باتری

باتری‌های سرب اسیدی زمانی که در سیستم منبع تغذیه اضطراری استفاده می‌شوند، دارای سابقه ثابتی برای قابلیت اطمینان هستند. در کاربردهای قدرت بزرگ، که وزن آن دغدغه اصلی نیست، مقرون به صرفه ترین انتخاب را ارائه می کنند.

این مقرون به صرفه بودن با سایر کیفیت های عملکردی مانند امپدانس داخلی پایین و تحمل بالا ترکیب می شود.

باتری های سرب اسیدی در دو نوع مختلف وجود دارند:

شیر تنظیم شده (VRLA)

همچنین به عنوان اسید سرب مهر و موم شده (SLA) شناخته می شود، این رایج ترین نوع موجود در سیستم های UPS مدرن است. آنها معمولاً دارای عمر طراحی 5 یا 10 ساله هستند و بهتر است در یک اتاق خشک و تحت کنترل آب و هوا در دمای 20-25 درجه سانتیگراد نگهداری شوند.

باتری‌های VRLA در داخل محفظه‌ای بسته می‌شوند که دارای یک دریچه است که در صورت افزایش فشار داخلی، گاز را آزاد می‌کند، از این رو اصطلاح “سوپاپ تنظیم شده” نامیده می‌شود.

از آنجایی که آنها مهر و موم هستند، می توانند به صورت عمودی یا افقی نصب شوند، بنابراین برای استفاده در محفظه باتری، سینی های رک مانت یا کابینت های خارجی مناسب هستند. علاوه بر این، آنها نیازی به تعمیر و نگهداری مستقیم مانند پر کردن منظم آب ندارند.

دو نوع اصلی ترکیب الکترولیت مورد استفاده در باتری VRLA UPS وجود دارد: تشک شیشه ای جذبی (AGM)، که در آن الکترولیت در جداکننده شیشه میکروفیبر متخلخل نگهداری می شود. و ژل که از ترکیب اسید سولفوریک و سیلیس ساخته شده است.

فناوری AGM به دلیل هزینه کمتر، مقاومت داخلی کمتر و نرخ شارژ/دشارژ بالاتر، استانداردی برای باتری‌های UPS است.

در مقایسه، VRLA پر شده با ژل دارای مقاومت داخلی بالاتری است، که آن را برای تخلیه با سرعت بالا که در کاربردهای UPS رایج است، مناسب تر می کند. از نظر محدوده دمای عملیاتی گسترده تر (-40 درجه سانتیگراد تا +55 درجه سانتیگراد) و عمر طراحی طولانی تر مزایایی دارد.

تهویه باز (VLA)

این باتری ها به نام Flooded نیز شناخته می شوند، صفحاتی دارند که با اسید الکترولیت پر شده اند. آنها عمر طراحی طولانی دارند (تا 20 سال) و معمولاً در تاسیسات بزرگی که نیاز به درجه آمپر ساعت بالا (Ah) دارند استفاده می شوند.

از آنجا که آنها مهر و موم نشده اند، هر هیدروژن تولید شده مستقیماً به محیط می گریزد. این بدان معناست که نصب‌هایی که از باتری‌های VLA استفاده می‌کنند، به سیستم‌های تهویه قوی‌تری نیاز دارند و می‌توانند خطر ایمنی بیشتری داشته باشند.

برای غلبه بر این خطرات، باتری های VLA باید در یک اتاق اختصاصی با امکانات شستشو در صورت نشت اسید قرار داده شوند. از آنجا که آنها از بالا تهویه می شوند، باید آنها را نیز به صورت عمودی نگه دارید و سطح آب را به صورت دستی بالا ببرید.

آنها را نمی توان در کابینت ها یا قفسه ها استفاده کرد، به این معنی که برای محیط های اداری یا تاسیسات مرکز داده مناسب نیستند. باتری های VLA نیز گران تر از جایگزین VRLA هستند.

باتری های یو پی اس نیکل کادمیوم

باتری‌های نیکل کادمیوم (NiCd) یک گزینه محبوب برای تاسیسات مخابراتی بودند، در حالی که هنوز برای کاربردهای UPS در مکان‌هایی با دمای محیط بسیار بالا، به‌ویژه خاورمیانه، استفاده می‌شوند.

الکترودهای باتری از هیدروکسید نیکل در صفحه مثبت و هیدروکسید کادمیوم در صفحه منفی تشکیل شده اند.

NiCdها مزایای عمر طراحی 20 ساله، توانایی مدیریت محدوده دمایی وسیع محیط (20- تا +40 درجه سانتیگراد)، عمر چرخه بالا و تحمل تخلیه های عمیق را ارائه می دهند.

از سوی دیگر، باتری های NiCd UPS بسیار گران تر از انواع سنتی VRLA هستند. و از آنجایی که نیکل و کادمیوم مواد سمی هستند، فرآیندهای دفع و بازیافت در پایان عمر مفید بسیار گران است.

این امر به ویژه در کشورهایی که سیاست ها و مقررات زیست محیطی سختگیرانه دارند، مانند بریتانیا، صادق است.

باتری های یو پی اس لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیوم یونی (Li-Ion) مدت‌هاست در دستگاه‌های الکترونیکی مانند لپ‌تاپ و تلفن‌های هوشمند استفاده می‌شوند. در حالی که اکنون عناصر اصلی رشد خودروهای الکتریکی هستند. اما اخیراً آنها در حال تبدیل شدن به یک گزینه مناسب برای منابع برق اضطراری و سایر سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، مانند بهره‌برداری از انرژی از فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر مانند باد یا خورشیدی هستند.

از مزایای Li-Ion می توان به قابلیت اطمینان بالاتر نسبت به باتری های VRLA/SLA سنتی به دلیل سیستم های نظارت و مدیریت باتری داخلی اشاره کرد. هر سلول فردی را برای هرگونه تغییر در عملکرد بررسی می کند.

یکی دیگر از مزایای باتری های لیتیوم یون UPS این است که به طور قابل توجهی کوچکتر و سبک تر هستند. زیرا چگالی توان بسیار بالاتری دارند. آنها همچنین دارای زمان شارژ سریع تر، چرخه های طولانی تر و حداقل دوبرابر عمر مفید در مقایسه با VRLA/SLA هستند.

با وجود کاهش هزینه باتری‌های UPS لیتیوم یونی در سال‌های اخیر، هنوز انتخاب اولیه بسیار گران‌تری نسبت به سایر گزینه‌ها است.

با این حال، عمر طولانی تر، هزینه های سرمایه اولیه بالاتر را متعادل می کند. Li-Ion گرمای کمتری تولید می کند. می تواند در دماهای بالاتر کار کند. به این معنی که به تهویه مطبوع زیادی نیاز ندارند، که می تواند هزینه های خنک کننده را کاهش دهد.

باتری های یو پی اس چقدر عمر می کنند؟

انواع مختلف باتری های UPS دارای طول عمر متوسط ​​متفاوتی هستند. با این حال، در مورد انواع باتری های UPS، درک تفاوت بین عمر طراحی باتری و عمر باتری بسیار مهم است. اشتباه گرفتن این دو مفهوم می تواند منجر به اشتباهات بسیار پرهزینه ای شود.

عمر طراحی باتری توسط سازنده تعیین می شود و طراحی سلول و پیری باتری را در شرایط کنترل شده در آزمایشگاه سازنده در نظر می گیرد. با این حال، این شرایط کارخانه به ندرت در برنامه های کاربردی در دنیای واقعی رخ می دهد.

به همین دلیل است که عمر باتری مهم‌تر است. طول عمر باتری این موضوع را در نظر می‌گیرد که چگونه کاربرد، نصب، شرایط عملیاتی در دنیای واقعی و شیوه‌های تعمیر و نگهداری روی پیری باتری تأثیر می‌گذارد. عوامل خاصی که بر طول عمر واقعی باتری های UPS شما تأثیر می گذارد عبارتند از:

• رطوبت و دمای محیط یو پی اس
• هر چند وقت یک بار یو پی اس روشن و خاموش می شود
• نوع باتری و محیط ذخیره سازی
• وسعت و فرکانس نگهداری

در حقیقت، هنگام پشتیبانی از یو پی اس، باتری ها اغلب در کمتر از نیمی از زمان تعیین شده توسط سازنده طراحی شده از کار می افتند. به طور کلی، ظرفیت باتری VRLA در حدود سال سوم شروع به کاهش می کند. تا سال پنجم، احتمالاً در پایان عمر مفید یا نزدیک به پایان است. باتری های لیتیوم یونی معمولا دو تا سه برابر بیشتر عمر می کنند.

گارانتی باتری یو پی اس چه محافظتی ارائه می دهد؟

اکثر باتری‌های یو پی اس دارای ضمانت هستند و این شرایط می‌تواند از 24 تا 72 ماه تمدید شود. ضمانت‌های باتری برای تضمین و پوشش کیفیت ساخت و عملکرد باتری‌ها طراحی شده‌اند. با این حال، مهم است که توجه داشته باشید که گارانتی از دست دادن عملکرد عادی به دلیل قدیمی بودن یا استفاده از باتری‌های شما را پوشش نمی‌دهد.

علاوه بر این، بسیاری از ضمانت‌ها تنها با راه‌اندازی حرفه‌ای باتری‌ها و با تعمیر و نگهداری منظم سالانه معتبر هستند. برای اثبات هرگونه ادعای گارانتی که ممکن است نیاز به ارائه داشته باشید، باید سوابق خدمات را حفظ کنید. شما نمی توانید برای محافظت از باتری های یو پی اس و کسب و کار خود به گارانتی تنها اعتماد کنید.

ارائه دهندگان خدمات باتری مانند Vertiv می توانند راه اندازی و تعمیر و نگهداری مداوم مورد نیاز را انجام دهند. اغلب می توانند تمام جنبه های ادعاهای گارانتی، از جمله ارائه اندازه گیری مقاومت داخلی و سایر داده های مهم به سازنده باتری را انجام دهند.

بهترین راه برای نگهداری باتری های یو پی اس چیست؟

با تقاضای رو به رشد مدیران مراکز داده و کارکنان IT داخلی، تعویق یا نادیده گرفته شدن تعویض باتری یو پی اس یا تعمیر و نگهداری آن غیر معمول نیست. اما تعمیر و نگهداری باتری UPS واقعا اختیاری نیست. برای اهداف گارانتی و برای برآوردن الزامات نظارتی سازمان‌هایی مانند موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) مورد نیاز است.

حداقل نیازهای تعمیر و نگهداری باتری

به عنوان توسعه‌دهنده پیشرو استانداردهای صنعتی در طیف گسترده‌ای از فناوری‌ها، IEEE شناخته‌شده‌ترین استانداردها را در مورد شیوه‌های نگهداری باتری UPS دارد. در واقع، سازندگان باتری اغلب از این استانداردها استناد می کنند و برای حفظ گارانتی معتبر محصول، نیاز به رعایت آنها دارند.

استانداردهای IEEE روش های توصیه شده ای را برای نگهداری، آزمایش و جایگزینی باتری ها برای کاربردهای ثابت ارائه می کنند. آنها فرکانس و نوع اندازه‌گیری‌هایی را که برای تأیید وضعیت انواع باتری‌های UPS باید انجام شود، بررسی می‌کنند:

• IEEE 450 برای VLA
• IEEE 1188 برای VRLA
• IEEE 1106 برای NiCad

باتری لیتیوم پلیمری

منشأ طراحی سلول‌های لیتیوم-پلیمر به باتری‌های لیتیوم-یون و لیتیوم- فلز برمی‌گردد. تفاوت اصلی سلول‌های لیتیوم- پلیمر این است که به‌جای استفاده از الکترولیت لیتیوم – نمک (مانند LiPF) که در حلال ارگانیک مانند (EC/DMC/DEC) نگه‌داری می‌شود، در این باتری‌ها از الکترولیت پلیمر جامد (SPE) مانند اکسید پلی‌اتیلن (PEO)، پلی آکریلونایتریل (PAN)، پلی متیل متاکریلات (PMMA) یا پلی وینیلیدین فلوراید (PVdF) استفاده‌شده‌است.

سلول‌های لیتیوم- پلیمر مزیت‌های جالب‌توجهی برای تولیدکنندگان دارند. با استفاده از این سلول‌ها می‌توان باتری‌ها را در تقریباً هر شکل دلخواهی تولید کرد. برای مثال، به دلیل فضای کم و محدودیت وزن برای تلفن‌های همراه و لپ‌تاپ‌ها در این محصولات از سلول‌های لیتیوم- پلیمر استفاده می‌شود. همچنین، این سلول‌ها نرخ تخلیه درونی پایینی، در حدود ۵٪ در هرماه، دارند.

سلول‌های لیتیوم- پلیمر مشکلاتی مشابه با سایر سلول‌های لیتیوم- یون دارند. این امر به این معنی است که شارژ بیش‌ازحد، تخلیه بیش‌ازحد، دمای بالا، اتصال کوتاه شدن، ضربه و نفوذ می‌تواند باعث خرابی‌اساسی شامل پاره شدن کیسه حاوی سلول‌ها، نشت الکترولیت و آتش‌سوزی شود.

باتری لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیوم-یون بالاترین چگالی انرژی را فراهم می‌سازند که تقریباً دو برابر انرژی قابل دسترسی از باتری‌های نیکل-کادمیم است. باتری‌های لیتیم-یون معمولاً برای تأمین نیروی لازم در دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در مقایسه با نسل‌های قدیمی‌تر باتری‌ها یعنی باتری نیکل–کادمیم و باتری نیکل– هیدرید فلز، باتری‌های لیتیم-یون حدود ۳ تا ۵ برابر وزن و حجم کمتری دارند. باتری لیتیم-یون انرژی زیادی تولید می‌کند اما در مقابله با باتری‌های نیکل-هیدرید ایمنی آنها پایین است. برای نمونه این نوع باتری‌ها زود آتش می‌گیرند. اما نسل جدید باتری لیتیم-یون با حل «مشکل کاتدی» هر نیاز را برآورده می‌کنند.

زمینه‌های تحقیقاتی برای باتری‌های یون-لیتیوم شامل افزایش طول عمر، افزایش تراکم انرژی، بهبود ایمنی، کاهش هزینه و افزایش سرعت شارژ و دیگر موارد است. تحقیقات در زمینه الکترولیت‌های غیرقابل اشتعال به عنوان راهی برای افزایش ایمنی به دلیل اشتعال‌پذیری و فرار بودن حلال‌های آلی مورد استفاده در الکترولیت‌های متداول در حال انجام است. این استراتژی‌ها شامل باتری‌های لیتیوم یونی آبی، الکترولیت‌های سرامیکی جامد، الکترولیت‌های پلیمری، مایعات یونی و سیستم‌های بسیار فلوئوریزه هستند.