Bateria UPS flutuante, equalização e recarga rápida: quando usar cada modo

Um banco de baterias UPS foi recentemente avaliado para substituição após apenas três anos de serviço.

A primeira suspeita foi a qualidade da bateria, mas o histórico de carregamento mostrou outra possível causa: o UPS tinha sido configurado para executar carregamento de equalização frequente a uma tensão elevada.

Para as baterias VRLA utilizadas principalmente para serviço de espera, a recarga repetida de alta tensão pode aumentar a gaseificação,Perda de água e temperatura da bateria se exceder o perfil de carregamento recomendado pelo fabricante da bateria.

A duração da bateria depende de mais do que a própria bateria: configurações do carregador, temperatura e tempo disponível para recarregar tudo importa.

A carga de flutuação, a carga de equalização ou de impulso e a recarga rápida servem a propósitos diferentes.

Principais conclusões

• Carregamento por flutuaçãoé o modo normal de espera para a maioria dos sistemas de bateria VRLA UPS.

• Equalizar ou aumentar a cargasó deve ser utilizado quando o fabricante da bateria o permitir.

• Recarga rápidaÉ limitada tanto pela corrente de carregamento permitida da bateria como pela capacidade do carregador UPS.

• A capacidade da bateria, a corrente do carregador e o tempo de recarga disponível devem ser avaliados em conjunto.

• Os parâmetros de carregamento devem basear-se sempre nos dados técnicos do modelo específico de bateria.

Carregamento flutuante é o modo de espera UPS normal

Para a maioria dos bancos de baterias VRLA ligados a um UPS online, a carga por flutuação é a condição normal de funcionamento.

Quando a energia da rede está disponível, o carregador UPS mantém a bateria a uma tensão constante controlada.corrente de carregamento cai para um nível baixo e a bateria permanece pronta para a próxima interrupção.

Para muitas baterias VRLA estacionárias, a tensão de flutuação recomendada em torno de 25°C é aproximadamente:

20,25 ∼ 2,30 V por célula

Para uma bateria de 12 V com seis células, isto corresponde aproximadamente a:

13.5·13,8 V por bateria

Esta é uma faixa típica, não uma configuração que deve ser aplicada a todas as baterias.

AGM, GEL, TPPL e outros projetos VRLA podem ter requisitos de carregamento diferentes. A tensão de flutuação correta deve sempre vir da documentação técnica para o modelo de bateria específico.

Um pequeno erro de flutuação torna-se importante ao longo do tempo

As baterias de UPS podem permanecer flutuando por anos, de modo que mesmo um pequeno erro de carregamento pode ter um efeito a longo prazo.

Se a tensão de flutuação for muito baixa, a bateria pode permanecer parcialmente carregada.

Se a tensão de flutuação for muito elevada, a bateria permanece sob sobrecarga contínua, o que pode aumentar a geração de gás, a perda de água, a corrosão da rede e a temperatura de funcionamento.

O UPS pode não apresentar nenhum alarme imediato enquanto a duração da bateria está a ser gradualmente reduzida.

Para o serviço de espera de longo prazo, a tensão de flutuação precisa é mais importante do que o carregamento agressivo.

A compensação de temperatura deve ser verificada

A tensão de carga de chumbo-ácido muda com a temperatura.

À medida que a temperatura da bateria aumenta, a tensão de carregamento recomendada normalmente diminui.

Muitas baterias VRLA estacionárias usam um valor de compensação de temperatura negativa de alguns milivolts por grau Celsius por célula, mas o coeficiente exato depende do design da bateria.

Se o UPS suportar carregamento compensado por temperatura, verifique se:

• O sensor de temperatura da bateria está correctamente instalado;

• Se necessário, a compensação de temperatura é habilitada;

• A temperatura de referência corresponde às instruções do fabricante da bateria.

Um banco de baterias que funcione continuamente a 30°C não deve utilizar automaticamente exatamente a mesma tensão de carregamento que um que funcione a 20°C ou 25°C.

Equalize carregamento não é manutenção de rotina para cada bateria VRLA

A equalização é frequentemente associada a baterias de chumbo-ácido, mas o termo pode ser enganoso em aplicações de UPS.

As baterias tradicionais de chumbo-ácido podem usar a equalização periódica para reduzir as diferenças no estado de carga entre as células.

As baterias VRLA requerem mais cuidado.

Dependendo do fabricante, um estágio de carga temporário de alta tensão pode ser descrito como:

• igualar a carga;

• Carga de reforço;

• Taxa de cobrança;

• Taxa de comissionamento.

Estes termos nem sempre são intercambiáveis.

Alguns fabricantes de VRLA fornecem um procedimento específico de equalização. Outros restringem seu uso ou especificam um método diferente de carregamento de impulso.

A presença de umEqualização da cargaA opção no menu UPS não significa que deve ser executada automaticamente todos os meses.

O manual da bateria deve decidir isso.

Em que circunstâncias pode ser adequada uma voltagem de recarga mais elevada?

Uma situação é após uma alta significativa.

Alguns fabricantes de baterias permitem uma tensão de carregamento ou corrente de carregamento temporariamente mais alta para reduzir o tempo de recuperação.

O ponto importante é que isto é temporário.

Uma vez atingida a condição de recarga exigida, o carregador deve regressar ao nível normal de carga em estado de espera especificado pelo fabricante da bateria.

Outra situação é a recarga incompleta repetida.

Isto é comum em locais com um abastecimento de serviços instavel.

O ciclo de funcionamento pode ser o seguinte:

Ausência → descarga da bateria → devoluções de serviços → recarga parcial → outra interrupção

Se a próxima interrupção ocorrer antes de a bateria ter recuperado, o tempo de reserva disponível será mais curto.

Quando isso acontece repetidamente, o banco de baterias pode passar grande parte de sua vida abaixo do estado de carga total.

Antes de aumentar a tensão de carga, verifique primeiro o projeto do sistema.

A capacidade da bateria não determina o tempo de recarga

Este é um dos pontos mais negligenciados no dimensionamento da bateria do UPS.

Um banco de baterias maior fornece mais energia armazenada, mas também requer mais tempo ou mais corrente de carregamento para se recuperar após uma descarga.

Três factores devem ser considerados em conjunto:

Capacidade da bateria + capacidade do carregador + janela de recarga disponível

Veja um exemplo simples.

Se uma bateria de 100 Ah permitir uma corrente máxima de recarga de 0,2 C, a corrente correspondente seria:

100 Ah × 0,2 = 20 A

Mas se o carregador UPS só pode fornecer 10 A, o banco de baterias não será recarregado a 20 A.

O carregador torna-se o fator limitante.

Isto é particularmente importante quando um grande banco de baterias externo é adicionado para estender o tempo de backup do UPS.

Adicionar mais baterias aumenta o tempo de funcionamento, mas não aumenta automaticamente a capacidade de carga.

Um sistema concebido para várias horas de reserva pode, por conseguinte, exigir um carregador de maior capacidade ou módulos de carregamento adicionais, se for necessária uma recuperação rápida.

Para medir o banco de baterias antes de verificar o tempo de recarga, consulte o nossoGuia de dimensionamento da bateria do UPS.

As interrupções frequentes fazem do tempo de recarga parte do projeto do UPS

Em locais com uma rede instável, a capacidade de recarga deve ser considerada durante a seleção do UPS, não após a instalação.

Suponha que um banco de baterias seja projetado para um longo tempo de backup, mas o site sofre várias interrupções por dia.

Após a primeira descarga, o UPS pode ter apenas algumas horas para recarregar antes da próxima interrupção.

Se o carregador não puder restaurar capacidade suficiente durante esse período, cada interrupção subsequente começa com menos energia armazenada.

O banco de baterias pode, portanto, ter o tamanho correto para o tempo de funcionamento, mas não se adequar ao ambiente de funcionamento real.

Para locais com interrupções frequentes, verifique:

• Profundidade esperada da descarga;

• Número de interrupções por dia;

• capacidade da bateria;

• Corrente do carregador UPS;

• Tempo de recarga disponível;

• Se for caso disso, programa de funcionamento do gerador.

Isto é muitas vezes mais útil do que simplesmente aumentar a capacidade Ah da bateria.

Para mais informações sobre a capacidade do UPS, tempo de execução e configuração da bateria, consulte o nossoGuia de dimensionamento do UPS.

A equalização não pode reparar uma bateria avariada.

Se uma bateria numa cadeia de série apresentar tensão anormal, aplicar uma tensão de carregamento mais elevada a toda a cadeia não deve ser a primeira resposta.

Verifique primeiro a condição da bateria.

Medidas úteis incluem:

• tensão individual da bateria;

• Resistência interna ou condutividade;

• resistência de ligação;

• temperatura da bateria;

• Capacidade de descarga;

• Inchaço, fugas ou corrosão visíveis.

Uma bateria com perda significativa de capacidade, danos internos, secagem excessiva ou aquecimento anormal não pode normalmente ser restaurada simplesmente aumentando a tensão de carga.

A equalização é um procedimento de carga, não um método de reparação.

Para mais informações sobre fiação e monitoramento de cordas de bateria, verPonto médio da bateria UPS: o que ela faz, quando você precisa dela e como conectá-la.

Por que o carregamento excessivo é uma preocupação com as baterias VRLA

As baterias VRLA são projetadas para recombinar grande parte do gás gerado durante o carregamento normal.

Essa capacidade de recombinação tem limites.

A tensão de carregamento excessiva, a corrente de carregamento ou a temperatura podem aumentar a geração de gás mais rapidamente do que a bateria pode recombiná-lo.

A pressão interna aumenta e a válvula de alívio de pressão pode funcionar.

Uma vez que a umidade é perdida de uma bateria VRLA selada, normalmente não pode ser restaurada da mesma forma que o eletrólito pode ser atendido em uma bateria convencional ventilada.

Por conseguinte, a sobrecarga repetida pode acelerar a seca e a perda permanente de capacidade.

Se a bateria mostrar:

• inchaço do ventre;

• temperatura anormal;

• fugas ou corrosão;

• manchas em torno da área da válvula;

• tensão anormal persistente;

investigar a causa antes de alterar as configurações de carregamento.

A recarga rápida é principalmente sobre a corrente de carga disponível

Para baterias UPS de chumbo-ácido,recarga rápidaé geralmente um termo mais útil do que carregamento rápido.

O tempo de recarga depende principalmente de:

1. Capacidade do carregador UPS;

2. Corrente máxima de carregamento permitida pela bateria;

3. profundidade da descarga anterior;

4. temperatura da bateria;

5. O perfil de carregamento especificado pelo fabricante.

Não existe uma taxa máxima única de C que se aplique a cada bateria VRLA.

Alguns modelos de bateria permitem uma corrente de recarga inicial relativamente alta, enquanto outros usam limites mais baixos.

É por isso que as declarações como:

Todas as baterias UPS devem ser carregadas a 0,1C.

ou:

0.25C é sempre o máximo.

são muito largas.

Utilize a ficha de dados para determinar o modelo exacto da bateria.

Não ignore o carregador do UPS ao adicionar baterias externas

Este ponto é especialmente importante quando um UPS padrão está ligado a um banco de baterias externo muito maior.

O cálculo da bateria pode mostrar que o tempo de reserva exigido é alcançável, mas outra questão permanece:

Quanto tempo o UPS precisará para recarregar as baterias após uma descarga?

Se a resposta for 10, 15 ou mesmo 20 horas, isso pode ser aceitável num local com um abastecimento estável de energia.

Pode não ser aceitável num local onde é provável outra interrupção dentro de algumas horas.

Para os projetos de UPS de longa duração, a capacidade do carregador deve, por conseguinte, ser verificada em conjunto com:

• Classificação do UPS kVA/kW;

• Voltagem da bateria de CC;

• Capacidade Ah da bateria;

• Tempo de reserva exigido;

O comprimento do cabo da bateria e o tamanho do condutor devem também ser verificados, especialmente quando os armários externos da bateria estiverem instalados a vários metros da UPS.

Para o comprimento do cabo, queda de tensão e colocação do gabinete da bateria, verA que distância deve estar um UPS do armário da bateria?.

As baterias de lítio usam uma estratégia de carregamento diferente

Os sistemas de baterias de lítio não devem simplesmente herdar a terminologia do chumbo e do ácido, como o flutuar e igualar a carga.

As baterias de lítio industriais seguem normalmente um perfil de carregamento definido pelo fabricante da bateria e controlado pelo sistema de gestão da bateria.

O BMS monitora tipicamente:

• tensão da célula;

• temperatura da bateria;

• corrente de carregamento;

• estado de carga;

• desequilíbrio celular;

• sobrevoltagem;

• Temperatura elevada.

Para um sistema de bateria UPS de lítio, as questões importantes são:

• O carregador UPS é compatível com a bateria?

• A comunicação entre o UPS e o BMS funciona corretamente?

• A tensão e a corrente de carregamento estão dentro dos limites do fabricante da bateria?

Os parâmetros de carga não devem ser aumentados manualmente para além dos limites definidos pelo fabricante da bateria ou pelo BMS.

Float vs equalize vs fast recharge

Antes de alterar as configurações de carregamento da bateria do UPS

Antes de alterar os parâmetros de flutuação, de impulso ou de recarga, verifique:

• Modelo e tecnologia exatos da bateria;

• a tensão de flutuação especificada pelo fabricante;

• Voltagem de aumento ou de equalização permitida;

• corrente máxima de carregamento;

• Requisito de compensação de temperatura;

• Capacidade do carregador UPS;

• Capacidade Ah do banco de baterias;

• Frequência esperada de interrupções;

• Tempo de recarga disponível;

• temperatura da bateria;

• tensões individuais da bateria.

Não ajuste um parâmetro isoladamente.

Uma maior tensão de carregamento pode reduzir o tempo de recarga, mas também pode aumentar a tensão da bateria.

Um banco de baterias maior pode fornecer um backup mais longo, mas também pode exigir muito mais tempo para recarregar.

A estratégia de carregamento deve corresponder à bateria, ao carregador UPS e às condições reais do local.

Três regras práticas

Utilize a ficha de dados da bateria para a tensão de flutuação.

Não aumente a tensão do flutuador apenas porque uma configuração mais elevada parece carregar a bateria mais completamente.

Não agende a equalização automaticamente, a menos que o fabricante da bateria o recomende.

Uma função de equalização no menu do UPS não significa que cada bateria VRLA exija equalização periódica.

Quando o tempo de recarga é importante, verifique o carregador tão cuidadosamente quanto a capacidade da bateria.

Um grande banco de baterias ligado a um carregador de tamanho reduzido pode fornecer um excelente tempo de backup uma vez totalmente carregado, mas uma recuperação fraca entre as interrupções.

As baterias UPS passam a maior parte de sua vida útil conectadas a um carregador em vez de fornecer a carga.

Isso faz com que a tensão de carregamento, a compensação de temperatura, a corrente de carregamento e o tempo de recarga façam parte da vida útil da bateria, não apenas as configurações de comissionamento.

Escolher a bateria certa é apenas o primeiro passo.

Carregar corretamente é igualmente importante.

Nota técnica

A tensão de carregamento, a corrente de carregamento, a compensação de temperatura, as configurações de equalização ou aumento e os limites de recarga variam de acordo com o design da bateria e a configuração do carregador UPS.

Seguir sempre a documentação técnica mais recente fornecida pelo fabricante da bateria e pelo fabricante da UPS.Os valores discutidos neste artigo são referências gerais de engenharia e não devem substituir as instruções de carregamento específicas do modelo.

Normas internacionais e referências técnicas

As seguintes normas internacionais são relevantes para os sistemas estacionários de baterias UPS:

• Série IEC 60896Baterias de chumbo-ácido estacionárias reguladas por válvulas.

• IEC 62485-2- requisitos de segurança para baterias estacionárias secundárias e instalações de baterias.

• IEEE 1188- manutenção, ensaios e substituição de baterias VRLA estacionárias.

• IEC 62619- requisitos de segurança para células e baterias de lítio secundárias industriais.

Estas normas fornecem orientações técnicas e de segurança gerais. Os parâmetros de carregamento reais devem sempre ser confirmados em relação à documentação atual da bateria e do fabricante da UPS.

Precisas de ajuda para dimensionar um sistema de bateria UPS?

A capacidade Ah da bateria é apenas uma parte do projeto da bateria UPS.

Para projetos que exijam um longo tempo de reserva, ciclos de descarga frequentes ou recuperação rápida após interrupções, a capacidade e o tempo de recarga do carregador devem ser avaliados em conjunto com o banco de baterias.

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