انتخاب بین باتری لیتیوم یون و اسید سرب

هنگام انتخاب یک سیستم UPS برای محافظت از اتاق سرور یا سایر سیستم های کاربردی فناوری اطلاعات (IT)، بین باتری اسید سرب سنتی برای UPS خود و باتری لیتیوم یون کدام یک را انتخاب می کنید؟

در حالی که بسته‌های باتری لیتیوم یون عمر طولانی‌تری دارند، باطری های اسید سرب مقرون‌به‌صرفه‌تر بوده و تا حد زیادی دوست‌دار محیط‌زیست هستند. انتخاب نهایی به فاکتورهای مختلفی مثل هزینه، در دسترس بودن و نیازهای کسب و کار بستگی دارد.

منبع تغذیه بدون وقفه چیست؟

اکثر مردم می دانند که یک سیستم UPS پشتیبان باتری را فراهم می کند، اما تعداد کمی از سه نوع اصلی UPS موجود آگاه هستند. سه نوع منبع تغذیه بدون وقفه عبارتند از:

سیستم های یو پی اس آنلاین

ایمن ترین شکل برق اضطراری را در صورت وجود منبع تغذیه اصلی و هنگام قطع برق ارائه می دهد. در این یو پی اس ها اینورتر به طور مداوم در حال کار است و بار را با استفاده از منبع تغذیه برق یا ژنراتور اصلاح شده یا مجموعه باتری متصل تغذیه می کند.

یک سوئیچ انتقال خودکار (بر اساس رله یا استاتیک) خروجی از اینورتر را نظارت می کند و در صورت فروپاشی موج سینوسی خروجی اینورتر در هنگام اضافه بار UPS، اتصال کوتاه یا وضعیت خطا، به طور خودکار بار را به منبع تغذیه اصلی انتقال می دهد.

خروجی یو پی اس “بدون شکست” با انتقال بدون درز بین منابع برق خروجی یکسو کننده ورودی یا باتری و ظرفیت داخلی سیستم UPS حفظ می شود. اندازه های معمولی از 500 VA تا 1MVA، یو پی اس های تک فاز و سه فاز، یو پی اس های مونوبلاک و ماژولار متغیر است.

از آنجایی که اینورتر UPS برای کار مداوم طراحی شده است، این نوع UPS معمولاً برای زمان‌های کار طولانی با استفاده از بسته‌های الحاقی باتری خارجی متصل یا سیم‌کشی شده استفاده می‌شود.

سیستم‌های UPS تعاملی خطی

مرحله بعدی پایین‌تر در برق اضطراری و معمولی از 300 VA تا 3 کیلو ولت آمپر. دارای یک تنظیم کننده ولتاژ خودکار (AVR) است که بار به آن متصل می شود و شکل موج AC تثبیت شده و فیلتر شده را ارائه می دهد.

باتری توسط یک مدار متصل به AVR ورودی شارژ می شود و یک اینورتر فعال است اما مستقیما بار را تغذیه نمی کند. هنگامی که منبع تغذیه برق از کار می افتد یا خارج از محدوده عملیاتی AVR نوسان می کند، اینورتر «روشن» می شود.

سوئیچینگ در زمان ممکن است از 2 تا 4 میلی ثانیه باشد و شکل موج خروجی اینورتر از اینورتر ممکن است یک موج سینوسی یا در مدل های کم هزینه تر یک موج مربعی (که به عنوان موج سینوسی شبه نامیده می شود) یا موج پله باشد.

اکثر بارهای IT می توانند شکست در منبع تغذیه و شکل موج را به دلیل طراحی منابع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS) خود تحمل کنند که شامل ظرفیت خود می باشد (توانایی ذخیره انرژی برای مدت کوتاهی که در میلی ثانیه اندازه گیری می شود.

اجزای یک منبع تغذیه فناوری اطلاعات در یک UPS تعاملی خطی ممکن است تحت فشار خروجی کمتری نسبه به یک UPS آنلاین باشند، اما ضعف واقعی یک UPS تعاملی خطی، نداشتن بای پس خودکار و ناتوانی در قطع ایمن به شبکه برق در صورت وجود اضافه بار یا خطای UPS است.

برخی از UPS های تعاملی خطی می توانند با استفاده از بسته های باتری پلاگین خارجی زمان پشتیبان گیری طولانی داشته باشند.

سیستم‌های UPS آماده به کار/آفلاین

حفاظت اولیه برق را ارائه می‌کنند و به روشی مشابه یک UPS تعاملی خطی عمل می‌کنند. یک مدار فیلتر تا حدی از تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، گذراها و نوسانات محافظت می کند.

اینورتر آفلاین در زمان قطع برق در زمانی بین 2-4 میلی ثانیه یا بیشتر روشن می شود، شکل موج خروجی یک موج شبه یا مربع است و هیچ بای پس خودکار وجود ندارد. پشتیبان گیری باتری معمولاً به یک باتری داخلی محدود می شود و این نوع UPS معمولاً از 250 VA تا 1 کیلو ولت آمپر در دسترس است.

در یک سیستم یو پی اس معمولی، در صورت قطع برق یا منبع تغذیه ناپایدار از یک باتری ups برای تامین برق پشتیبان استفاده می شود.

باتری‌های اسید سرب برای این نوع کاربردهای برق آماده به کار ایده‌آل هستند و این نوع باتری همان چیزی است که در چندین برنامه آماده به کار دیگر از جمله مجموعه‌های استارت ژنراتور، حریق و پانل‌های هشدار یافت می‌شود. نوع اولیه باتری سرب اسیدی مورد استفاده در یک یو پی اس AGM (حصیر شیشه ای جاذب) است، اما در تاسیسات یو پی اس سه فاز آنلاین بزرگتر، سلول های غرقابی یا مرطوب را نیز می توان یافت.

با توجه به پرکاربرد تر بودن باتری های سرب اسیدی سوالی که پیش می آید این است که لیتیوم یون در کجا قرار می گیرد و مزایای کلیدی آن در مقایسه با اسید سرب AGM یا سلول های مرطوب چیست؟

باتری های پشتیبان لیتیوم یون

باتری‌های لیتیومی از حدود سال 1917 به عنوان یک راه‌حل برق پشتیبان قابل شارژ در حال توسعه بوده‌اند. البته این روند توسعه بسیار طول کشیده تا به مرحله ای برسد که برای استفاده در تکنولوژی های مورد استفاده عامه مردم توجیه اقتصادی داشته باشد.

تنها در دهه‌های اخیر است که این فناوری به نوعی باتری تبدیل شده است که معمولاً در تلفن‌های همراه، تبلت‌ها و سایر محصولاتی که به باتری قابل شارژ نیاز دارند، می‌یابیم.

مزایای کلیدی باتری های لیتیوم یونی نسبت به انواع باتری سرب اسیدی، چگالی انرژی، کمبود حافظه و زمان شارژ مجدد آنهاست.

چگالی انرژی

بر حسب Wh/L (وات ساعت بر لیتر) اندازه گیری می شود. باتری های اسید سرب می توانند حدود 50 تا 90 وات ساعت در لیتر در یک مجموعه باتری در مقایسه با 125 تا 600 وات ساعت در لیتر برای لیتیوم یون بسته بندی کنند.

مقایسه نوع فن‌آوری‌های باتری معمولاً می‌تواند مجموعه‌های اسید سرب را نشان دهد که به حجم (ردپای و ارتفاع) تا 10 برابر بیشتر از یک محلول پشتیبان لیتیوم یونی مشابه نیاز دارند.

اثر حافظه

حافظه باتری زمانی رخ می دهد که باتری به طور مکرر چرخه شود (شارژ و دشارژ شود) قبل از اینکه تمام انرژی ذخیره شده آن آزاد شود. اثر حافظه در ضبط‌های ویدئویی دستی و لپ‌تاپ‌هایی که در دهه‌های 1980 و 1990 از باتری نیکل کادمیوم (NiCad) استفاده می‌کردند، مشکلی اساسی بود.

بی سابقه نبود که باتری به دلیل اثر حافظه به سرعت از بین برود و در نتیجه زمان اجرا مورد انتظار را فراهم نکند. تنها راه حل تخلیه کامل باتری قبل از شارژ و استفاده بعدی بود.

زمان شارژ

شارژ باتری سرب اسیدی یک منحنی غیر خطی است. یک قانون سرانگشتی این است که باتری در عرض 24 ساعت تا 80 درصد شارژ شود، بسته به اندازه شارژر مورد استفاده.

این معمولاً یک شارژر باتری جبران کننده دما خواهد بود که در 20٪ آخرین شارژ مجدد به شارژ قطره ای وارد می شود که می تواند دوباره به شارژ 100٪ برسد. باتری های سرب اسید برای کاربردهای آماده به کار در جایی که به ندرت از UPS استفاده می شود ایده آل هستند.

باتری ها قبل از شارژ شدن به طور جزئی یا کامل تخلیه می شوند. باتری‌های لیتیومی نسبت به چرخه‌های شارژ/دشارژ سریع‌تر تحمل می‌کنند و سریع‌تر شارژ می‌شوند، معمولاً تا 80٪ در عرض 2 ساعت و 100٪ در عرض 4 ساعت یا کمتر.

مجموعه باتری‌های لیتیوم یونی UPS نسبت به مجموعه باتری‌های اسید سرب که به دمای محیطی 20 تا 25 درجه سانتیگراد نیاز دارند، دمای بیشتری را تحمل می‌کنند. به ازای هر 1 درجه سانتیگراد بالاتر از 30، عمر طراحی 5 ساله یا 10 ساله آنها به نصف کاهش می یابد. باتری های لیتیومی می توانند تا دمای 40⁰C کار کنند و طول عمر طراحی 10 تا 15 ساله دارند.

باتری‌های اسید سرب در هنگام شارژ گرمازا هستند و هنگام شارژ شدن گرما از خود خارج می‌کنند زیرا سلول‌ها از واکنش شیمیایی که در داخل آنها جریان دارد گرما تولید می‌کنند.

در یک باتری لیتیوم یونی، خود لیتیوم در هنگام قرار گرفتن در معرض هوا (اکسیژن) بسیار قابل اشتعال است. در حالی که سازندگان وسایل نقلیه به سرعت باتری‌های لیتیومی را برای دور شدن از موتورهای سوخت فسیلی پذیرفته‌اند، اما از مشکل احتمالی فرار حرارتی باتری‌های لیتیوم یون بسیار آگاه هستند.

اگر باتری ترک خورده باشد (در حین تصادف اتومبیل) یا نقص تولیدی داشته باشد که منجر به ایجاد گرما می شود و منجر به باند فرودگاه حرارتی و آتش سوزی احتمالی می شود، آتش می تواند شروع شود. آتشی که به دلیل ماهیت مواد قابل احتراق می تواند روزها طول بکشد تا خاموش و خنک شود.