Pin sạc UPS, cân bằng và sạc nhanh: Khi nào sử dụng từng chế độ

Một bộ pin UPS gần đây đã được đánh giá để thay thế chỉ sau ba năm sử dụng.

Nghi ngờ đầu tiên là chất lượng pin. Nhưng lịch sử sạc cho thấy một nguyên nhân khả dĩ khác: UPS đã được cấu hình để chạy sạc cân bằng thường xuyên ở điện áp cao.

Đối với pin VRLA chủ yếu dùng cho dịch vụ dự phòng, việc sạc điện áp cao lặp đi lặp lại có thể làm tăng quá trình sinh khí, mất nước và nhiệt độ pin nếu vượt quá hồ sơ sạc được nhà sản xuất pin khuyến nghị.

Tuổi thọ pin phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn bản thân pin. Cài đặt bộ sạc, nhiệt độ và thời gian sạc lại đều quan trọng.

Sạc nổi, sạc cân bằng hoặc sạc tăng cường và sạc nhanh phục vụ các mục đích khác nhau. Chúng không nên được coi là các chế độ sạc có thể thay thế cho nhau.

Những điểm chính cần rút ra

• Sạc nổi là chế độ chờ thông thường cho hầu hết các hệ thống pin UPS VRLA.

• Sạc cân bằng hoặc sạc tăng cường chỉ nên được sử dụng khi nhà sản xuất pin cho phép.

• Sạc nhanh bị giới hạn bởi cả dòng sạc cho phép của pin và dung lượng của bộ sạc UPS.

• Dung lượng pin, dòng sạc và thời gian sạc lại có sẵn nên được đánh giá cùng nhau.

• Các thông số sạc luôn phải dựa trên dữ liệu kỹ thuật của mẫu pin cụ thể.

Sạc nổi là chế độ chờ thông thường của UPS

Đối với hầu hết các bộ pin VRLA được kết nối với UPS trực tuyến, sạc nổi là điều kiện hoạt động thông thường.

Khi có điện lưới, bộ sạc UPS duy trì pin ở điện áp không đổi được kiểm soát. Khi pin gần đầy, dòng sạc giảm xuống mức thấp và pin sẵn sàng cho lần mất điện tiếp theo.

Đối với nhiều pin VRLA cố định, điện áp sạc nổi được khuyến nghị ở khoảng 25°C là khoảng:

2,25–2,30 V mỗi cell

Đối với pin 12 V có sáu cell, điều này tương ứng khoảng:

13,5–13,8 V mỗi pin

Đây là một phạm vi điển hình, không phải là cài đặt nên áp dụng cho mọi pin.

Thiết kế AGM, GEL, TPPL và các thiết kế VRLA khác có thể có yêu cầu sạc khác nhau. Điện áp sạc nổi chính xác luôn phải đến từ tài liệu kỹ thuật của mẫu pin cụ thể.

Sai số nhỏ về điện áp sạc nổi trở nên quan trọng theo thời gian

Pin UPS có thể ở chế độ sạc nổi trong nhiều năm, vì vậy ngay cả sai số sạc nhỏ cũng có thể có tác động lâu dài.

Nếu điện áp sạc nổi quá thấp, pin có thể vẫn còn sạc một phần. Việc sạc không đủ kéo dài có thể góp phần gây ra hiện tượng sunfat hóa và giảm dung lượng khả dụng.

Nếu điện áp sạc nổi quá cao, pin sẽ liên tục bị sạc quá mức. Điều này có thể làm tăng quá trình sinh khí, mất nước, ăn mòn lưới và nhiệt độ hoạt động.

UPS có thể không hiển thị cảnh báo ngay lập tức trong khi tuổi thọ pin đang dần bị giảm.

Đối với dịch vụ chờ đợi lâu dài, điện áp sạc nổi chính xác quan trọng hơn việc sạc mạnh mẽ.

Cần kiểm tra bù nhiệt độ

Điện áp sạc axit-chì thay đổi theo nhiệt độ.

Khi nhiệt độ pin tăng, điện áp sạc được khuyến nghị thường giảm. Ở nhiệt độ thấp hơn, có thể cần điện áp cao hơn một chút.

Nhiều pin VRLA cố định sử dụng giá trị bù nhiệt độ âm vài millivolt mỗi độ C mỗi cell, nhưng hệ số chính xác phụ thuộc vào thiết kế pin.

Nếu UPS hỗ trợ sạc bù nhiệt độ, hãy kiểm tra xem:

• cảm biến nhiệt độ pin đã được lắp đặt đúng cách chưa;

• bù nhiệt độ đã được bật ở nơi cần thiết chưa;

• nhiệt độ tham chiếu có khớp với hướng dẫn của nhà sản xuất pin không.

Một bộ pin hoạt động liên tục ở 30°C không nên tự động sử dụng cùng một điện áp sạc với bộ pin hoạt động ở 20°C hoặc 25°C.

Sạc cân bằng không phải là bảo trì định kỳ cho mọi pin VRLA

Cân bằng thường liên quan đến pin axit-chì, nhưng thuật ngữ này có thể gây hiểu lầm trong các ứng dụng UPS.

Pin axit-chì thông gió truyền thống có thể sử dụng cân bằng định kỳ để giảm sự khác biệt về trạng thái sạc giữa các cell.

Pin VRLA yêu cầu sự cẩn trọng hơn.

Tùy thuộc vào nhà sản xuất, giai đoạn sạc điện áp cao tạm thời có thể được mô tả là:

• sạc cân bằng;

• sạc tăng cường;

• sạc phục hồi;

• sạc lắp đặt.

Các thuật ngữ này không phải lúc nào cũng có thể thay thế cho nhau.

Một số nhà sản xuất VRLA cung cấp quy trình cân bằng cụ thể. Một số khác hạn chế việc sử dụng hoặc chỉ định phương pháp sạc tăng cường khác.

Sự hiện diện của tùy chọn Sạc cân bằng trong menu UPS không có nghĩa là nó nên chạy tự động hàng tháng.

Sách hướng dẫn sử dụng pin nên quyết định điều đó.

Khi nào điện áp sạc lại cao hơn có thể phù hợp?

Một tình huống là sau khi xả sâu.

Pin đã xả nên được sạc lại càng sớm càng tốt. Một số nhà sản xuất pin cho phép điện áp sạc hoặc dòng sạc cao tạm thời để giảm thời gian phục hồi.

Điểm quan trọng là điều này là tạm thời.

Sau khi đạt được điều kiện sạc lại cần thiết, bộ sạc phải quay trở lại mức sạc chờ thông thường do nhà sản xuất pin chỉ định.

Một tình huống khác là sạc lại không đầy đủ lặp đi lặp lại.

Điều này phổ biến ở những nơi có nguồn điện không ổn định.

Chu kỳ hoạt động có thể trông như thế này:

Mất điện → pin xả → điện lưới trở lại → sạc một phần → mất điện khác

Nếu lần mất điện tiếp theo xảy ra trước khi pin phục hồi, thời gian dự phòng khả dụng sẽ ngắn hơn.

Khi điều này xảy ra lặp đi lặp lại, bộ pin có thể dành phần lớn tuổi thọ của nó dưới trạng thái sạc đầy.

Trước khi tăng điện áp sạc, hãy kiểm tra thiết kế hệ thống trước.

Dung lượng pin không tự quyết định thời gian sạc lại

Đây là một trong những điểm bị bỏ qua nhiều nhất trong việc định cỡ pin UPS.

Bộ pin lớn hơn cung cấp nhiều năng lượng lưu trữ hơn, nhưng nó cũng yêu cầu nhiều thời gian hơn hoặc nhiều dòng sạc hơn để phục hồi sau khi xả.

Ba yếu tố cần được xem xét cùng nhau:

Dung lượng pin + dung lượng bộ sạc + cửa sổ sạc lại có sẵn

Hãy xem xét một ví dụ đơn giản.

Nếu pin 100 Ah cho phép dòng sạc lại tối đa là 0,2C, thì dòng tương ứng sẽ là:

100 Ah × 0,2 = 20 A

Nhưng nếu bộ sạc UPS chỉ có thể cung cấp 10 A, thì bộ pin sẽ không sạc ở mức 20 A.

Bộ sạc trở thành yếu tố giới hạn.

Điều này đặc biệt quan trọng khi thêm một bộ pin ngoài lớn để kéo dài thời gian dự phòng của UPS.

Thêm nhiều pin làm tăng thời gian chạy, nhưng nó không tự động tăng dung lượng sạc.

Do đó, một hệ thống được thiết kế cho vài giờ dự phòng có thể yêu cầu bộ sạc có dung lượng cao hơn hoặc các mô-đun sạc bổ sung nếu cần phục hồi nhanh chóng.

Để định cỡ bộ pin trước khi kiểm tra thời gian sạc lại, hãy xem Hướng dẫn định cỡ pin UPS.

Mất điện thường xuyên làm cho thời gian sạc lại trở thành một phần của thiết kế UPS

Tại các địa điểm có lưới điện không ổn định, khả năng sạc lại nên được xem xét trong quá trình lựa chọn UPS, không phải sau khi lắp đặt.

Giả sử một bộ pin được thiết kế cho thời gian dự phòng dài, nhưng địa điểm đó trải qua nhiều lần mất điện mỗi ngày.

Sau lần xả đầu tiên, UPS có thể chỉ có vài giờ để sạc lại trước lần gián đoạn tiếp theo.

Nếu bộ sạc không thể phục hồi đủ dung lượng trong khoảng thời gian đó, mỗi lần mất điện tiếp theo sẽ bắt đầu với ít năng lượng lưu trữ hơn.

Do đó, bộ pin có thể được định cỡ đúng cho thời gian chạy nhưng không phù hợp với môi trường hoạt động thực tế.

Đối với các địa điểm có mất điện thường xuyên, hãy kiểm tra:

• độ sâu xả dự kiến;

• số lần mất điện mỗi ngày;

• dung lượng pin;

• dòng sạc UPS;

• thời gian sạc lại có sẵn;

• lịch trình hoạt động máy phát điện, nếu có.

Điều này thường hữu ích hơn là chỉ đơn giản tăng dung lượng pin Ah.

Để biết thêm về dung lượng UPS, thời gian chạy và cấu hình pin, hãy xem Hướng dẫn định cỡ UPS.

Cân bằng không thể sửa chữa pin bị lỗi

Nếu một pin trong chuỗi nối tiếp hiển thị điện áp bất thường, việc áp dụng điện áp sạc cao hơn cho toàn bộ chuỗi không nên là phản ứng đầu tiên.

Hãy kiểm tra tình trạng pin trước.

Các phép đo hữu ích bao gồm:

• điện áp từng pin;

• điện trở hoặc độ dẫn bên trong;

• điện trở kết nối;

• nhiệt độ pin;

• dung lượng xả;

• phồng rộp, rò rỉ hoặc ăn mòn nhìn thấy được.

Một pin bị mất dung lượng đáng kể, hư hỏng bên trong, khô kiệt quá mức hoặc nóng bất thường thường không thể phục hồi chỉ bằng cách tăng điện áp sạc.

Cân bằng là một quy trình sạc, không phải là phương pháp sửa chữa.

Để biết thêm về dây nối chuỗi pin và giám sát, hãy xem Điểm giữa pin UPS: chức năng, khi nào cần và cách kết nối.

Tại sao sạc quá mức lại là mối quan tâm đối với pin VRLA

Pin VRLA được thiết kế để tái tổ hợp phần lớn khí sinh ra trong quá trình sạc thông thường.

Khả năng tái tổ hợp đó có giới hạn.

Điện áp sạc, dòng sạc hoặc nhiệt độ quá mức có thể làm tăng quá trình sinh khí nhanh hơn khả năng tái tổ hợp của pin.

Sau đó, áp suất bên trong tăng lên và van giảm áp có thể hoạt động.

Một khi độ ẩm bị mất khỏi pin VRLA kín, nó thường không thể phục hồi theo cách tương tự như chất điện phân có thể được bảo dưỡng trong pin thông gió thông thường.

Do đó, việc sạc quá mức lặp đi lặp lại có thể đẩy nhanh quá trình khô kiệt và mất dung lượng vĩnh viễn.

Nếu pin hiển thị:

• vỏ bị phồng;

• nhiệt độ bất thường;

• rò rỉ hoặc ăn mòn;

• vết ố xung quanh khu vực van;

• điện áp bất thường dai dẳng;

hãy điều tra nguyên nhân trước khi thay đổi cài đặt sạc.

Sạc nhanh chủ yếu liên quan đến dòng sạc có sẵn

Đối với pin UPS axit-chì, sạc nhanh thường là một thuật ngữ hữu ích hơn sạc nhanh.

Thời gian sạc lại chủ yếu phụ thuộc vào:

1. dung lượng bộ sạc UPS;

2. dòng sạc tối đa cho phép của pin;

3. độ sâu của lần xả trước đó;

4. nhiệt độ pin;

5. hồ sơ sạc do nhà sản xuất chỉ định.

Không có một tỷ lệ C tối đa duy nhất áp dụng cho mọi pin VRLA.

Một số mẫu pin cho phép dòng sạc ban đầu tương đối cao, trong khi những mẫu khác sử dụng giới hạn thấp hơn.

Đây là lý do tại sao các tuyên bố như:

Tất cả pin UPS nên được sạc ở mức 0,1C.

hoặc:

0,25C luôn là tối đa.

quá rộng.

Sử dụng bảng dữ liệu cho mẫu pin chính xác.

Không bỏ qua bộ sạc UPS khi thêm pin ngoài

Điểm này đặc biệt quan trọng khi một UPS tiêu chuẩn được kết nối với một bộ pin ngoài lớn hơn nhiều.

Tính toán pin có thể cho thấy thời gian dự phòng cần thiết có thể đạt được, nhưng một câu hỏi khác vẫn còn:

UPS sẽ cần bao lâu để sạc lại pin sau khi xả?

Nếu câu trả lời là 10, 15 hoặc thậm chí 20 giờ, điều đó có thể chấp nhận được ở một địa điểm có nguồn điện lưới ổn định.

Nó có thể không chấp nhận được ở một địa điểm mà một lần mất điện khác có khả năng xảy ra trong vòng vài giờ.

Do đó, đối với các dự án UPS thời gian chạy dài, dung lượng bộ sạc nên được kiểm tra cùng với:

• Xếp hạng kVA/kW của UPS;

• điện áp pin DC;

• dung lượng pin Ah;

• thời gian dự phòng cần thiết;

Chiều dài cáp pin và kích thước dây dẫn cũng nên được kiểm tra, đặc biệt là khi các tủ pin ngoài được lắp đặt cách UPS vài mét.

Đối với chiều dài cáp, sụt áp và vị trí tủ pin, hãy xem UPS nên cách tủ pin bao xa?.

Pin Lithium sử dụng chiến lược sạc khác

Hệ thống pin Lithium không nên chỉ kế thừa thuật ngữ axit-chì như sạc nổi và sạc cân bằng.

Pin Lithium công nghiệp thường tuân theo hồ sơ sạc do nhà sản xuất pin xác định và được kiểm soát bởi hệ thống quản lý pin.

BMS thường giám sát:

• điện áp cell;

• nhiệt độ pin;

• dòng sạc;

• trạng thái sạc;

• mất cân bằng cell;

• quá áp;

• quá nhiệt.

Đối với hệ thống pin UPS Lithium, các câu hỏi quan trọng là:

• Bộ sạc UPS có tương thích với pin không?

• Giao tiếp giữa UPS và BMS có hoạt động chính xác không?

• Điện áp và dòng sạc có nằm trong giới hạn của nhà sản xuất pin không?

Các thông số sạc không nên được tăng thủ công vượt quá giới hạn do nhà sản xuất pin hoặc BMS xác định.

Sạc nổi so với sạc cân bằng so với sạc nhanh

Trước khi thay đổi cài đặt sạc pin UPS

Trước khi thay đổi các thông số sạc nổi, tăng cường hoặc sạc lại, hãy kiểm tra:

• mẫu pin và công nghệ chính xác;

• điện áp sạc nổi do nhà sản xuất chỉ định;

• điện áp tăng cường hoặc cân bằng cho phép;

• dòng sạc tối đa;

• yêu cầu bù nhiệt độ;

• dung lượng bộ sạc UPS;

• dung lượng bộ pin Ah;

• tần suất mất điện dự kiến;

• thời gian sạc lại có sẵn;

• nhiệt độ pin;

• điện áp từng pin.

Không điều chỉnh một tham số riêng lẻ.

Điện áp sạc cao hơn có thể giảm thời gian sạc lại, nhưng nó cũng có thể làm tăng áp lực cho pin.

Bộ pin lớn hơn có thể cung cấp thời gian dự phòng dài hơn, nhưng nó cũng có thể yêu cầu thời gian sạc lại lâu hơn nhiều.

Chiến lược sạc phải phù hợp với pin, bộ sạc UPS và điều kiện địa điểm thực tế.

Ba quy tắc thực tế

Sử dụng bảng dữ liệu pin cho điện áp sạc nổi.

Không tăng điện áp sạc nổi chỉ vì cài đặt cao hơn dường như sạc pin hoàn chỉnh hơn.

Không lên lịch cân bằng tự động trừ khi nhà sản xuất pin khuyến nghị.

Chức năng cân bằng trong menu UPS không có nghĩa là mọi pin VRLA đều yêu cầu cân bằng định kỳ.

Khi thời gian sạc lại quan trọng, hãy kiểm tra bộ sạc cẩn thận như dung lượng pin.

Một bộ pin lớn được kết nối với bộ sạc có dung lượng thấp có thể cung cấp thời gian dự phòng tuyệt vời sau khi được sạc đầy nhưng phục hồi kém giữa các lần mất điện.

Pin UPS dành phần lớn thời gian hoạt động được kết nối với bộ sạc thay vì cung cấp tải.

Điều đó làm cho điện áp sạc, bù nhiệt độ, dòng sạc và thời gian sạc lại trở thành một phần của tuổi thọ pin—không chỉ là cài đặt ban đầu.

Chọn đúng pin chỉ là bước đầu tiên.

Sạc nó đúng cách cũng quan trọng không kém.

Ghi chú kỹ thuật

Điện áp sạc, dòng sạc, bù nhiệt độ, cài đặt cân bằng hoặc tăng cường và giới hạn sạc lại khác nhau tùy thuộc vào thiết kế pin và cấu hình bộ sạc UPS.

Luôn tuân theo tài liệu kỹ thuật mới nhất do nhà sản xuất pin và nhà sản xuất UPS cung cấp. Các giá trị được thảo luận trong bài viết này là tài liệu tham khảo kỹ thuật chung và không nên thay thế các hướng dẫn sạc cụ thể cho từng mẫu.

Tiêu chuẩn quốc tế và tài liệu tham khảo kỹ thuật

Các tiêu chuẩn quốc tế sau đây có liên quan đến hệ thống pin UPS cố định:

• Chuỗi IEC 60896 — Pin axit-chì kín khí van điều chỉnh cố định.

• IEC 62485-2 — Yêu cầu an toàn cho pin thứ cấp cố định và lắp đặt pin.

• IEEE 1188 — Bảo trì, kiểm tra và thay thế pin VRLA cố định.

• IEC 62619 — Yêu cầu an toàn cho pin và cell lithium thứ cấp công nghiệp.

Các tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn kỹ thuật và an toàn chung. Các thông số sạc thực tế luôn phải được xác nhận với tài liệu của nhà sản xuất pin và UPS hiện tại.

Cần trợ giúp định cỡ hệ thống pin UPS?

Dung lượng pin Ah chỉ là một phần của thiết kế pin UPS.

Đối với các dự án yêu cầu thời gian dự phòng dài, chu kỳ xả thường xuyên hoặc phục hồi nhanh sau mất điện, dung lượng bộ sạc và thời gian sạc lại nên được đánh giá cùng với bộ pin.

TAFENG có thể giúp cấu hình hệ thống UPS và pin cho thiết bị y tế, tải công nghiệp, trung tâm dữ liệu và các địa điểm có nguồn điện lưới không ổn định.

Khám phá các dòng UPS Tần số thấp và UPS Tần số cao của chúng tôi cho các hệ thống có cấu hình pin ngoài và yêu cầu dự phòng theo dự án cụ thể.