طول عمر باتری های یو پی اس چقدر است؟

kalaups
26 می, 2023
بدون دیدگاه
3 دقیقه زمان مطالعه
طول عمر باتری یو پی اس

مقدمه

باتری های متصل به یک منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) مهمترین بخش برای کارکرد مداوم و بدون نقص آن به حساب می آید بطوریکه در اصطلاح باتری را به قلب یو پی اس تشبیه می کنند. بدون یک مجموعه باتری با کیفیت که باید به خوبی نگهداری شوند یو پی اس عملا قابل استفاده نخواهد بود.

خرابی باتری های یو پی اس به اندازه ی قطع ناگهانی برق جدی و ناخواسته است. از آنجایی که باتری ها سهم قابل توجهی از هزینه تمام شده ی یک یو پی اس را تشکیل می دهند نگهداری مناسب آنها ضروری به نظر می رسد.

نادیده گرفتن توصیه‌های مربوط به نگهداری و سرویس دوره ای یو پی اس و ادامه کار با باتری های معیوب خطر از کار افتادن و یا حتی آسیب دیدن دستگاه یو پی اس را افزایش می دهد.

طول عمر واقعی باتری یو پی اس

با وجود اینکه بیشتر تولیدکنندگان باتری اعلام می کنند که باتری های آنها 5 یا 10 سال طول عمر طراحی دارد اما بطور دقیق تر می توان گفت که بر طبق دستورالعمل‌های بین‌المللی EUROBAT (انجمن تولیدکنندگان باتری‌های صنعتی و خودروسازی اروپا) یک باتری زمانی در پایان عمر مفید خود قرار گرفته که ظرفیت آن به زیر 80 درصد مقدار نامی خود برسد.

در واقع، این بدان معناست که یک باتری با عمر طراحی 10 ساله با فرض شرایط عملیاتی عالی به مدت 10 سال دوام می آورد اما راندمان عملکرد آن در طول این زمان به میزان قابل توجهی کاهش می یابد تا جایی که استفاده از آن در یو پی اس ایمن نیست. عمر واقعی باتری به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله کیفیت ساخت باتری، دمای محیط نگهداری، کیفیت شارژ، عمق دشارژ تعریف شده و تعداد دفعات شارژ و دشارژ.

در شکل زیر نمودار افت عملکرد یک باتری با عمر طراحی 10 سال را در یک محیط نصب معمولی مشاهده می کنید که راندمان عملکرد آن مشخصا در پایان سال ششم به زیر 80 درصد کاهش پیدا کرده است. با توجه به این نمودار می توان گفت زمان مناسب تعویض این باتری ها در پایان سال ششم و یا کمی زودتر است.

راندمان عملکرد باتری یو پی اس

در این نمودار همه عوامل خارجی تاثیرگذار بر عمر باتری های یو پی اس در نظر گرفته شده است. به طور مشابه برای باتری های با طول عمر طراحی پنج سال می توان زمان دقیق تعویض باتری ها را بین سال های سوم تا چهارم برآورد نمود.

عوامل تاثیرگذار بر طول عمر باتری یو پی اس

دمای محیط

دمای بالای محیط به طور کلی به عنوان شایع ترین علت خرابی زودرس باتری های یو پی اس مطرح می شود.

هر چه دمای محیط نگهداری باتری ها بالاتر باشد، واکنش شیمیایی سریعتر خواهد بود که در نهایت باعث افزایش اتلاف مایع داخل باتری و نیز خوردگی می شود. باید توجه داشت که ظرفیت نامی باتری های سیلد اسید مخصوص یو پی اس بر اساس دمای کارکرد بهینه 20 تا 25 درجه سانتیگراد مطرح می شوند و نه بالاتر. به طور کلی ثابت شده است که عمر مورد انتظار باتری ها به ازای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما بالاتر از دمای توصیه شده 50٪ کاهش می یابد.

البته نوسانات کوتاه مدت دمای محیط تأثیر کمی بر عمر باتری دارد. همچنین تنظیم ولتاژ شارژ بصورت شناور و متغیر با دما می تواند تأثیر دماهای بالاتر را به میزان اندکی کاهش دهد.

نمودار زیر اثرات معمول دمای محیط را بر طول عمر باتری نشان می دهد.

عمق دشارژ باتری

پس از اینکه یک یو پی اس در هنگام قطع برق مدتی با باتری کار می کند، با وصل مجدد برق ورودی دوباره شارژ می شود تا دوباره برای استفاده آماده شود. این فرآیند به عنوان چرخه دشارژ/شارژ یو پی اس شناخته می شود.

کلیه باتری ها با تعداد محدودی چرخه دشارژ/شارژ طراحی شده اند. به عبارت دیگر هر بار تخلیه و شارژ مجدد، ظرفیت باتری را کمی کاهش می دهد.

حال اگر دستگاه یو پی اس طوری برنامه ریزی شده باشد که باتری ها را بیش از مقدار استاندارد تخلیه کند (افت ولتاژ حدود 10/5 ولت) تعداد دشارژ/شارژ طبیعی باتری ها کاهش می یابد و عمر باتری ها کمتر خواهد شد. به عبارت دیگر در هنگام تنظیم یو پی اس در نظر گرفتن عمق دشارژ استاندارد باتری ها برای افزایش طول عمر آنها الزامی است.

البته این تنظیمات در بیشتر یو پی اس ها بصورت پیشفرض توسط سازنده صورت می گیرد و تنها در برخی یو پی اس ها قابل تغییر می باشد.

کیفیت شارژ

هر شرکت تولید کننده باتری ولتاژ شارژ مناسب برای باتری خود را بر روی کاتالوگ و بدنه باتری درج می کند. قرار گرفتن باتری در معرض ولتاژ شارژ خارج از مقدار توصیه شده می تواند آسیب قابل توجهی برای باتریها ایجاد کند و عمر مورد انتظار برای آنها را کاهش دهد.

از طرفی شارژ بیش از حد باتری های یو پی اس منجر به خرابی زودتر آنها می گردد. برای رفع این مشکل بیشتر یو پی اس های فعلی دارای شارژر هوشمند یا سیستم شارژ شناور هستند به نحوی که شارژر در محدوده شارژ کامل باتری ها دائما در حال تعدیل ولتاژ می باشد تا فشار کمتری به باتری ها وارد شود.

شارژ بیش از حد می تواند منجر به تولید بیش از حد گازهای هیدروژن و اکسیژن شود. این امر موجب خشک شدن باتری و یا در موارد حادتر فرار حرارتی شود که می تواند منجر به خرابی یا حتی آتش سوزی و انفجار در باتری شود.

ولتاژ شارژ ضعیف می تواند باعث ایجاد کریستال های سولفات بر روی صفحات باتری شده که به مرور زمان سخت می شود و ظرفیت باتری را کاهش می دهد.

جریان ریپل

موج AC (ریپل) ایجاد شده توسط یکسو کننده، شارژر یا اینورتر موجود در دستگاه یو پی اس یکی از بزرگترین دلایل داغ شدن بیش از حد باتری ها است که خرابی قطب های باتری را سرعت می بخشد و منجر به کاهش طول عمر باتری های یو پی اس می گردد.

انبارش نامناسب باتری

باتری های یو پی اس حتی در صورت عدم استفاده و نگهداری در انبار باز هم بدلیل تخلیه انرژی به مرور زمان و بطور طبیعی در معرض کاهش طول عمر قرار دارند.

اگر باتری ها را تازه خریداری کرده اید و نیاز به نگهداری طولانی مدت قبل از استفاده دارند، توصیه می شود باتری ها را طبق دستورالعمل های سازنده بصورت دوره ای شارژ کنید. همچنین نگهداری باتری های انبار شده در دمای 10 درجه سانتی گراد یا کمتر نیز به افزایش طول عمر آنها کمک می کند.

دشارژ ماندن باتری برای مدت طولانی

اگر باتری ها به یو پی اس متصل و در حال کار بوده اند و بدلیل مسائل مختلفی چون جابجایی یا تعمیرات و … ناچار به خاموش کردن یو پی اس شده اید و به این دلیل  باتری ها کاملاً تخلیه شده باشند، ضروری است که آن ها را برای مدت طولانی در این حالت رها نکنید زیرا می تواند منجر به آسیب ماندگار در باتری ها شود. این یکی از دلایل اصلی سولفاته شدن باتری ها است که مانع از شارژ مجدد و عملکرد عادی باتری در آینده می شود.

استفاده از سایر باتری ها بجای باتری مخصوص یو پی اس

باتری‌های یو پی اس به گونه‌ای طراحی شده‌اند که میزان متوسطی از انرژی را برای مدت طولانی تر تامین نمایند. استفاده از باتری هایی غیر از باتری یو پی اس مانند باتری مخصوص تجهیزات مخابراتی یا باتری خودرو برای یو پی اس غیر اصولی بوده و به هیچ وجه توصیه نمی شود چرا که موجب کاهش طول عمر باتری و آسیب به یو پی اس می گردد.

توپولوژی یو پی اس

نوع توپولوژی یو پی اس نیز می تواند بر ماندگاری باتری ها تاثیرگذار باشد. یو پی اس به سه علت روی حالت باتری سوئیچ می کند حالت اول زمانیست که برق ورودی اصلی قطع می شود و حالت دوم وقتی است که ورودی برق اصلی از رنج ولتاژ تعریف شده برای یو پی اس خارج شود (یعنی ولتاژ خیلی زیاد یا خیلی کم باشد) حالت سوم زمانی اتفاق می افتد که فرکانس ورودی یو پی اس از رنج استاندارد خارج شده باشد.

توپولوژی یو پی اس آنلاین قادر است محدوده ولتاژ ورودی وسیع تری را بدون سوئیچ به حالت باتری تحمل کند و در نتیجه ی استفاده ی کمتر از باتری عمر آن افزایش می یابد. این ویژگی یو پی اس آنلاین موجب می شود در محیط هایی که مقدار ولتاژ تا حد زیادی از مقدار استاندارد نوسان می کند، توپولوژی آنلاین نسبت به سایر توپولوژی های یو پی اس ارجحیت داشته باشد.

کیفیت پایین طراحی و متریال باتری

نوع مواد بکار رفته در ساخت باتری یو پی اس و همچنین نحوه طراحی آن نیز تاثیر بسزایی در طول عمر باتری خواهد داشت .

بعنوان مثال اگر جداکننده‌ها و صفحات داخل باتری یو پی اس به شکل نامناسب در کنار یکدیگر قرار گیرند احتمال تشکیل رسوب کریستالی افزایش می یابد که می تواند منجر به تخلیه انرژی بین سلول های باتری شود و ظرفیت باتری را بطور قابل توجهی کاهش دهد.

انواع باتری یو پی اس

**نکته

باید توجه داشت که طی سرویس دوره ای یو پی اس تک تک باتری ها باید تست و بررسی شوند و باتری معیوب به سرعت تعویض گردد تا به سایر باتری ها آسیب نزند. بعنوان مثال اگر یک باتری بیش از حد گرم شود، احتمالا باتری های اطراف را هم گرم می کند که در نهایت می تواند باعث خرابی آنها نیز بشود. به طور مشابه اگر امپدانس یک یا چند باتری افزایش یابد ولتاژ اعمال شده به سایر باتری ها از استاندارد خارج شده و موجب آسیب به آنها می گردد.

فعل و انفعالات شیمیایی چطور باتری یو پی اس را خراب می کند؟

خوردگی شبکه داخلی

این اتفاق در باتری‌هایی رخ می‌دهد که بیشتر از عمر طبیعی خود کار کرده اند. با گذشت زمان واکنش‌های شیمیایی طبیعی داخل باتری باعث خوردگی می‌شود، به عنوان مثال سرب از صفحات باتری جدا می شود.

این واکنش ها را می توان با نگهداری صحیح باتری کاهش داد اما نمی توان آنها را بطور کامل متوقف کرد. به دلیل طراحی فشرده اکثر باتری های مدرن امروزی، خوردگی شبکه اغلب می تواند منجر به اتصال کوتاه شود داخلی باتری و در نهایت خرابی آن گردد.

سولفاته شدن

این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که باتری شارژ کامل دریافت نمی‌کند که در نهایت منجر به تشکیل کریستال‌های سولفات سرب در الکترولیت و پایانه‌های باتری می‌شود.

بوجود آمدن سولفاته توانایی باتری برای دریافت شارژ را کاهش می دهد و مقاومت داخلی آن را افزایش می دهد که موجب افزایش زمان شارژ شدن باتری می گردد.

اگر مقدار سولفاته شدن باتری خیلی زیاد نباشد باتری ها را می توان با شارژ کردن مجدد آنها با جریان بالاتر به مدت تقریباً 12 ساعت بازیابی کرد. هرچند این جریان شارژ بیشتر گرمای اضافی تولید می کند لذا باید در حین شارژ دمای محیط نصب باتری ها را پایین نگه داشت. در صورتی که با انجام این کار باتری ها بازیابی نشد بایستی آنها را تعویض کنید.

علت سولفاته شدن باتری یو پی اس

اتصال کوتاه داخلی باتری

علت اصلی این پدیده از بین رفتن خمیر روی الکترود مثبت است که باعث از قطع اتصال الکتریکی بین قطب مثبت باتری با شبکه داخلی آن می شود. هنگامی که باتری در حال دشارژ شدن است احتمال جدا شدن این ماده  و تماس آن با صفحات باتری وجود دارد که موجب اتصال کوتاه داخلی باتری و خرابی آن می شود.

کاهش سطح مایع داخل باتری

این پدیده در صورتی رخ می دهد که شارژ بیش از حد باعث افزایش غلظت اسید در الکترولیت باتری یو پی اس گردد. تبخیر طبیعی مایع باتری و تولید گازی که در داخل باتری اتفاق می افتد نیز به مرور زمان منجر به کاهش سطح مایع باتری می شود. خشک شدن باتری در نهایت باعث خرابی جداکننده سطوح الکترود داخل باتری می شود. از بین رفتن جدا کننده و کاهش مداوم سطح مایع داخل باتری سرعت خرابی باتری را نیز افزایش داده و همچنین موجب تشکیل سولفاته در باتری می گردد.

تنش حرارتی

زمانی که دمای داخل باتری آنقدر زیاد است که نمی تواند از دریچه های ایمنی سطح باتری خارج شود به مرور بدنه خارجی باتری هم گرم می شود و در نتیجه دوباره دمای داخل باتری را افزایش می دهد. در نهایت این تنش حرارتی  می تواند منجر به ذوب شدن کیس باتری گردد.

چگونه از خرابی زودرس باتری های یو پی اس جلوگیری کنیم؟

با رعایت کردن موارد زیر می توان عمر باتری های یو پی اس را به بیشترین مقدار ممکن افزایش داد.

اهمیت نگهداری، نظارت و تست دوره ای باتری ها

توصیه می شود برای افزایش طول عمر و نیز تشخیص بموقع هرگونه عیب در باتری های یو پی اس یک برنامه سرویس دوره ای منظم برای یو پی اس در نظر بگیرید.

برنامه سرویس دوره ای باید بگونه ای باشد که بتواند هر ایرادی را بموقع و قبل از اینکه خسارت سنگینی به بار بیاید تشخیص داده و به سرعت آن را رفع کند. سرویس دوره ای دستگاه یو پی اس در مقیاس کوچک حداقل بایستی هر 6 ماه یک بار و برای مقیاس های بزرگتر هر 3 ماه یکبار تنظیم شود.

در بازدید های دوره ای مواردی از جمله بازرسی پایانه‌های باتری و اتصالات از نظر خوردگی و محکم بودن، بررسی عدم وجود هرگونه ترک و شکستگی، نشتی یا تورم، تمیز کردن باتری ها و کابینت باتری و دستگاه یو پی اس توسط سرویسکار انجام شود.

علاوه بر این بازرسی ها و اقدامات سیستم مانیتورینگ یو پی اس های پیشرفته قادرند امکاناتی از جمله دمای باتری ولتاژ در حالت شارژ و دشارژ، امپدانس و … را به کاربر نمایش دهند.

همچنین امروزه بسیاری از یو پی اس های مدرن باتری های خود را به طور منظم، معمولاً هر 24 ساعت یکبار آزمایش می کنند و در صورت وجود هر گونه ایراد، هشدار می دهند.

تست امپدانس جداگانه برای هر کدام از باتری های یو پی اس یکی از روش هایی است که به ما کمک می کند با یادداشت مقادیر بدست آمده یک تاریخچه ی عملکرد از تمام باتری های یو پی اس داشته باشیم و بدین ترتیب پیش بینی های لازم برای تعویض بموقع باتری ها را در نظر بگیریم.

برای اندازه گیری امپدانس هر باتری کافیست بوسیله دستگاه مخصوص آن که دستگاه تستر امپدانس باتری نام دارد یک جریان AC از طریق پروب های دستگاه تستر به قطب های هر باتری اعمال شود و بدین ترتیب امپدانس اندازه گیری و بر حسب میلی اهم بر روی نمایشگر دستگاه ثبت گردد. استفاده از دستگاه تستر این مزیت را دارد که بدون وارد کردن هیچگونه فشاری به باتری یا یو پی اس حتی در حین روشن بودن یو پی اس امپدانس باتری ها را اندازه گیری نمود.

 

تست امپدانس باتری یو پی اس
تستر امپدانس باتری

تست باتری ها زیر بار تنها روشی است که بصورت دقیق میزان سلامت هر باتری را نشان می دهد. برای این منظور لازم است در حالت نرمال و همچنین در حالت اوج بار یو پی اس، برق ورودی یو پی اس قطع شده و زمان بکاپ و ولتاژ تک تک باتری ها اندازه گیری شود. هر کدام از باتری ها که در مدت زمان کوتاهی افت ولتاژ قابل توجهی نسبت به سایر باتری ها نشان داد بایستی از مدار خارج و تعویض گردد. زمان ثبت شده تا آستانه خاموشی یو پی اس میزان سلامت باتری ها را نشان می دهد. کاربر می تواند زمان بکاپ فعلی باتری ها را با زمان بکاپی که در ابتدای نصب باتری ها ثبت شده است مقایسه کند و میزان راندمان فعلی باتری های یو پی اس را برآورد نماید.

حفظ شرایط دمایی و عملیاتی بهینه برای باتری های یو پی اس

بیشتر یو پی اس ها برای کارکرد ایمن در دمای بین 0 تا 40 درجه سانتیگراد طراحی شده اند، اما همانطور که قبلاً اشاره شد این محدوده از رنج مناسب دمایی برای باتری ها بیشتر است.

این مسئله بخوبی روشن می کند که برای حفظ سلامت و افزایش طول عمر باتری ها در نهایت محل نگهداری یو پی اس و باتری ها باید کمتر از 25 درجه سانتی گراد باشد.

تا حد امکان بلوک های باتری را با فاصله از همدیگر قرار دهید تا فضای کافی برای انبساط کیس باتری و عبور هوای خنک وجود داشته باشد. این امر به ویژه برای جلوگیری از انتقال حرارت در صورت تولید گرما توسط یکی از باتری ها ضروری است.

مدیریت عملکرد باتری های یو پی اس

در جوامع توسعه‌یافته بیشتر قطعی های برق بصورت لحظه‌ای اتفاق می افتد و برای چند ثانیه یا در بدترین حالت چند دقیقه طول می‌کشد. اما در کشور ما بیشتر قطعی های برق طولانی مدت و یا حتی با برنامه قبلی می باشد لذا توصیه می شود اجازه ندهید باتری شما به طور کامل تا 0 درصد تخلیه و خراب شود و بعد به فکر تعویض آن بیفتید!

در صورت امکان، تجهیزات غیر ضروری متصل به یو پی اس را خاموش کنید یا به منبع پشتیبان دیگری مانند ژنراتور انتقال دهید. حتی می توانید در هنگام قطع برق پس از پایان کار یو پی اس را خاموش کنید تا باتری ها کامل تخلیه نشوند چرا که طبق آنچه گفته شد دشارژ عمیق تر باتری ها طول عمر آنها را کاهش می دهد.

اکثر یو پی اس های مدرن امروزی دارای سیستم مراقبت از باتری هستند که برای افزایش طول عمر مجموعه باتری و بهینه سازی عملکرد آن طراحی شده است.

این سیستم به طور خودکار باتری ها را در فواصل زمانی منظم آزمایش می کند و از آنها در برابر تخلیه سریع محافظت می نماید.

در یو پی اس های پیشرفته تر این سیستم ها طیف وسیعی از روش‌های مختلف شارژ را به کاربران ارائه می‌دهند که در ادامه به آن اشاره می کنیم:

روش های شارژ باتری یو پی اس

شارژ شناور

در این حالت وضعیت شارژ باتری ها به طور مداوم کنترل می شود. هنگامی که منبع تغذیه اصلی وجود دارد، باتری ها در یک سطح ولتاژ از پیش تعیین شده و جریان محدود نسبت به زمان شارژ مجدد مورد نیاز و ظرفیت خود باتری شارژ می شوند.

شارژ دو سطحی

در این حالت شارژ در جریان محدود و با دو سطح مختلف ولتاژ صورت می گیرد. در ابتدا با افزایش ولتاژ فرآیند شارژ با سرعت بیشتری همراه است در حالی که در مرحله دوم از روش شارژ شناور استفاده می شود. این روش شارژ عمدتاً برای محیط هایی با تهویه مناسب تر و برای مواقعی که به زمان کمتری برای شارژ نیاز باشد استفاده می شود.

 

شارژ باتری های جدید

در این حالت که در منوی برخی یو پی اس های پیشرفته نیز قابل انتخاب است پس از نصب باتری های جدید به آنها فرصت داده می شود تا قبل از استفاده به خوبی شارژ کامل شوند. بدین ترتیب که ولتاژ شارژ توسط یو پی اس تا حداکثر 24 ساعت به میزان 2.4 ولت به ازای هر بلوک باتری افزایش می یابد. این امر موجب تضمین شارژ و دشارژ یکسان باتری ها در آینده می شود.