Výměna baterie v UPS: Moje zkušenost. Výměna olověné baterie za LiFePO4 v Ippon back office 400 / Pouzdra a napájecí zdroj / iXBT Live

Stručně:
Existuje UPS Ippon Back Office 400, je asi 8 let stará a plní svou funkci.
Není touha ztrácet čas rozebíráním, sestavováním a výměnou baterie v něm.
Nalezeno hotové řešení – baterie Lifepo4. Instalováno. Zkontrolováno. Vypočítané výhody.

Jak jsem pochopil z různých fór na téma „Poraďte baterie v UPS, často umírají, už mě nebaví je měnit“, existují různé pohledy na přítomnost baterií s chemií lifepo4 v nepřerušitelném zdroji napájení.
Hlavní teze odpůrců lifepo4 v UPS:
1. Téměř každou chvíli se vznítí. Koukal jsem na video, myslím, že při běžném provozu mi UPS nevzplane (NE moje video s otevíráním baterie lifepo4 na konci příspěvku).
2. Z vyrovnávací paměti bude lifepo4 „umřít“ rychleji než olovo. Člověk má zkušenost, že za 15 měsíců byl pokles kapacity necelých 6% (odkaz na video na konci příspěvku). Extrapolací do budoucnosti dostaneme ztrátu kapacity 48 % za 8 let, neboli – bylo 8 Ah, budou 4 Ah.
3. Drahé. V tomto ohledu si každý dělá závěry sám. Můžete si koupit něco levného, ​​vložit to do UPS, hodit to pod stůl a po 6 měsících žít s vybitou baterií a iluzí, že vše bude fungovat ve správnou chvíli. Neuspěl jsem, zkusil jsem to. Proto jsem zvolil níže popsaný.

Celkově se ukázalo, že jde o dlouhé čtení.

1. Prolog

Bydlím ve vlastním domě na předměstí. Poklesy napětí a periodické nepředvídatelné „propagace“ úplného výpadku proudu jednou za pár týdnů jsou pro mě normou. Bez UPS tedy nelze na počítači normálně pracovat, tvořit, bavit se a dělat vše ostatní. Moje back office UPS dělá svou práci perfektně. Všechno by bylo v pořádku, nebýt jedné věci. Je tu jedna věc – baterie. V posledních letech se baterie staly rychle opotřebitelným a drahým materiálem. Zkoušel jsem baterie různých cenových kategorií: drahá (na olověné) baterie za 2300 rublů 7 Ah (apc) vydržela 1 rok 9 měsíců, levná za 650 rublů (čínské odlehčené SF) asi 6 měsíců, byla tam i Delta DTM, BB Battery, csb. Když vypadne proud, obvykle pokračuji v práci asi 5 minut z UPS, dokončuji, co se dá normálním tempem, a pokud během této doby nejde proud, vypnu počítač. Abych nevyvolával zmatky v komentářích, prosím, abyste nepsali něco jako „ano, vaše UPS k tomu není, ale okamžitě spusťte postup nouzového vypnutí počítače na signál“, nedělám to, protože to opravdu kazí pracovní náladu, zvláště když jste právě vypnuli počítač a v síti se objevila 220, znovu ho zapnete, obnovíte nebo si vzpomenete, kde jste vlak opustili; nebo „kupte si normální 100500-XNUMX W UPS a nestarejte se o to, baterie tam je/jsou obrovská.“ Proč bych si měl kupovat úplně novou UPS, když potřebuji jen normální baterii, a ne jinou UPS se stejnými bateriemi. Jen jsem svůj problém vyřešil jiným způsobem.

2. Výběr baterie

Nápad mě napadl poté, co jsem viděl článek na ixbt o tom, jak člověk instaloval lithiovou baterii do UPS a rozhodl se to zkusit sám.
Počítám maximální proud z baterie. Nejprve charakteristika UPS: 400 VA při 200 W činném výkonu, odříznutí v UPS od přebití je 10,3 V (sám jsem to změřil), dostaneme, že maximální proud při maximálním odběru bude cca 39 A. Spotřebu svého počítače (ryzen 2400g + 22palcový monitor) jsem měřil wattmetrem – cca 150W v plné zátěži s testy, při běžném provozu – 100-110W. Všechny baterie lifepo4 mají jmenovité napětí 12.8V. Počítal jsem a vyšel mi odběr proudu 31A – při plném zatížení počítače.

Hledání nové baterie netrvalo dlouho:
1. Naše online supermarkety s počítačovým vybavením a elektronikou neměly tento typ baterie;
2. Aliexpress – je tam baterie, ale dodání je za měsíc, což je pro mě dlouhé a kvalita výroby závisí na štěstí.
3. Vyrobit si to sám pro mě není dobrá volba. K tomu všemu potřebujete vybavení a spotřební materiál + články lifepo4 + čas. Samozřejmě to bude levnější, pokud máte volný čas, máte dovednosti a vybavení pro „kreativitu“.
4. pouze obchody a internetové obchody v Ruské federaci specializující se na tento typ baterií. Cena baterie je o 20-30% vyšší než u zboží od Ali. Ale je tam záruka od 1 roku do 3 let.
Vybral jsem si možnost 4, protože. Potřebuji to rychle a kdyby se něco stalo, je naděje na záruku.
Baterii jsem sice našel na Aliexpress, ale začal jsem hledat recenze podle značek. Šel jsem tedy na stránky výrobce. Podíval se, co se děje v Ruské federaci. Výrobce je geograficky blízko mě. Výrobce dal kupon na registraci, tak jsem objednával přímo u nich, vyšlo to levněji. Baterie je umístěna jako zdroj energie v UPS systému požární signalizace.

3. Technické vlastnosti baterie Lifepo4

Převzato z webu výrobce akku.pro:
Kapacita baterie – 8 Ah
Napětí, jmenovité – 12,8V
Výbojový proud, jmenovitý – 8A
Vybíjecí proud, maximální (ne více než 60 sekund) — 24 A
Nabíjecí napětí – 14,6V
Nabíjecí proud, jmenovitý – 6A
Nabíjecí proud, maximální – 12A
Vestavěná ochrana (BMS) – přebití, nadměrné vybití, přetížení, balancer článků
Provozní teplota -20… +60 C (nabíjení 0..60C)
Samovybíjení – až 4%/měsíc
Typ koncovky – FASTON – F2 6,35mm
Počet cyklů plného nabití a vybití (DoD 100 %) — >2000 cyklů (viz graf) — zbytková kapacita 80 %
Hmotnost – asi 1 kg.
Sestaveno v Rusku. Existuje prohlášení o shodě. 3 roky záruka od data prodeje. K baterii je pas.
Přijato ruskou poštou. Dobře zabalené.

4. Instalace a testování baterie v UPS

První etapa testy byly provedeny ještě před instalací do UPS.
Po obdržení jsem baterii nabil a vybil 12V lampou z čelovky přes wattmetr. Naměřená kapacita byla 8.14Ah. Poté jsem jej nabíjel z regulovaného zdroje napětím 14.6 V (nabíjecí napětí dle pasu).

Druhá etapa.
UPS Ippon Back Office 400 byla nejprve vybavena 4,5 Ah baterií v plastovém držáku, aby se uvnitř nemotala. Velikost držáku je naprosto stejná jako u 7 Ah baterie. UPS pracuje na bateriové napájení po dobu maximálně 30 minut (časovač, omezený výrobcem), poté se vypne.

Při instalaci 7Ah baterie jsem před mnoha lety upgradoval vnitřky UPS: Použil jsem nůžky na drát, abych odřízl jednu plastovou záslepku, která držela desku UPS na místě, aby se uvolnilo místo pro svorku baterie.
Vložil jsem baterii a připojil přes DC wattmetr.

Pro test byla nejprve k UPS připojena 60W stolní lampa pro kontrolu ohřevu baterie a poté byla připojena 110W páječka. Když jsem zapnul páječku, napětí na baterii kleslo na 12.2 V s proudem 18.6 A.

Po asi 25 minutách se UPS vypnula. Napětí baterie bylo kolem 11.4V. Teplota bateriového pouzdra na vnější straně byla 32 stupňů. Nevím, proč k vypnutí došlo kvůli vestavěnému časovači nebo přehřátí, protože. Teplota radiátorů klíčů UPS byla vysoká, moje ruka to nevydržela. UPS se mi podařilo zapnout až po 8-10 minutách, kdy radiátory vychladly. Poté UPS fungovala ještě asi 10 minut a vypnula se.

Údaje wattmetru – 15.96 Ah, UPS se vypnul, když bylo napětí baterie 10.3 V, po vypnutí – napětí na svorkách baterie vzrostlo na 11.8 V. Máme reálných 7,84 Ah (15,96 Ah – 8,14 Ah).

Třetí etapa. Zkontroloval jsem, jak nabíječka UPS nabíjí baterii. Přepnul jsem wattmetr na nabíjení, zapojil UPS do sítě a nechal přes noc. Wattmetr ukazuje 23,93 Ah, tedy baterie dostala 7,97 Ah (23,93 – 15,96 = 7,97 Ah). Na svorkách bylo 13.4V. Bohužel není fotka. Baterii jsem už normálně zapojil, ale zapomněl jsem vyfotit, tak jsem to změřil multimetrem a konečné hodnoty wattmetru nezahrnují hodnoty napětí na svorkách. Ukázalo se, že UPS nabila baterii a vypnula její nabíjení.

S testem jsem byl spokojen.

5. Existuje nějaký zisk? Moje výpočty

Pro ty, kteří se nechtějí ponořit do zdlouhavých výpočtů, vám hned dám výsledek a tuto část můžete přeskočit.
Za odhadovanou dobu >8 let, v přepočtu na peníze (bez zohlednění případné inflace) mi lifepo4 vyšel přibližně 2x ziskověji oproti Deltě + můj čas ušetřený na nákup a výměnu baterie 6x!

Netvrdím, že metoda výpočtu je správná, jsou to jen mé úvahy a závěry. A stále neexistují žádné běžné, jednoznačné technické údaje od výrobců olověných baterií, téměř všechny údaje jsou přibližné nebo z grafů. Ale zkusil jsem zaokrouhlit nahoru pro olovo a dolů pro lifepo. Jen jsem se za sebe rozhodl, že bude jednodušší a z logického hlediska správnější porovnávat a počítat takto.

Spočítejme si náklady na ampérhodinu olověných a lifepo4 baterií. Neberme si evidentní škváru v podobě levných padělků od čínských výrobců baterií a inovátorů, kteří do baterie dávají sklo nebo pěnu. Vezměme si Delta a CSB. Zaokrouhlil výpočty nahoru.

CSB GP 1272. https://csb-battery.ru/catalog/gp/gp-1272
Cena 1990kč. Charakteristika – při vybíjení proudem 18,6 A se baterie vybije na 1.8 V na článek za 10 minut, článků je 6, napětí baterie po tomto bude 10,8 V. Vypočítáme A*h 18,6*10/60= 3,1 A*h. Zaokrouhlíme to optimisticky na 3,5 A*h.
Cena 1 A*h = 1990 / 3,5 = 568,57r

Delta DTM 1207. https://www.delta-battery.ru/catalog/dtm/delta-dtm-1207/
Cena 1500kč.

S ním je to trochu složitější, protože proudem 18.4A za 10 minut se baterie vybije na 1.6V na článek (až 9,6V na svorkách). Charakteristiku vybíjení baterie proto pro jednoduchost uvedu jako lineární. Plně nabitý článek 2,46V (14,8V na svorkách) se vybije na 1,6V za 10 minut, tzn. při 0,86 V za 1 minutu. Za 9 minut se vybije na 1,686 V (zaokrouhleno na 1,7 V) na článek nebo 10,2 V na svorkách baterie.
Dostávám: napětí po vybití proudem 18,4 A po 9 minutách bude 1,7 V * 6 = 10,2 V. Vypočítáme A*h: 18,4 * 9/60 = 2,8 A*h (zaokrouhleno nahoru).
Cena 1 A*h = 1500/2,8 = 535,71r
Vidíme, že v mém provozním režimu UPS dokážeme z výše zmíněných nových baterií „vymáčknout“ 2,8 Ah a 3,5 Ah (podle výrobce)!

Lifepo4 akku.pro 1207 (8Ah) https://akku.pro/akkumuljatori-dlja-ibp/akkumuljator-dlja-ibp-12v-lifepo4-8ach—1207-.html
Koupil jsem to za 4860 rublů s doručením na ruskou poštu.
Na základě výsledků mých testů mi vyšlo 7,84 Ah, zaokrouhleme to na 7,8 Ah s přihlédnutím k možné chybě zařízení. Dostaneme: cena 1 A*h = 4860r/7,8= 631,17r

Což je asi o 11 % dražší než 1 Ah CSB a o 18 % dražší než 1 Ah Delta za podobných provozních podmínek.

Nyní počítám počet cyklů na základě údajů výrobce.
Údaje jsem převzal od výrobce Delta (u CSB budou charakteristiky přibližně stejné).

Výrobci baterií AGM nepovolují vybíjení baterií pod 9,6V. Pokud nemůžete baterii nabít po hlubokém vybití, nejedná se o záruční případ! Odkaz na záruku Delta str.7
Počítám hloubku vybití: vezměme 14,8V – 100% nabití a 9,6V – 0%, pak 10,5V – 18% nabití nebo hloubku vybití 82%, zaokrouhleno na 80%. Podle harmonogramu se jedná o cca 300 cyklů, po kterých zůstane 60 % kapacity (1,66 Ah pro Delta a 2,1 Ah pro CSB). I když je nepravděpodobné, že by vydržely tolik cyklů při konstantní zátěži 18A uvnitř mé UPS.

Koukám na Lifepo4: 2000 cyklů při 100% vybití jmenovitým proudem 8A, pokles kapacity o 20%, tzn. 6,2Ah zůstane.

Na základě zkušeností ve videu (na konci článku), že lifepo4 ročně ztratí 6 % kapacity a že díky vybíjení se zátěží 18A klesne dodávaná kapacita ne na 6 Ah, ale mnohem/mnohem/mnohem více, například na 3 Ah.
Jak dlouho mi baterie vydrží?
Průměrná zátěž 110W (nebo 220W s přihlédnutím k účinnosti UPS) nebo 18,4 A. Výpočtový vzorec: (60 min * kapacita baterie)/18,4.
Delta DTM 1207
Nový 60*2,8/18,4= 9 min
Po 300 cyklech 60*1,66/18,4 = 5 min.
Ve skutečnosti mi Delta DTM 1207 v UPS vydržela asi 1 rok a 4 měsíce, žádných 300 cyklů.
CSB GP 1272
Nový 60*3,5/18,4=11 min 30 sec
Po 300 cyklech 60*2,1/18,4= 6 min 50 s.
akku.pro lifepo4
Nový 60*7,84/18,4= 25 min 30 sec
Po 2000 cyklech 60*3/18,4= 9 min 40 sec.
2000/300= 6,67krát delší.
Předpokládám, že baterie lifepo4 akku.pro 1207 8Ah, kterou jsem si koupil, bude schopna vydržet 6x déle než delta nebo cca 8 let a zároveň si zachová schopnost držet systém cca 9 minut (jako nová DELTA).
Převádíme to na peníze, aniž bychom vzali v úvahu inflaci a náklady na čas strávený nákupem a výměnou, pokud bych kupoval Deltas – 6 * 1500 rublů = 9000 rublů a více, protože akku.pro bude i poté pokračovat v podpoře mé UPS.

Pro zájemce je zde velké srovnání baterií pro 7 Ah UPS s pouze 9 A zátěží.

6. Závěry a výsledky

Zakoupená baterie splňuje parametry deklarované vlastnosti: napětí, výstupní proud, kapacita. Nemám zatím žádné výsledky ohledně počtu cyklů a výdrže, ale věřím tomu. Soudě podle zkušeností s používáním lithiových (lifepo4) baterií v elektrické dopravě by mělo být vše v pořádku. Baterie tohoto typu vydrží 2000 a více cyklů v poměrně vytížených režimech (informace ze známého fóra o elektrické dopravě).
Proudové omezení 30A, pokud je vypočteno podle jmenovitého napětí 12.8V, je zřejmé, že tato verze baterie se vejde do UPS s plným výkonem 380VA a méně a je lepší nepřekračovat zátěž 300VA. Pokud je překročen odběrový proud baterie, spustí se proudová ochrana a UPS se vypne. Takové baterie je možné instalovat paralelně. V případě potřeby jsou v této velikosti modely s vyšším prahem ochrany a/nebo vyšší kapacitou (12 Ah). Stojí za to se na ně podívat blíže.

Přestavba UPS na lithium (ačkoli to lze jen stěží nazvat konverzí) byla rychlá a snadná. Baterii jsem vložil na standardní místo v UPS, určené pro provoz od 12V, a je to. Celkově je to pro své účely vynikající položka. doporučuji to.

Nuance s touto baterií.
UPS neví, kolik energie zbývá v baterii kvůli relativně ploché vybíjecí křivce. Chyba v určení může dosáhnout 30-40 %, protože při napětí článku 3,2 V (při nečinnosti) lze baterii nabít na 40 % nebo 70 %. Proto se zaměřuji na výdrž baterie, která je pro mě více než dostatečná.
Problémy se sériovým připojením: Baterie s vestavěnou ochranou nelze zapojit do série, proto tento model baterie není vhodný pro UPS pracující na 24V a více.
Mám v plánu předělat další UPS, ippon smart winner 1200, na lithiové, kde jsou 4 baterie sestavené do 48V baterie. Existuje již dlouhou dobu a používá se pro nouzové napájení plynového kotle. Na to jsem se zeptal výrobce a dostal jsem odpověď, že oni, cituji, „…mají jiný model pro takové účely. Uveďte potřebné parametry, jako je maximální a minimální napětí, maximální proud, typ baterie (uzavřená, neutěsněná) a velikost svorek. Určitě se vám pokusíme pomoci,“ ačkoli na jejich webu o tom nejsou žádné informace. Pokud to půjde, pokusím se materiál napsat. Také plánuji vyměnit baterii za lithiovou v UPS-20 (nepřerušitelný zdroj napájení) v mém domácím video monitorovacím systému (4 kamery a záznamník). Tady ale žádné komplikace nejsou, jen kupuji stejný jako v článku a měním.

Odkaz na baterii Lifepo4 pro UPS akku.pro 12v 8Ah

Samozřejmě pro pokročilejší UPS, které pečlivě sledují baterie, pravidelně je školí a dělají něco jiného, ​​může být tato možnost přehnaná. Ale pro jednoduché UPS, jako je můj Ippon, které musí tiše ležet pod stolem, napájet stolní počítač s jednoduchými vnitřnostmi, neobtěžovat majitele a v případě potřeby se zapínat, aby podporovaly kancelářský desktop po dostatečnou dobu, je to funkční možnost s právem na existenci.

Malé video o bateriích Lifepo4.
Odkaz na video ukazující, že lifepo4 nehoří prudkým plamenem.
Video o 6% ztrátě kapacity za 15 měsíců v UPS.