подзаряда приклады-
вается к выводам батареи и при температуре 25°С должно поддерживаться на уровне (2,275 Вольт х количество последовательно со-
единенных элементов) с точностью ±1%, то есть в диапазоне 2,25-2,30 В/эл.
Если напряжение больше верхнего допустимого значения, имеет место перезаряд, при котором уменьшается количество электролита
и ускоряется коррозия решеток положительных пластин, что в результате уменьшает срок службы аккумуляторов.
В случае, если напряжение меньше указанного нижнего предела, имеет место недозаряд. Это приводит к ускоренной коррозии реше-
ток положительных пластин и деградации активного материала отрицательных пластин. Срок службы также сокращается

Вот выдержка из инструкции по эксплуатации батарей "FIAMM":

Цитата (стр. 5)
"Поддерживающий заряд (буферный режим)
В данном режиме потребители, источник постоянного тока и батарея подключены параллельно.
При этом зарядное напряжение является одновременно и напряжением эксплуатации батареи, и
напряжением потребляющего оборудования. Режим поддерживающего заряда позволяет поддерживать батарею в
полностью заряженном состоянии при минимальном расходе воды.
Рекомендуемое напряжение для данного режима составляет 2,27 В/эл. при 20 град. C.
На Рис. 6 представлена информация по рекомендуемым напряжениям поддерживающего заряда,
позволяющим максимизировать срок службы батарей, при их эксплуатации в диапазоне температур от -20 C до +60 C.
Также для расчета можно воспользоваться формулой: -2,5 мВ/элемент/град C.
В полностью заряженных герметизированных AGM батареях FIAMM при поддерживающем напряжении 2.23 В/эл. и температуре 20 °C,
нормальным считается потребляемый ток, приблизительно равный 0,3 мА/Ач. Ввиду природы процесса рекомбинации, ток режима
поддерживающего заряда, наблюдаемый во фронт-терминальных батареях, обычно выше, чем в призматических, и поэтому не
является показателем заряда батарей.

Рис. 6 Рекомендуемое напряжение поддерживающего заряда AGM батарей при различных уровнях температуры окружающей среды
представлен график (скопировать его сюда я не смог!, поэтому смотрите в приложенных файлах)

[Branimir]

Ради интереса, попробуйте сделать так :
Не доливая воды, разрядите 7ач батарею в ИБП (с одним акком), током 0,5С. (лампа 40 W)
Заряд на CCCV  Imax = 0.7-0.8 А  Umax = 14.2 В. Когда зарядится - 1-2ч отстоя.
Опять заряд, на CC на 20-80 мин.  Imax = 0.1 - 0.15 А (Umax > 17 В )
Повторите таковой КТЦ еще 1-2 раза.

Спасибо за совет. Предлагаемая Вами схема заряда очень похожа на IUI. (пробовал ее, не обнаружил преимуществ перед IU).
Только неясно для чего до 17v догонять??? И вообще, что этот эксперимент должен показать? Поясните пож-та.

Из моей практики:
большинство батарей, послуживших уже в ИБП, показывали разбалансировку по банкам
(засверливался в перемычки ради интереса и проверял напряжение на банках при подзаряде 13,52-13,65v прямо в ИБП).
Разбалансировка и потеря воды банками и есть причина ускоряющейся потери емкости АКБ, ее деградации и умирания.

Так вот, даже при заряде (той же "BL-кой") напряжением 14,4-14,7v, т.е. выше уже привычного для АКБ=13,52-13,65v
(в ИБП такое напряжение поддержания),
на банках с меньшей емкостью (отстающих) напряжение скачет выше 2,6-2,7v (приводит к бурному кипению)
Это же наблюдается при начале заряда таких разряженных АКБ (когда напряжение только начинает подыматься выше 12,5v),
при токах заряда, установленных выше привычных им 0,7А (например, 0,2С=1,4А).
Если влупить им 17v даже на "CC на 20-80 мин.  Imax = 0.1 - 0.15 А" как Вы предлагаете, то каких положительных последствий ждать???

[Branimir]

Выше, в моем сообщении, есть портреты батарей, которые простояли в буфере (13.6В) 12-13 лет и потеряли приблизительно половину емкости (точную емкость не замерял).
ИМХО, если бы эти батареи постоянно добивались качелями - уже бы давно были на помойке.

Скажите пож-та, Вы все это время (12-13 лет) наблюдали за работой этих шикарных АКБ ?
Хочется понять:
1. у них когда появилась разность (разбалансировка) в напряжении заряда в цепочке и какой величины она была-стала?
2. росла ли эта разница и как быстро?
3. Потеря емкости вряд ли как-то фирсировалась замерами?
4. часто ли случались аварийные ситуации, когда батареи реально работали "в полный рост" (т.е. выручали Вас) ?
5. при списании в утиль какие-то замеры параметров на АКБ делали (Rвнутр., токи ССА, "оценку здоровья" по тестеру или емкости) ?

[Branimir]

В подавляющем большинстве таких ИБП, заряд, после разряда, должен происходить автоматически.
Когда у батарей большая утечка и 220 долго не приходит в гости - после разряда до 10,7 В, продолжается саморазряд.
Когда напруги не достаточно для поддержания работы схемы - происходит сброс и для включения необходимо клацнуть кнопкой.
Как правило - такие батареи сильно греются и корпус ИБП горячий.
При ремонте
Сортирую ИБП по моделям и выставляю в ряды, подключаю к 220. Через парочку суток -
на ощупь определяю самые горячие и меняю батареи (даже тестер в руки не беру)
После замены АКБ, на предварительно заряженную, проверяю основные параметры....

Так и есть: заряд АКБ идет автоматом даже при вырубившемся ИБП. Но клацнуть кнопкой сеть приходится для запуска.
Только думаю тонкость заключается в следующем.
В долитых батареях (уже послуживших в ИБП), как правило одна-две банки имеют меньшую емкость
(проверял недавно на некоторых побаночно).
Если на ИБП висит небольшая нагрузка (25-40%), то при разряде (если нет внутренних ограничений времени работы от батарей)
АКБ разряжаются очень глубоко (-80% емкости думаю).
Что может приводить даже к переполюсовке отдельных банок, тем более, если эти банки уже сильно потеряли в емкости.
При заряде в ИБП после разряда даже привычным им током 0,6-0,7А (начиная с напряжения где-то 12,8-13,0v проявляется
разность в наборе напряжения банками (иногда существенная) и эта разница нарастает к концу заряда при 13,6v:
слабые банки взлетают до 2,6-2,7v и через некоторое время при снизившемся малом токе выравнивается по банкам напруга,
но дисбаланс не устраняется (и некоторые относительно здоровые банки недозаряжаются, видимо, т.к. напряжение на них может не достигать даже 2,20V).
Вот этот внутренний дисбаланс с каждым разрядом-зарядом все больше расшатывает батарею по банкам
и в конце концов добивает слабые банки перезарядом (отсюда и жижа, вместо пластин видимо?).
А недозаряжаемые банки сульфатируются ускоренно.
Так мне кажется...

P.S. а греются батареи скорее всего, когда у какой-то из банок стал проявляться повышенный саморазряд
из-за микро-КЗ, терморазгона и еще как-то. Такие АКБ точно не жильцы.
Мне попадались такие, что при побаночном заряде-тренировке ток заряда не отпускают даже когда уже и напруга вроде приподнялась
и, как правило, на них не удается напряжение поднять выше 2,35-2,40 даже повышая ток (только разогрев увеличивается этой банки!).
На некоторых из таких экземпляров очень быстро проступает выпуклость на стенке банки
(ее нарушенную геометрию становится видно в отраженном свете или даже на ощупь).

[Дм.]

...Я рассматриваю немного другую ситуацию, когда АКБ был заряжен полностью и отпущен до 12.7В. По достижении НРЦ отстоя 12.7В появляется ток поддерживающий этот НРЦ. Будет ли при этом уменьшение заряженности АКБ если ток саморазряда компенсирован поддерживающим зарядом на 12.7В?

Я же Вам в этом сообщении процитировал, к чему ведет сдвиг напряжения буферного режима конкретно для положительного электрода: https://electrotransport.ru/index.php?topic=13475.msg1269053#msg1269053 . Можно было бы добавить схожую цитату и про отрицательный электрод.

Судя по зарубежным источникам периодический подзаряд лучше буфера 13.6в и они используют таймер
...Остается вопрос, какой период будет лучше выбрать для долголетия, 10 дней 1 день 3 часа итд?

Из источника [51]:

In Reid's original work, charging was performed on a telecommunications battery with several strings in parallel and was alternated so that only one string at a time would be charged. In applications where the battery would not be required to be 'on line' continuously, a preferred approach would be to charge the battery for a short period and then allow it to stand on open-circuit until the voltage would drop to a particular level indicative of, say, 95% state-of-charge, at which point it would be recharged again for a short time. For batteries with excellent self-discharge behaviour, this charging period could be as little as 1 to 2 hours per week, perhaps a bit more in high-temperature applications. Different charge algorithms can be used, either sensing voltages as described above or using a simple timed charge (so many hours per week).

[Дм.]

Поэтому по таймеру - это слишком примитивно и малоэффективно (что и указано в ссылке ДМ) и таймер применяли раньше, до 1984 года, когда еще не было таких МК как сейчас в доступном виде.  Поэтому лучше всего (опять же) паузу определять по скорости падения напряжения (НРЦ).

Это Вы что-то своё сумели вычитать. Разговор в тексте был про то, что в 80-е не было в доступности высокоскоростных схем переключения на питание от АКБ в случае пропадания напряжения сети, поэтому использовалось подключение АКБ несколькими параллельными цепочками, так чтобы по очереди одна из цепочек всегда была онлайн и заряжалась, пока остальные держали отключенными - на отдыхе после заряда.

[Griig]

Цитата: Griig писал Сегодня в 14:38
...Я рассматриваю немного другую ситуацию, когда АКБ был заряжен полностью и отпущен до 12.7В. По достижении НРЦ отстоя 12.7В появляется ток поддерживающий этот НРЦ. Будет ли при этом уменьшение заряженности АКБ если ток саморазряда компенсирован поддерживающим зарядом на 12.7В?
Я же Вам в этом сообщении процитировал, к чему ведет сдвиг напряжения буферного режима конкретно для положительного электрода: https://electrotransport.ru/index.php?topic=13475.msg1269053#msg1269053 . Можно было бы добавить схожую цитату и про отрицательный электрод.

Там рассматривается ситуация когда АКБ был разряжен и какое буферное напряжение требуется для его нормальной подзарядки. Я же говорю о ситуации когда был запущен циклический заряд и по окончании заряда АКБ отпущен до буфера в 12.7В.
Если НРЦ отстоя полностью заряженного АКб 12.7В то буфер в 12.7в теоретически должен компенсировать только саморазряд. На практике так оно и есть через какое-то время при 12.7в появляется очень малый ток, по величине похож на ток саморазряда. Тут правда есть другая проблема, НРЦ полностью заряженных АКБ могут заметно отличатся.

[Cyberpapa]

Предлагаемая Вами схема заряда очень похожа на IUI. (пробовал ее, не обнаружил преимуществ перед IU).
Только неясно для чего до 17v догонять??? И вообще, что этот эксперимент должен показать? Поясните пож-та.

Так и есть, это IUоI
Я не говорил догонять до 17 В.  Устанавливаете ток, а батарея  сама подтянется до какого то напряжения, ессно оно ниже 17 В (у каждой батареи свое напряжение).
Когда проводил эксперименты, именно IUоI показывала лучшие результаты. Последняя стадия (СС) давала прирост емкости.

Вы все это время (12-13 лет) наблюдали за работой этих шикарных АКБ ?

Нет. Ко мне, в мастерскую, приходит только неисправная техника с сопроводительным листом. Из которого узнаю причину демонтажа, с какой свитч точки сняли, ....
Те две батареи (по 200 ач) работали на инверторе, у которого максимальный ток заряда - не более 4 А.

1. у них когда появилась разность (разбалансировка) в напряжении заряда в цепочке и какой величины она была-стала?
2. росла ли эта разница и как быстро?
3. Потеря емкости вряд ли как-то фирсировалась замерами?
4. часто ли случались аварийные ситуации, когда батареи реально работали "в полный рост" (т.е. выручали Вас) ?
5. при списании в утиль какие-то замеры параметров на АКБ делали (Rвнутр., токи ССА, "оценку здоровья" по тестеру или емкости) ?

Могу ответить только на последний вопрос.
Батарея отправляется в утиль если не способна держать определенную нагрузку более 30 мин.
Например, для 7ач батарей, если батарея держит 4 А менее 30 мин - отправляется в утиль.
Когда отрепетирую  200 ач, сделаю замер емкости и определю (очень приблизительно), какую нагрузку можно на них зацепить, чтобы  несколько лет они обеспечили бесперебойное питание.

[Griig]

Думаю пока не доказано обратное, следует придерживаться рекомендаций производителей АКБ
(они почти не различаются в части величины напряжения поддерживающего заряда и коррелируют лишь по температуре).
Вот выдержка из инструкции по эксплуатации батарей "BB":

Никто не сомневался бы в этих инструкциях, если б АКБ не дохли как мухи от 13.6в буфера за несколько лет. Тут и доказывать ничего не надо. Одно верно, что производители свинцовых АКБ никогда не разорятся.

[Дм.]

Там рассматривается ситуация когда АКБ был разряжен и какое буферное напряжение требуется для его нормальной подзарядки. Я же говорю о ситуации когда был запущен циклический заряд и по окончании заряда АКБ отпущен до буфера в 12.7В.

Если Вы думаете, что ситуации различаются, - это еще не значит, что они на самом деле отличаются. После выдержки под буфером АКБ будет ровно в той же степени заряженности, что и после циклического заряда.

Если НРЦ отстоя полностью заряженного АКб 12.7В то буфер в 12.7в теоретически должен компенсировать только саморазряд.

ничего он не компенсирует - от слова "вообще".

[Branimir]

Никто не сомневался бы в этих инструкциях, если б АКБ не дохли как мухи от 13.6в буфера за несколько лет. Тут и доказывать ничего не надо. Одно верно, что производители свинцовых АКБ никогда не разорятся.

Несколько лет это сколько? Три, пять, шесть или один-два? Разница существенная.
От "буфера" ли они дохнут?
Родные APC катриджи АКБ живут достаточно долго в исправных ИБП, где нормальное напряжение подзаряда,
ток заряда невысокий (не выше 0,05С-0,1С) и температура внутри ИБП не более 25-28 градусов (тем более напольного исполнения).
И еще надо смотреть условия существования АКБ:
- в 12v, 24v, или 48-96v ИБП (без балансиров, которые вообще никто пока похоже не применял)?
- с какой нагрузкой трудятся в % от допустимой (понятно, что разряды при токах 3-5С здоровья АКБ не добавляют)? и как часты переходы на АКБ?
- есть ли опасность недозарядов АКБ (не успевают восполнять потери)?
- есть ли вероятность глубоких разрядов АКБ (когда возможен разряд на малой нагрузке до предельного Umin,
типа до 9,5v - попадались мне такие старые ИБП, без портов для настройки отключения ПК) ?
- идеально ли подобраны АКБ в цепочки по емкости-сопротивлению и/или еще как (по дате, партии) ?
- кондиционированное ли помещение и температура внутри не выше 25 градусов С?
- есть ли термокомпенсация (термодатчики) внутри ИБП?
- есть ли внутри ИБП "нагреватель" в виде транса или невентиллируемой конструкции радиаторов ключей,
разогревающие АКБ до 30-45 градусов?
- схема заряда АКБ и возможности настройки токов-напряжений заряда и режимов отключения нагрузки и самого ИБП?
- бывает ли у АКБ тренировочные разряды, если не случается внештатных ситуаций, когда они и так разряжаются хоть раз в полгода/год?
И еще туча нюансов.
У Вас опыт негативный по каким моделям имеется? Вы написали общую фразу. Можете поподробнее рассказать?

[Branimir]

Так и есть, это IUоI
Я не говорил догонять до 17 В.  Устанавливаете ток, а батарея  сама подтянется до какого то напряжения, ессно оно ниже 17 В (у каждой батареи свое напряжение).
Когда проводил эксперименты, именно IUоI показывала лучшие результаты. Последняя стадия (СС) давала прирост емкости.

Интересно, попробую как-нибудь (приходит в голову, что до 17v сможет "здоровая" батарея легко подтянуться...).
Я сравнивал емкости при трех вариантах заряда на б/у АКБ, у которых банки точно не имели разбега по напряжению при заряде
(и полагаю имели значит одинаковую емкость):
1. Заряд в "BL-ке" (или на лабораторном БП с CC/CV или IMAX с током 0,08-0,1С) до 14,40 (14,70)v не более 8 (мах 12) часов
2. то же самое, но после достижения 14,40 (14,70)v еще до суток с напряжением подзаряда = 13,5-13,65v
3. по методу IUI (с расчетными параметрами тока для конкретной емкости АКБ) за примерно сутки
Самые плохие показатели отдачи емкости были при варианте №1 (отсечка на 14,40v и окончание заряда),
причем от цикла к циклу с ухудшением параметров отдаваемой емкости!
Варианты №2 и №3 были примерно одинаковыми по отдаче емкости (показалось даже, что №2 был получше).
Но мне кажется, что вариант IUI выглядит для АКБ вроде как побережней (поаккуратнее, понежнее)...

[Branimir]

Батарея отправляется в утиль если не способна держать определенную нагрузку более 30 мин.
Например, для 7ач батарей, если батарея держит 4 А менее 30 мин - отправляется в утиль.

До какого напряжения разряжается при этом АКБ наблюдаете?

[Branimir]

Когда отрепетирую  200 ач, сделаю замер емкости и определю (очень приблизительно), какую нагрузку можно на них зацепить, чтобы  несколько лет они обеспечили бесперебойное питание.

А доступ к банкам этих АКБ имеете?

[Cyberpapa]

До какого напряжения разряжается при этом АКБ наблюдаете?

ИБП наблюдают (до 10,7 В), включаю 5-20 штук одновременно, обрубаю питание и включаю секундомер. Когда лампы начинают гаснуть - записываю время на каждой

А доступ к банкам этих АКБ имеете?

Нет.

оффтоп

Сегодня прикинули с айтишниками сколько ИБП работает в сети. По самым скромным подсчетам - более 700 шт. Ремонтом ИБП занимаюсь 2-3 недели в году.  Дрессирую батареи ради спортивного интереса. Вытягивать дохлые батареи, работая с каждой банкой отдельно - не выгодно, т.к. за время танцев с бубном, можно отремонтировать, например, десяток медиаконвертеров и на вырученные деньги купить новую батарею.

Всем, начиная от владельца сети и заканчивая техниками, выгодно установить хорошую батарею и забыть про свитч точку на много лет. Очень часто, для питания 2-3 управлях, потребляющих по 30-40 W каждая, устанавливают инвертор, 100 ач хорошую батарею и на десяток лет забывают о замене.
Если учитывать все расходы - установка хорошей батареи, гораздо выгоднее, чем установка фуфлыжной.