Batterie UPS : charge d'entretien, égalisation et recharge rapide : quand utiliser chaque mode

Une banque de batteries UPS a récemment été évaluée pour remplacement après seulement trois ans de service.

Le premier soupçon portait sur la qualité de la batterie. Mais l'historique de charge a montré une autre cause possible : l'UPS avait été configuré pour effectuer des charges d'égalisation fréquentes à une tension élevée.

Pour les batteries VRLA utilisées principalement pour le service de secours, une charge répétée à haute tension peut augmenter le dégagement de gaz, la perte d'eau et la température de la batterie si elle dépasse le profil de charge recommandé par le fabricant de la batterie.

La durée de vie de la batterie dépend de plus que la batterie elle-même. Les réglages du chargeur, la température et le temps disponible pour la recharge sont importants.

La charge d'entretien, la charge d'égalisation ou de boost, et la recharge rapide servent des objectifs différents. Ils ne doivent pas être traités comme des modes de charge interchangeables.

Points clés à retenir

• Charge d'entretien est le mode de veille normal pour la plupart des systèmes de batteries VRLA UPS.

• Charge d'égalisation ou de boost ne doit être utilisée que lorsque le fabricant de la batterie l'autorise.

• Recharge rapide est limitée à la fois par le courant de charge autorisé par la batterie et par la capacité du chargeur UPS.

• La capacité de la batterie, le courant du chargeur et le temps de recharge disponible doivent être évalués ensemble.

• Les paramètres de charge doivent toujours être basés sur les données techniques du modèle de batterie spécifique.

La charge d'entretien est le mode de veille normal de l'UPS

Pour la plupart des banques de batteries VRLA connectées à un UPS en ligne, la charge d'entretien est la condition de fonctionnement normale.

Lorsque l'alimentation du secteur est disponible, le chargeur de l'UPS maintient la batterie à une tension constante contrôlée. Lorsque la batterie approche de la pleine charge, le courant de charge tombe à un faible niveau et la batterie reste prête pour la prochaine panne.

Pour de nombreuses batteries VRLA stationnaires, la tension de charge d'entretien recommandée à environ 25°C est d'environ :

2,25–2,30 V par cellule

Pour une batterie de 12 V avec six cellules, cela correspond approximativement à :

13,5–13,8 V par batterie

Ceci est une plage typique, pas un réglage qui devrait être appliqué à chaque batterie.

Les conceptions AGM, GEL, TPPL et autres VRLA peuvent avoir des exigences de charge différentes. La tension de charge d'entretien correcte doit toujours provenir de la documentation technique du modèle de batterie spécifique.

Une petite erreur de tension de charge d'entretien devient importante avec le temps

Les batteries UPS peuvent rester en charge d'entretien pendant des années, donc même une petite erreur de charge peut avoir un effet à long terme.

Si la tension de charge d'entretien est trop basse, la batterie peut rester partiellement chargée. Une sous-charge prolongée peut contribuer à la sulfatation et à une réduction de la capacité disponible.

Si la tension de charge d'entretien est trop élevée, la batterie reste en surcharge continue. Cela peut augmenter le dégagement de gaz, la perte d'eau, la corrosion des grilles et la température de fonctionnement.

L'UPS peut ne pas afficher d'alarme immédiate pendant que la durée de vie de la batterie est progressivement réduite.

Pour un service de secours à long terme, une tension de charge d'entretien précise est plus importante qu'une charge agressive.

La compensation de température doit être vérifiée

La tension de charge des batteries au plomb-acide change avec la température.

Lorsque la température de la batterie augmente, la tension de charge recommandée diminue normalement. À des températures plus basses, une tension légèrement plus élevée peut être nécessaire.

De nombreuses batteries VRLA stationnaires utilisent une valeur de compensation de température négative de quelques millivolts par degré Celsius par cellule, mais le coefficient exact dépend de la conception de la batterie.

Si l'UPS prend en charge la charge à compensation de température, vérifiez que :

• le capteur de température de la batterie est correctement installé ;

• la compensation de température est activée là où elle est requise ;

• la température de référence correspond aux instructions du fabricant de la batterie.

Une banque de batteries fonctionnant en continu à 30°C ne doit pas utiliser automatiquement exactement la même tension de charge qu'une fonctionnant à 20°C ou 25°C.

La charge d'égalisation n'est pas un entretien de routine pour toutes les batteries VRLA

L'égalisation est souvent associée aux batteries au plomb-acide, mais le terme peut être trompeur dans les applications UPS.

Les batteries traditionnelles au plomb-acide ventilées peuvent utiliser une égalisation périodique pour réduire les différences d'état de charge entre les cellules.

Les batteries VRLA nécessitent plus de prudence.

Selon le fabricant, une étape de charge temporaire à tension plus élevée peut être décrite comme :

• charge d'égalisation ;

• charge de boost ;

• charge de récupération ;

• charge de mise en service.

Ces termes ne sont pas toujours interchangeables.

Certains fabricants de VRLA fournissent une procédure d'égalisation spécifique. D'autres en restreignent l'utilisation ou spécifient une méthode de charge de boost différente.

La présence d'une option Charge d'égalisation dans un menu UPS ne signifie pas qu'elle doit s'exécuter automatiquement chaque mois.

Le manuel de la batterie doit en décider.

Quand une tension de recharge plus élevée peut-elle être appropriée ?

Une situation est après une décharge importante.

Une batterie déchargée doit être rechargée dès que possible. Certains fabricants de batteries autorisent une tension de charge ou un courant de charge temporairement plus élevé pour réduire le temps de récupération.

Le point important est que c'est temporaire.

Une fois la condition de recharge requise atteinte, le chargeur doit revenir au niveau de charge de veille normal spécifié par le fabricant de la batterie.

Une autre situation est la recharge incomplète répétée.

Ceci est courant sur les sites avec une alimentation secteur instable.

Le cycle de fonctionnement peut ressembler à ceci :

Panne → décharge de la batterie → secteur rétabli → recharge partielle → autre panne

Si la prochaine panne survient avant que la batterie n'ait récupéré, le temps de secours disponible sera plus court.

Lorsque cela se produit de manière répétée, la banque de batteries peut passer une grande partie de sa vie en dessous de l'état de charge complet.

Avant d'augmenter la tension de charge, vérifiez d'abord la conception du système.

La capacité de la batterie seule ne détermine pas le temps de recharge

C'est l'un des points les plus négligés dans le dimensionnement des batteries UPS.

Une banque de batteries plus grande fournit plus d'énergie stockée, mais elle nécessite également plus de temps ou plus de courant de charge pour récupérer après une décharge.

Trois facteurs doivent être considérés ensemble :

Capacité de la batterie + capacité du chargeur + fenêtre de recharge disponible

Considérez un exemple simple.

Si une batterie de 100 Ah autorise un courant de recharge maximum de 0,2C, le courant correspondant serait :

100 Ah × 0,2 = 20 A

Mais si le chargeur UPS ne peut fournir que 10 A, la banque de batteries ne se rechargera pas à 20 A.

Le chargeur devient le facteur limitant.

Ceci est particulièrement important lorsqu'une grande banque de batteries externe est ajoutée pour prolonger le temps de secours de l'UPS.

L'ajout de plus de batteries augmente l'autonomie, mais il n'augmente pas automatiquement la capacité de charge.

Un système conçu pour plusieurs heures de secours peut donc nécessiter un chargeur de plus grande capacité ou des modules de charge supplémentaires si une récupération rapide est requise.

Pour dimensionner la banque de batteries avant de vérifier le temps de recharge, consultez notre Guide de dimensionnement de l'autonomie des batteries UPS.

Les pannes fréquentes font du temps de recharge une partie de la conception de l'UPS

Sur les sites avec un réseau instable, la capacité de recharge doit être prise en compte lors de la sélection de l'UPS, et non après l'installation.

Supposons qu'une banque de batteries soit conçue pour une longue autonomie, mais que le site subisse plusieurs pannes par jour.

Après la première décharge, l'UPS peut n'avoir que quelques heures pour se recharger avant la prochaine interruption.

Si le chargeur ne peut pas restaurer suffisamment de capacité pendant cette période, chaque panne ultérieure commence avec moins d'énergie stockée.

La banque de batteries peut donc être correctement dimensionnée pour l'autonomie mais mal adaptée à l'environnement d'exploitation réel.

Pour les sites avec des pannes fréquentes, vérifiez :

• profondeur de décharge attendue ;

• nombre de pannes par jour ;

• capacité de la batterie ;

• courant du chargeur UPS ;

• temps de recharge disponible ;

• calendrier de fonctionnement du générateur, le cas échéant.

Ceci est souvent plus utile que d'augmenter simplement la capacité Ah de la batterie.

Pour en savoir plus sur la capacité UPS, l'autonomie et la configuration des batteries, consultez notre Guide de dimensionnement UPS.

L'égalisation ne peut pas réparer une batterie défectueuse

Si une batterie dans une chaîne série présente une tension anormale, l'application d'une tension de charge plus élevée à toute la chaîne ne devrait pas être la première réponse.

Vérifiez d'abord l'état de la batterie.

Les mesures utiles comprennent :

• tension de chaque batterie ;

• résistance interne ou conductance ;

• résistance de connexion ;

• température de la batterie ;

• capacité de décharge ;

• gonflement, fuite ou corrosion visibles.

Une batterie avec une perte de capacité importante, des dommages internes, un dessèchement excessif ou un échauffement anormal ne peut normalement pas être restaurée simplement en augmentant la tension de charge.

L'égalisation est une procédure de charge, pas une méthode de réparation.

Pour en savoir plus sur le câblage et la surveillance des chaînes de batteries, consultez Point médian de la batterie UPS : ce qu'il fait, quand vous en avez besoin et comment le connecter.

Pourquoi la surcharge est une préoccupation avec les batteries VRLA

Les batteries VRLA sont conçues pour recombiner une grande partie du gaz généré pendant la charge normale.

Cette capacité de recombinaison a des limites.

Une tension de charge, un courant de charge ou une température excessifs peuvent augmenter la génération de gaz plus rapidement que la batterie ne peut la recombiner.

La pression interne augmente alors et la soupape de surpression peut s'activer.

Une fois que l'humidité est perdue d'une batterie VRLA scellée, elle ne peut normalement pas être restaurée de la même manière que l'électrolyte peut être entretenu dans une batterie ventilée conventionnelle.

Une surcharge répétée peut donc accélérer le dessèchement et la perte de capacité permanente.

Si une batterie présente :

• gonflement du boîtier ;

• température inhabituelle ;

• fuite ou corrosion ;

• taches autour de la zone de la valve ;

• tension anormale persistante ;

enquêter sur la cause avant de modifier les paramètres de charge.

La recharge rapide concerne principalement le courant de charge disponible

Pour les batteries UPS au plomb-acide, recharge rapide est généralement un terme plus utile que charge rapide.

Le temps de recharge dépend principalement de :

1. capacité du chargeur UPS ;

2. courant de charge maximum autorisé par la batterie ;

3. profondeur de la décharge précédente ;

4. température de la batterie ;

5. profil de charge spécifié par le fabricant.

Il n'y a pas de taux C maximum unique qui s'applique à toutes les batteries VRLA.

Certains modèles de batteries autorisent un courant de recharge initial relativement élevé, tandis que d'autres utilisent des limites plus basses.

C'est pourquoi des affirmations telles que :

Toutes les batteries UPS doivent être chargées à 0,1C.

ou :

0,25C est toujours le maximum.

sont trop générales.

Utilisez la fiche technique pour le modèle de batterie exact.

N'oubliez pas le chargeur UPS lors de l'ajout de batteries externes

Ce point est particulièrement important lorsqu'un UPS standard est connecté à une banque de batteries externe beaucoup plus grande.

Le calcul de la batterie peut montrer que le temps de secours requis est réalisable, mais une autre question demeure :

Combien de temps l'UPS mettra-t-il à recharger les batteries après une décharge ?

Si la réponse est 10, 15 ou même 20 heures, cela peut être acceptable sur un site avec une alimentation secteur stable.

Cela peut ne pas être acceptable sur un site où une autre panne est probable dans les quelques heures.

Pour les projets UPS à longue autonomie, la capacité du chargeur doit donc être vérifiée en parallèle avec :

• puissance nominale UPS kVA/kW ;

• tension de batterie CC ;

• capacité de batterie Ah ;

• temps de secours requis ;

La longueur du câble de batterie et la section du conducteur doivent également être vérifiées, en particulier lorsque des armoires de batteries externes sont installées à plusieurs mètres de l'UPS.

Pour la longueur du câble, la chute de tension et le placement de l'armoire de batterie, voir À quelle distance l'UPS doit-il être de l'armoire de batterie ?.

Les batteries au lithium utilisent une stratégie de charge différente

Les systèmes de batteries au lithium ne doivent pas hériter simplement de la terminologie du plomb-acide comme la charge d'entretien et d'égalisation.

Les batteries industrielles au lithium suivent normalement un profil de charge défini par le fabricant de la batterie et contrôlé par le système de gestion de batterie.

Le BMS surveille généralement :

• tension des cellules ;

• température de la batterie ;

• courant de charge ;

• état de charge ;

• déséquilibre des cellules ;

• surtension ;

• surtension.

Pour un système de batterie UPS au lithium, les questions importantes sont :

• L'UPS est-il compatible avec la batterie ?

• La communication entre l'UPS et le BMS fonctionne-t-elle correctement ?

• La tension et le courant de charge sont-ils dans les limites du fabricant de la batterie ?

Les paramètres de charge ne doivent pas être augmentés manuellement au-delà des limites définies par le fabricant de la batterie ou le BMS.

Charge d'entretien vs égalisation vs recharge rapide

Avant de modifier les paramètres de charge de la batterie UPS

Avant de modifier les paramètres de charge d'entretien, de boost ou de recharge, vérifiez :

• modèle et technologie exacts de la batterie ;

• tension d'entretien spécifiée par le fabricant ;

• tension de boost ou d'égalisation autorisée ;

• courant de charge maximum ;

• exigence de compensation de température ;

• capacité du chargeur UPS ;

• capacité de la banque de batteries Ah ;

• fréquence de panne attendue ;

• temps de recharge disponible ;

• température de la batterie ;

• tensions individuelles des batteries.

N'ajustez pas un paramètre isolément.

Une tension de charge plus élevée peut réduire le temps de recharge, mais elle peut aussi augmenter le stress de la batterie.

Une banque de batteries plus grande peut fournir une autonomie plus longue, mais elle peut aussi nécessiter beaucoup plus de temps pour se recharger.

La stratégie de charge doit correspondre à la batterie, au chargeur UPS et aux conditions réelles du site.

Trois règles pratiques

Utilisez la fiche technique de la batterie pour la tension d'entretien.

N'augmentez pas la tension d'entretien simplement parce qu'un réglage plus élevé semble charger la batterie plus complètement.

Ne planifiez pas l'égalisation automatiquement, sauf si le fabricant de la batterie le recommande.

Une fonction d'égalisation dans le menu UPS ne signifie pas que toutes les batteries VRLA nécessitent une égalisation périodique.

Lorsque le temps de recharge est important, vérifiez le chargeur aussi attentivement que la capacité de la batterie.

Une grande banque de batteries connectée à un chargeur sous-dimensionné peut fournir une excellente autonomie une fois complètement chargée, mais une mauvaise récupération entre les pannes.

Les batteries UPS passent la majeure partie de leur durée de vie connectées à un chargeur plutôt qu'à alimenter la charge.

Cela fait de la tension de charge, de la compensation de température, du courant de charge et du temps de recharge une partie de la durée de vie de la batterie, et pas seulement des réglages de mise en service.

Choisir la bonne batterie n'est que la première étape.

La charger correctement est tout aussi important.

Note technique

La tension de charge, le courant de charge, la compensation de température, les réglages d'égalisation ou de boost, et les limites de recharge varient selon la conception de la batterie et la configuration du chargeur UPS.

Suivez toujours la dernière documentation technique fournie par le fabricant de la batterie et le fabricant de l'UPS. Les valeurs discutées dans cet article sont des références d'ingénierie générales et ne doivent pas remplacer les instructions de charge spécifiques au modèle.

Normes internationales et références techniques

Les normes internationales suivantes sont pertinentes pour les systèmes de batteries UPS stationnaires :

• Série IEC 60896 — Batteries stationnaires au plomb-acide à régulation par soupape.

• IEC 62485-2 — Exigences de sécurité pour les batteries secondaires stationnaires et les installations de batteries.

• IEEE 1188 — Maintenance, test et remplacement des batteries VRLA stationnaires.

• IEC 62619 — Exigences de sécurité pour les cellules et batteries secondaires industrielles au lithium.

Ces normes fournissent des directives techniques et de sécurité générales. Les paramètres de charge réels doivent toujours être confirmés par rapport à la documentation actuelle du fabricant de la batterie et de l'UPS.

Besoin d'aide pour dimensionner un système de batteries UPS ?

La capacité de batterie Ah n'est qu'une partie de la conception des batteries UPS.

Pour les projets nécessitant une longue autonomie, des cycles de décharge fréquents ou une récupération rapide après les pannes, la capacité du chargeur et le temps de recharge doivent être évalués conjointement avec la banque de batteries.

TAFENG peut aider à configurer des systèmes UPS et batteries pour les équipements médicaux, les charges industrielles, les centres de données et les sites avec une alimentation secteur instable.

Explorez nos gammes UPS basse fréquence et UPS haute fréquence pour les systèmes avec configurations de batteries externes et exigences de secours spécifiques au projet.