UPS Batterij Float, Equalize en Snelladen: Wanneer elk te gebruiken

Een UPS-batterijbank werd onlangs beoordeeld voor vervanging na slechts drie jaar dienst.

De eerste verdenking was batterijkwaliteit. Maar de laadgeschiedenis toonde een andere mogelijke oorzaak: de UPS was geconfigureerd om frequente equalize-ladingen met een verhoogde spanning uit te voeren.

Voor VRLA-batterijen die voornamelijk voor stand-by gebruik worden gebruikt, kan herhaaldelijk opladen met hoge spanning gasvorming, waterverlies en batterijtemperatuur verhogen als het de aanbevolen laadprofiel van de batterijfabrikant overschrijdt.

Levensduur van de batterij hangt af van meer dan alleen de batterij zelf. Instellingen van de lader, temperatuur en de beschikbare tijd voor opladen zijn allemaal van belang.

Float-lading, equalize of boost-lading en snelladen dienen verschillende doelen. Ze mogen niet als uitwisselbare laadmodi worden behandeld.

Belangrijkste conclusies

• Float-lading is de normale stand-by modus voor de meeste VRLA UPS-batterijsystemen.

• Equalize of boost-lading mag alleen worden gebruikt wanneer de batterijfabrikant dit toestaat.

• Snelladen wordt beperkt door zowel de toegestane laadstroom van de batterij als de capaciteit van de UPS-lader.

• Batterijcapaciteit, laderstroom en beschikbare oplaadtijd moeten samen worden geëvalueerd.

• Laadparameters moeten altijd gebaseerd zijn op de technische gegevens van het specifieke batterijmodel.

Float-lading is de normale UPS stand-by modus

Voor de meeste VRLA-batterijbanken die zijn aangesloten op een online UPS, is float-lading de normale bedrijfstoestand.

Wanneer netstroom beschikbaar is, onderhoudt de UPS-lader de batterij op een gecontroleerde constante spanning. Naarmate de batterij bijna volledig is opgeladen, daalt de laadstroom tot een laag niveau en blijft de batterij klaar voor de volgende storing.

Voor veel stationaire VRLA-batterijen is de aanbevolen float-spanning bij ongeveer 25°C ongeveer:

2,25–2,30 V per cel

Voor een 12 V batterij met zes cellen komt dit ruwweg overeen met:

13,5–13,8 V per batterij

Dit is een typisch bereik, geen instelling die op elke batterij moet worden toegepast.

AGM, GEL, TPPL en andere VRLA-ontwerpen kunnen verschillende laadvereisten hebben. De juiste float-spanning moet altijd afkomstig zijn uit de technische documentatie van het specifieke batterijmodel.

Een kleine float-spanningsfout wordt belangrijk na verloop van tijd

UPS-batterijen kunnen jarenlang op float blijven, dus zelfs een kleine laadfout kan een langdurig effect hebben.

Als de float-spanning te laag is, kan de batterij gedeeltelijk opgeladen blijven. Langdurig onderladen kan bijdragen aan sulfatie en verminderde beschikbare capaciteit.

Als de float-spanning te hoog is, blijft de batterij continu overladen. Dit kan gasvorming, waterverlies, corrosie van het rooster en bedrijfstemperatuur verhogen.

De UPS geeft mogelijk geen onmiddellijk alarm terwijl de levensduur van de batterij geleidelijk wordt verkort.

Voor langdurige stand-by service is nauwkeurige float-spanning belangrijker dan agressief laden.

Temperatuurcompensatie moet worden gecontroleerd

Loodzuur laadspanning verandert met de temperatuur.

Naarmate de batterijtemperatuur stijgt, neemt de aanbevolen laadspanning normaal gesproken af. Bij lagere temperaturen kan een iets hogere spanning nodig zijn.

Veel stationaire VRLA-batterijen gebruiken een negatieve temperatuurcompensatiewaarde van enkele millivolts per graad Celsius per cel, maar de exacte coëfficiënt is afhankelijk van het batterijontwerp.

Als de UPS temperatuur-gecompenseerd laden ondersteunt, controleer dan dat:

• de batterijtemperatuursensor correct is geïnstalleerd;

• temperatuurcompensatie is ingeschakeld waar nodig;

• de referentietemperatuur overeenkomt met de instructies van de batterijfabrikant.

Een batterijbank die continu op 30°C werkt, mag niet automatisch precies dezelfde laadspanning gebruiken als een die op 20°C of 25°C werkt.

Equalize-lading is geen routinematig onderhoud voor elke VRLA-batterij

Equalisatie wordt vaak geassocieerd met loodzuur-batterijen, maar de term kan misleidend zijn in UPS-toepassingen.

Traditionele geventileerde loodzuur-batterijen kunnen periodieke equalisatie gebruiken om verschillen in laadstatus tussen cellen te verminderen.

VRLA-batterijen vereisen meer voorzichtigheid.

Afhankelijk van de fabrikant kan een tijdelijke hogere spanningslaadfase worden beschreven als:

• equalize-lading;

• boost-lading;

• herstel-lading;

• inbedrijfstellingslading.

Deze termen zijn niet altijd uitwisselbaar.

Sommige VRLA-fabrikanten bieden een specifieke equalisatieprocedure. Anderen beperken het gebruik ervan of specificeren een andere boost-laadmethode.

De aanwezigheid van een Equalize Charge optie in een UPS-menu betekent niet dat deze elke maand automatisch moet worden uitgevoerd.

De batterijhandleiding moet dit bepalen.

Wanneer kan een hogere herlaadspanning passend zijn?

Eén situatie is na een aanzienlijke ontlading.

Een ontladen batterij moet zo snel mogelijk worden opgeladen. Sommige batterijfabrikanten staan een tijdelijk hogere laadspanning of laadstroom toe om de hersteltijd te verkorten.

Het belangrijke punt is dat dit tijdelijk is.

Zodra de vereiste herlaadconditie is bereikt, moet de lader terugkeren naar het normale stand-by laadniveau dat door de batterijfabrikant is gespecificeerd.

Een andere situatie is herhaalde onvolledige herlading.

Dit komt vaak voor op locaties met een onstabiele netvoeding.

De bedrijfscyclus kan er als volgt uitzien:

Storing → batterijontlading → netstroom keert terug → gedeeltelijke herlading → nog een storing

Als de volgende storing optreedt voordat de batterij is hersteld, zal de beschikbare back-uptijd korter zijn.

Wanneer dit herhaaldelijk gebeurt, kan de batterijbank veel van zijn levensduur onder de volledige laadstatus doorbrengen.

Controleer eerst het systeemontwerp voordat u de laadspanning verhoogt.

Batterijcapaciteit alleen bepaalt niet de herlaadtijd

Dit is een van de meest over het hoofd geziene punten bij het dimensioneren van UPS-batterijen.

Een grotere batterijbank levert meer opgeslagen energie, maar vereist ook meer tijd of meer laadstroom om te herstellen na ontlading.

Drie factoren moeten samen worden overwogen:

Batterijcapaciteit + ladercapaciteit + beschikbare herlaadvenster

Beschouw een eenvoudig voorbeeld.

Als een 100 Ah batterij een maximale herlaadstroom van 0,2C toestaat, zou de corresponderende stroom zijn:

100 Ah × 0,2 = 20 A

Maar als de UPS-lader slechts 10 A kan leveren, zal de batterijbank niet met 20 A opladen.

De lader wordt de beperkende factor.

Dit is met name belangrijk wanneer een grote externe batterijbank wordt toegevoegd om de UPS-back-uptijd te verlengen.

Meer batterijen toevoegen verlengt de looptijd, maar verhoogt niet automatisch de laadcapaciteit.

Een systeem dat is ontworpen voor enkele uren back-up kan daarom een lader met hogere capaciteit of extra laadmodules vereisen als snelle herstel nodig is.

Om de batterijbank te dimensioneren voordat de herlaadtijd wordt gecontroleerd, zie onze UPS batterij runtime dimensioneringsgids.

Frequente storingen maken herlaadtijd onderdeel van het UPS-ontwerp

Op locaties met een instabiel net, moet de herlaadcapaciteit worden overwogen tijdens de UPS-selectie, niet na installatie.

Stel dat een batterijbank is ontworpen voor lange back-uptijd, maar de locatie ervaart meerdere storingen per dag.

Na de eerste ontlading heeft de UPS mogelijk slechts enkele uren om op te laden voordat de volgende onderbreking optreedt.

Als de lader niet voldoende capaciteit kan herstellen gedurende die periode, begint elke volgende storing met minder opgeslagen energie.

De batterijbank kan daarom correct zijn gedimensioneerd voor looptijd, maar slecht afgestemd op de werkelijke operationele omgeving.

Controleer voor locaties met frequente storingen:

• verwachte ontladingsdiepte;

• aantal storingen per dag;

• batterijcapaciteit;

• UPS-laderstroom;

• beschikbare herlaadtijd;

• generatorbedrijfsschema, indien van toepassing.

Dit is vaak nuttiger dan simpelweg de batterij-Ah-capaciteit te verhogen.

Voor meer informatie over UPS-capaciteit, looptijd en batterijconfiguratie, zie onze UPS dimensioneringsgids.

Equalisatie kan een defecte batterij niet repareren

Als één batterij in een serie-string een abnormale spanning vertoont, moet het toepassen van een hogere laadspanning op de hele string niet de eerste reactie zijn.

Controleer eerst de batterijconditie.

Nuttige metingen zijn onder meer:

• individuele batterijspanning;

• interne weerstand of geleidbaarheid;

• verbindingsweerstand;

• batterijtemperatuur;

• ontladingscapaciteit;

• zichtbare zwelling, lekkage of corrosie.

Een batterij met aanzienlijk capaciteitsverlies, interne schade, overmatige uitdroging of abnormale verwarming kan normaal gesproken niet eenvoudig worden hersteld door de laadspanning te verhogen.

Equalisatie is een laadprocedure, geen reparatiemethode.

Voor meer informatie over bedrading en monitoring van batterij-strings, zie UPS batterij middenpunt: wat het doet, wanneer je het nodig hebt en hoe je het aansluit.

Waarom overmatig laden een zorg is bij VRLA-batterijen

VRLA-batterijen zijn ontworpen om veel van het gas dat tijdens normaal laden wordt gegenereerd, te recombineren.

Die recombinatiecapaciteit heeft grenzen.

Overmatige laadspanning, laadstroom of temperatuur kan de gasvorming sneller verhogen dan de batterij kan recombineren.

De interne druk stijgt dan en het overdrukventiel kan in werking treden.

Zodra vocht uit een verzegelde VRLA-batterij is verloren, kan het normaal gesproken niet op dezelfde manier worden hersteld als elektrolyt in een conventionele geventileerde batterij kan worden onderhouden.

Herhaaldelijk overladen kan daarom uitdroging en permanent capaciteitsverlies versnellen.

Als een batterij vertoont:

• kastzwelling;

• ongewone temperatuur;

• lekkage of corrosie;

• vlekken rond het ventielgebied;

• aanhoudend abnormale spanning;

onderzoek de oorzaak voordat u de laadinstellingen wijzigt.

Snelladen gaat voornamelijk over beschikbare laadstroom

Voor loodzuur UPS-batterijen is snelladen meestal een nuttigere term dan snel laden.

De herlaadtijd hangt voornamelijk af van:

1. UPS-ladercapaciteit;

2. maximale laadstroom toegestaan door de batterij;

3. diepte van de vorige ontlading;

4. batterijtemperatuur;

5. het laadprofiel gespecificeerd door de fabrikant.

Er is geen enkele maximale C-rate die van toepassing is op elke VRLA-batterij.

Sommige batterijmodellen staan relatief hoge initiële herlaadstroom toe, terwijl andere lagere limieten gebruiken.

Daarom zijn uitspraken als:

Alle UPS-batterijen moeten worden opgeladen met 0,1C.

of:

0,25C is altijd het maximum.

te breed.

Gebruik het gegevensblad voor het exacte batterijmodel.

Onderschat de UPS-lader niet bij het toevoegen van externe batterijen

Dit punt is met name belangrijk wanneer een standaard UPS is aangesloten op een veel grotere externe batterijbank.

De batterijberekening kan aantonen dat de vereiste back-uptijd haalbaar is, maar een andere vraag blijft:

Hoe lang heeft de UPS nodig om de batterijen op te laden na een ontlading?

Als het antwoord 10, 15 of zelfs 20 uur is, kan dat acceptabel zijn op een locatie met een stabiele netvoeding.

Het is mogelijk niet acceptabel op een locatie waar een andere storing waarschijnlijk is binnen enkele uren.

Voor UPS-projecten met lange looptijd moet de ladercapaciteit daarom worden gecontroleerd naast:

• UPS kVA/kW-rating;

• DC-batterijspanning;

• batterij Ah-capaciteit;

• vereiste back-uptijd;

De lengte van de batterijkabel en de doorsnede van de geleider moeten ook worden gecontroleerd, vooral wanneer externe batterijkasten zich enkele meters van de UPS bevinden.

Voor kabellengte, spanningsval en plaatsing van batterijkasten, zie Hoe ver moet een UPS van de batterijkast staan?.

Lithiumbatterijen gebruiken een andere laadstrategie

Lithium-batterijsystemen mogen niet zomaar loodzuur-terminologie zoals float- en equalize-lading overnemen.

Industriële lithiumbatterijen volgen normaal gesproken een laadprofiel dat door de batterijfabrikant is gedefinieerd en wordt beheerd door het batterijbeheersysteem.

Het BMS bewaakt doorgaans:

• celspanning;

• batterijtemperatuur;

• laadstroom;

• laadstatus;

• celonbalans;

• overspanning;

• overtemperatuur.

Voor een lithium UPS-batterijsysteem zijn de belangrijke vragen:

• Is de UPS-lader compatibel met de batterij?

• Werkt de communicatie tussen de UPS en het BMS correct?

• Zijn de laadspanning en -stroom binnen de limieten van de batterijfabrikant?

Laadparameters mogen niet handmatig worden verhoogd boven de limieten die zijn gedefinieerd door de batterijfabrikant of het BMS.

Float vs equalize vs snelladen

Voordat UPS-batterijlaadinstellingen worden gewijzigd

Controleer voordat u float-, boost- of herlaadparameters wijzigt:

• exact batterijmodel en technologie;

• door de fabrikant gespecificeerde float-spanning;

• toegestane boost- of equalize-spanning;

• maximale laadstroom;

• vereiste temperatuurcompensatie;

• UPS-ladercapaciteit;

• batterijbank Ah-capaciteit;

• verwachte storingsfrequentie;

• beschikbare herlaadtijd;

• batterijtemperatuur;

• individuele batterijspanningen.

Pas niet één parameter geïsoleerd aan.

Een hogere laadspanning kan de herlaadtijd verkorten, maar kan ook de batterijstress verhogen.

Een grotere batterijbank kan langere back-up bieden, maar kan ook veel langer nodig hebben om op te laden.

De laadstrategie moet passen bij de batterij, de UPS-lader en de werkelijke omstandigheden ter plaatse.

Drie praktische regels

Gebruik het batterijgegevensblad voor float-spanning.

Verhoog de float-spanning niet simpelweg omdat een hogere instelling de batterij vollediger lijkt op te laden.

Plan geen automatische equalisatie, tenzij de batterijfabrikant dit aanbeveelt.

Een equalize-functie in het UPS-menu betekent niet dat elke VRLA-batterij periodieke equalisatie vereist.

Wanneer herlaadtijd ertoe doet, controleer dan de lader net zo zorgvuldig als de batterijcapaciteit.

Een grote batterijbank aangesloten op een ondermaatse lader kan uitstekende back-uptijd bieden zodra deze volledig is opgeladen, maar slechte herstel tussen storingen.

UPS-batterijen brengen het grootste deel van hun levensduur door met een lader verbonden in plaats van de belasting te leveren.

Dat maakt laadspanning, temperatuurcompensatie, laadstroom en herlaadtijd onderdeel van de levensduur van de batterij - niet alleen inbedrijfstellingsinstellingen.

Het kiezen van de juiste batterij is slechts de eerste stap.

Het correct opladen ervan is net zo belangrijk.

Technische opmerking

Laadspanning, laadstroom, temperatuurcompensatie, equalize- of boost-instellingen en herlaadlimieten variëren per batterijontwerp en UPS-laderconfiguratie.

Volg altijd de nieuwste technische documentatie van de batterijfabrikant en UPS-fabrikant. De waarden die in dit artikel worden besproken, zijn algemene technische referenties en mogen geen model-specifieke laadinstructies vervangen.

Internationale normen en technische referenties

De volgende internationale normen zijn relevant voor stationaire UPS-batterijsystemen:

• IEC 60896-serie — Stationaire klepgeregelde loodzuur-batterijen.

• IEC 62485-2 — Veiligheidseisen voor stationaire secundaire batterijen en batterij-installaties.

• IEEE 1188 — Onderhoud, testen en vervanging van stationaire VRLA-batterijen.

• IEC 62619 — Veiligheidseisen voor industriële secundaire lithiumcellen en -batterijen.

Deze normen bieden algemene technische en veiligheidsrichtlijnen. Werkelijke laadparameters moeten altijd worden bevestigd aan de huidige documentatie van de batterij- en UPS-fabrikant.

Hulp nodig bij het dimensioneren van een UPS-batterijsysteem?

Batterij Ah-capaciteit is slechts een deel van het UPS-batterijontwerp.

Voor projecten die lange back-uptijd, frequente ontladingscycli of snel herstel na storingen vereisen, moeten de ladercapaciteit en herlaadtijd samen met de batterijbank worden geëvalueerd.

TAFENG kan helpen bij het configureren van UPS- en batterijsystemen voor medische apparatuur, industriële belastingen, datacenters en locaties met instabiele netvoeding.

Ontdek onze Low Frequency UPS en High Frequency UPS reeksen voor systemen met externe batterijconfiguraties en projectspecifieke back-upvereisten.