باتری

باتری یک وسیلهءا لکتریکی برای ذخیرهء انرژی است که در اشکال ابعاد ،ولتاژ وظرفیتهای متعدد یافت میشود.در شکل زیر یک سلول باتری دیده میشود. زمانی که دو ماده (معمولا“ دو فلز مختلف) در محلولی (الکترولیت) فرو برده میشوند ، بین دو الکترود جریان برقرار شده وباعث ایجاد پتانسیل الکتریکی می گردد. مقداراین پتانسیل الکتریکی(ولتاژ) به جنس فلز و الکترولیتی مورد استفاده بستگی دارد. مثلا“ سرب اسید ،نیکل کادمیمم لیتیوم وسیلور آلکالین برخی از این مواد هستند.

باتری سرب اسید

یک سلول سرب اسید از الکترودهای سرب وا کسید سرب که در الکترولیت اسید سولفوریک قرار گرفته اند تشکیل شده است . با استفاده از چنین ترکیبی هر سلول قادر به تولید ۲ ولت پتانسیل الکتریکی است.ظرفیت یک باتری بر حسب آمپر ساعت   AHتعریف

میشود؛

دو نوع اصلی باتری  های سرب اسید که درUPSبکار می روند عبارتند از:

۱-باتری با در باز

۲- باتری بادر پوش کاملا“ بسته یا با سوپاپ تنظیم کننده((VRLA

VRLA درب باز
سازگار با محیط تکنولوژی قدیمی
مناسب برای محیطهای کار نیازبه کابینت باتری مجزا
نیاز خیلی کم به سرویس ونگهداری نیازبه سرویس مرتب تعمیر ونگهداری
ایمن از لحاظ خطرات اسیدی نیاز به مراقبتهای ایمنی ویژه
قابل نگهداری در انبارودر وضعیت عمودی یا افقی استفاده ونگهداری در وضعیت عمودی

طرز قرارگیری باتریها

روش اتصال باتریها که در این بخش نشان داده می شود به عنوان نمونه آورده شده است و شکی نیست که ترکیب On-site در هر Site فرق می کند .

در اتصال باتریها ، تمام باتریهایی که بطور سری بسته می شوند باید کاملا شبیه یکدیگر باشند .

اتصال سری

در اتصال سری تعدادی با تری بااتصال قطب مثبت به قطب منفی ، بهم متصل شده اند .

پایه مثبت اولین باتری به پایه منفی دومین باتری ، پایه مثبت  دومی پایه منفی سومی و.. وصل شده است .

ولتاژ کلی باتری برابر با مجموع ولتاژ تک تک بارهااست وباید به گونه ای آنها را متصل کرد با ولتاژ DC مورد نیاز UPSمتناسب باشد .

با استفاده از این روش در اتصال باتریها ، ظرفیت سرویس دهی باتری ثابت می ماند و با مقدار اولیه هر باتری برابر است .

برای مثال : اگر ۱۲ باتری ۱۲ ولت و ۱۰Ah  به صورت سری به یکدیگر متصل شوند ، باتری که در نتیجه این اتصال تشکیل می شود دارای ۱۴۴ ولت و ۱۰Ah  ظرفیت خواهد بود .

اتصال موازی

اتصال موازی ترکیب دو یا چند اتصال سری است و باید در هر ردیف تعداد باتریها با هم برابر باشد . باتریها را به دو دلیل مهم موازی می کنند . دلیل اول افزایش ظرفیت سرویس دهی (Ah) باتری است . دلیل دوم افزایش انعطاف پذیری باتری کل است تا خرابی یکی از باتریها در مجموعه سبب غیر قابل استفاده شدن باتری های دیگر برای یو پی اس نگردد .

پایه مثبت اولین سری باتری به پایه مثبت دومین سری باتری و پایه مثبت سری دوم به پایه مثبت سری سوم وصل می شود و … هم چنین پایه منفی اولین سری باتری به پایه منفی دومین سری و پایه منفی دومین سری به پایه منفی سومین سری وصل می شود و …

ولتاژ کلی باتری برابر با ولتاژ هر ردیف سری از باتریها است و ظرفیت کلی آن نیز با حاصل جمع ظرفیت هر سری برابر است .

جعبه های اتصال

از جعبه های اتصال به منظور آسان کردن عمل اتصال باتری به UPS استفاده می شود . علاوه بر ایجاد فضایی مناسب برای وصل صحیح کابلهای باتری ، جعبه های اتصال دارای فیوزهای مناسبی به منظور محافظت از هر سری باتری و کابلهای متصل به آنها می باشند . هنگامی که لازم است ۲یا چند ردیف باتری موازی به یک UPS وصل شوند ، معمولا از جعبه اتصال استفاده می شود . جعبه اتصال فیوزدار از ردیف های سری باتری و کابلها محافظت کرده و هم چنین امکان برداشتن هر سری باتری را برای تعمیر یا تعویض ، بدون هیچ گونه مشکلی و بدون آن که نیازی به قطع اتصال باتری و UPS باشد فراهم می کند.

برابر طول کابلها در هر ردیف سری باتری بسیار اهمیت دارد زیرا بدین ترتیب امپدانس و در نتیجه جریان هر ردیف باتری تقریبا با هم برابر است .

عمر تعیین شده برای باتری

تمام باتریها دارای عمر تعیین شده هستند که بر اساس فرضیات  خاصی درباره نحوه استفاده از باتری و محیط نگهداری آن توسط سازندگان باتری اعلام می گردد

متاسفانه امکان هماهنگ کردن فرضیات طراحی یک مهندس طراح باتری با دنیای واقعی وجود ندارد.

سولفاته شدن باتری/UN discharge

زمانیکه باتری برای مدت طولانی در وضعیت دشارژ یا در انبار مانده باشد ،کریستالهای سولفات سرب رفته رفته تشکیل میشوند ومانند سدی در برابر شارژ مجدد باتری عمل کرده ومانع کار باتری بطور عادی میشود. در این حالت ولتاژ مدار باز باتری از مقدار معین آن کمتر میشود.

ریپل

باتریها  وسیلهء  ذخیرهء  انرژی  DC می باشند و باید با ولتاژ DC شارژ شوند هر ولتاژ AC که روی ولتاژ شارژ DC شده باشند به عنوان ریپل AC شناخته می شوندو بر عمر مفید باتری تاثیر نامطلوبی دارد.

دما

دمای مناسب برای کار باتری در حدود ۲۰ الی ۲۵ درجه سانتی گراد تعیین می شود

در نمودار زیر نشان داده می شود که چگونه دماهای بالا سبب کاهش عمر مفید باتری شده و در شرایط حاد منجر به فرار حرارتی  thermal runaway

خواهد شد ؛ در اثر این امر گاز اکسیژن یا هیدروژن تولید می شود که این گازها در کاور باتری برامدگی ایجاد خواهد کرد در این صورت باتری های VRLA دیگر قابل استفاده نبوده و باید عوض شود

دماهای پائین تاثیر چندانی در عمر مفید باتری نمی گذارند اما عملکرد ان را ضعیف می کند

دشارژ بیش از حد یا شدید

هنگامی که  یک  باتری  تا حدی دشارژ شود که  ولتاژ تحت بار آن از حد  معین  پائین  آید ، اصطلاحا“ گفته می شود که  باتری  بیش از حد دشارژ شده  است  OVER Dis charge

همچنین اگر بیش از این مقدار دشارژ شود ، گفته می شود که دچار دشارژ شدید شده است

و این  حالت بر ظرفیت  باتری و عمر مفید آن تاثیر نامطلوب  دارد  باعث  سولفاته  شدن الکترودهای  باتری می شود ، که مقاومت  (امپدانس) داخلی  باتری  افزایش  می یابد .

Deep Discharge

در شرایطی که دشارژ باتری بسیا ر شدید باشد ، باتری  قابلیت  شارژ مجدد  خود را  ا ز  دست   می دهد و در صورت بروز این  مساله عمر مفید باتری  خاتمه  می یابد . با توجه   به این  که میزان دشا رژ باتری  چقدر شدید ا ست ، امکان  احیای  ظرفیت  سرویس  دهی  باتری با  انجام شا رژ مجد د  بطریق بسیار دقیق  وجود دارد . البته  دراغلب  کاربردهای  مهم UPS  ،   بهتر است هر باتری که بیش از حد دشارژ شده  است  تعویض  گردد .

مدهای شارژ باتری

معمولا“ باتریهای نوع  سرب اسیدی تر در شرایط مختلف نیاز به انواع شارژ دارند. که بطور معمول  شارژ اولیه (INTIAL) ، شارژ مجدد (EQUALIZE ) ،  شارژ نگهداری
F LOAT نام گذاری  شده است.

شارژ INTIAL FLOAT CHARGING   :

روشی  مناسب  برای شارژ کردن باتری UPS ها است . در روش  شارژ FLOAT   باتری با  ولتاژی شارژ می شود که  به ولتاژ  شناور  معروف است و مناسبترین ولتاژ برای شارژ باتری محسوب شده و باعث  افزایش عمر آن می شود . درولتاژ شناور, جریان ورودی به باتری  دقیقاً جریان دشارژ داخلی باتری را خنثی می کند.

موارد قابل توجه

در یک سیستم محافظت شده توسط UPS ، طول مدت Back up (autonomy )

مهمترین پارامتر است ، اما موارد زیر را نیز باید در نظر گرفت :

  • بیشتر چه نوع مشکلاتی در برق محل نصب UPS به وجود می آید ؟
  • آیا یک ژنراتور Stand-by در محل وجود دارد ، در صورت مثبت بودن پاسخ آیا بطور خودکار روشن می شود ؟
  • آیا بار حساس دارای نرم افزار یا امکانات Shutdown بطور خودکار می باشد ؟
  • عمل Shutdown چه مدت طول می کشد ؟
  • آیا مکان نصب ۲۴ ساعته و در تمام هفته بازدید می شود ؟
  • چقدر فضا برای باتریها وجود دارد ؟
  • آیا محدودیت بودجه وجود دارد ؟
  • باتریها در کجا قرار خواهند گرفت ؟
  • آیا بار تغییرات پله ای دائمی دارد – مثلا آیا بخش اعظم بار متصل به UPS مرتب خاموش و روشن می شود ؟

محاسبه آمپر ساعت باتری

در انتخاب باتری با ظرفیت سرویس دهی مناسب حداقل به دو نکته لازم است توجه شود :

– بار            UPS- زمان برق دهی یا Back up  مورد نیاز

ضریب توان دستگاه * توان کشیده شده از بار

———————————————–

راندمان اینورتر* ولتاژ ورودی DC

جهت محاسبه آمپر ساعت باتری مطابق با جدول لگاریتمی

برابر با زمان دشارژ و ولتاژ آمپری که در بار مصرف میشود

را بر ظرفیت تقسیم میشود

A / C = AH  Battery

  • ۷ = COS  =  ضریب توان دستگاه
  • = ۹     راندمان اینورتر

بار باتری

باری که بر باتری اعمال می شود با جمع کردن بار واقعی UPS و تلفات بخش اینوتر آن محاسبه می شود .

به عنوان مثال :

اگر بار متصل به UPS 40KVA و ضریب توان آن ۸/۰ باشد ، بار یو پی اس ۳۲Kw  است .

اگر راندمان اینورتر UPS 90% باشد ، تلفات اینورتر ۳/۵Kw است .

بنابراین برای تغذیه بار ، باتری باید به اندازه ۳۲+۳/۵=۳۵/۵Kw   توان (DC) تولید کند .

در جدید ترین سری UPS های مدل On Line  ، راندمان اینورتر بیش از ۹۷% است و باتری زمان autonomy  بیشتری نسبت به زمانی که به اینورتر با راندمان پایین تر متصل بود ، فراهم کرد .

زمان برق دهی یا BACK-UP

زمان Back up  مدت زمانی است که باتری باید انرژی و توان مورد نیاز بار را تامین کند و اغلب به آن زمان استقلال (Autonomy) یا زمان دشارژ نیز گفته می شود .

اکثر سیستمهای   UPS دارای  ولتاژ Dc bus  ثابت هستند از این رو تنها  با افزایش میزان آمپر ساعت باتریهای استفاده شده یا با موازی کردن ردیفهای سری باتری و یا بکار بردن هر دو روش ، زمان autonomy  بیشتر می شود

برخی سیستمهای UPS ولتاژ Dc bus   متغیر دارند بنابراین به منظور افزایش زمان برق  دهی یا  کم کردن  ابعاد  فیزیکی  و یا کاهش  هزینه ، می توان ترکیب باتریها را به دلخواه مشخص کرد .

ایمنی باتری

– باتریها همواره دارای الکتریسیته هستند توجه کنید که هرگز ترمینالهای باتری اتصال کوتاه نشوند .

  • ولتاژ Dc بالا از برق شهر خطرناکتر است .
  • وزن باتریها زیاد است ، هنگام بلند کردن و جابجائی آنها دقت کنید .
  • برای حمل باتریهای سنگین تر از ۲۴ کیلوگرم استفاده از وسایل کمکی الزامی است
  • هنگامی که باتری در حال جریان دهی است از برداشتن سرپوش آن یا دستکاری باتری خودداری کنید . باتریهای VRLA نیاز به سرویس ، افزودن الکترولیت یا اندازه گیری چگالی اسید ندارند .