باتری های یو پی اس ( UPS )
Ups که مخفف عبارت Uninterruptible Power Supply می باشد در معادل فارسی خود به معنی منبع تغذیه بدون توقف است و دستگاهی است که به منظور تامین جریان الکتریکی ثابت برای تجهیزات برقی به کار گرفته می شود. کاربرد آن در محافظت از تجهیزات مخابراتی، مرکز داده و سایر تجهیزات الکتریکی است. این دستگاه از اجزایی مانند باتری، مبدل جریان متناوب به جریان مستقیم، مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب، اینورتر، شارژر و یکسو کننده شارژ تشکیل شده است که در این مطلب باتری یو پی اس برای شما بررسی می شود. وظیفه باتری یو پی اس ذخیره کردن برق است تا در صورت قطع شدن جریان برق، بتواند نیروی تجهیزات را تامین کند.
هنگام قطع برق بسیاری از ادارات و سازمان ها که وظایف حیاتی دارند و همچنین افرادی که برای شغل خود احتیاج به استفاده از تجهیزات برقی دارند از جمله کسب و کار های آنلاین با مشکلات جدی مواجه می شوند. در این شرایط اگر از باتری های یو پی اس استفاده شود می توان از خسارت های قطع برق جلوگیری نمود.
انواع باتری های یو پی اس
بی شک مهمترین قسمت دستگاه یو پی اس باتری آن است به گونه ای که می توان گفت کیفیت عملکرد دستگاه یو پی اس در شرایط مختلف تا حد زیادی به کیفیت و نوع باتری آن بستگی دارد. برای استفاده بهینه از دستگاه یو پی اس نباید فراموش کنید که از یک باتری مناسب برای این دستگاه استفاده کنید. باتری هایی که می توانید در این دستگاه استفاده کنید شامل انواع زیر می باشند :
هرکدام از این باتری ها نقاط ضعف و قوت نسبی دارند برای مثال عواملی مانند توان ذخیره سازی، مواد تشکیل دهنده، عمر و ماندگاری در هرکدام از انواع بالا متفاوت و خاص است و شما باتوجه به شرایط خاص خود و نوع احتیاجی که دارید می بایست یکی را انتخاب کنید. معمولا این باتری ها در ظرفیت های 6 و12 ولت ساخته می شوند و برای مثال اگر قصد استفاده از این دستگاه برای مصارف اداری کوچک یا خانگی دارید می توانید از باتری یو پی اس های 6 ولتی استفاده کنید یا اگر کاربری های وسیع تر مورد نیاز شما است مثل کارخانجات، باتری های 12ولتی یو پی اس گزینه مناسبی برای شماست.
باتری یو پی اس اسید سرب
نحوه عملکرد این نوع به این گونه است که در حین شارژ یا دشارژ شدن آن، مواد شیمیایی واکنش گرا تحت تاثیر قرار می گیرند و با گذشت زمان، بار ذخیره شده در مواد شیمیایی سطح مشترک یا همان بار رابط در سراسر این ماده پخش می شود. باتری سرب اسید خاصیت خود تخلیه کنی دارد، یعنی حتی اگر از این باتری استفاده هم نشود، ظرفیت آن کاهش پیدا می کند. دراین باتری، سرب اسید ذخیره می شود و الکترود ها شامل شبکه هایی از سرب حاوی اکسید های سرب هستند. وزن زیادی نسبت به انواع دیگر دارد و دارای امپدانس داخلی کم و تحمل زیاد است و در انواع مختلفی ساخته می شوند که با یک نوع آشنا می شویم :
باتری اسید سرب تنظیم شده VRLA
این نوع دارای یک محفظه پلاستیکی است که از ماده پلی پروپیلن ساخته شده است و نشت اسید ندارد حتی اگر وارونه شود نیز، این اتفاق نمی افتد. همچنین یک شیر مخصوص تعبیه شده است تا فشار گاز داخل باتری را کنترل کند. درصورت زیاد شدن فشار گاز، این شیر باز شده و اجازه خروج هوای اضافی را می دهد. هنگام شارژ شدن باتری سرب اسید، معمولا گاز هیدروژن آزاد می شود و اگر محفظه تهویه هوا نیز در نظر گرفته شده باشد، هیدروژن وارد جو می شود. اما در باتری لیتیوم یونی گاز هیدروژن دوباره با اکسیژن ترکیب شده و درنتیجه میزان آب اتلافی در باتری لیتیوم یونی کمتر خواهد شد. اگر شرایط عادی باشد با تقریب خوبی می توان گفت که تمام اکسیژن و هیدروژن مجددا با یکدیگر ترکیب می شوند و هنگامی که فشار از حد استاندارد بیشتر شود دریچه های مخصوص گاز اضافی را به محیط بیرون هدایت می کنند.
در این نوع از باتری ها اکسیژن از صفحه مثبت به سمت صفحه منفی حرکت می کند و این باعث می شود که آب ایجاد شود. از لحاظ سرعت حرکت اکسیژن این نوع باتری از سایر انواع باتری های یو پی اس متمایز می شود و به نام SLA نیز شناخته می شود. عمر مفید آن بین 5 تا 10 سال است و برای اینکه ماندگاری آن را افزایش دهید باید یک محیط خشک و قابل کنترل را برای نگهداری آن فراهم کنید که دمای آن هم بین 20 الی 25 درجه سانتیگراد باشد.
از لحاظ امکان نصب به شکل عمودی یا افقی هیچ محدودیت ندارد و به همین خاطر می شود آن ها را در سینی های رک مانت یا کابینت های خارجی نیز استفاده نمود. باتری های VRLA داخل خود الکترولیت مخصوصی دارد که ممکن است از نوع AGM یا ژل باشد. اگر نوع الکترولیت ای جی ام باشد شیشه ای از جنس میکروفیبر برای نگهداری الکترولیت استفاده می شود همچنین با ترکیب اسید سولفوریک و سیلیس الکترولیت ژل ساخته می شود. در بین باتری های اسید سرب، نوع AGM به دلیل مقاومت داخلی کمتر و نرخ شارژ یا دشارژ بالاتر استفاده بیشتری دارد.
البته باتری اسید سربی که داخل آن از ژل پر شده باشد دارای مقاومت داخلی بیشتری است که باعث می شود تخلیه سریعتر انجام شود. علاوه برآن گستره دمای بزرگ تری را شامل می شود و معمولا این مقدار بین منفی 40 الی +55 درجه سانتیگراد است و باعث می شوند این نوع عمر طولانی تری داشته باشد.
باتری یو پی اس لیتیوم یون (VLA)
یکسری از ویژگی های خاص باتری لیتیوم یونی باعث شده خریداران و طرفداران زیادی داشته باشد از جمله اینکه مناسب کاربری های سنگین هستند و از نظر پشتیبان گیری وتامین انرژی ایده آل می باشند. یکی از ویژگی های خیلی بارز این باتری وزن سبک و اندازه کوچک آن است. علاوه براین موارد مدیریت داخلی باتری نیز باعث شده است که جایگزین مناسبی برای انواع سنتی خود باشد.
دارا بودن ماندگاری طولانی تر نسبت به انواع دیگر باتری های یو پی اس، تعداد چرخه بالا و زمان شارژ سریع منجر شده است که باتری لیتیوم یونی در برنامه های اشتراک گذاری شبکه و کنترل فرآیند کاربرد بیشتری داشته باشند.
البته باید این را هم مدنظر قرار دهید که این باتری برای نگهداری به فضای مجزا نیاز دارد. همچنین نسبت به انواع دیگر باتری ها برای نگهداری آن باید دقت بیشتری به خرج داد.
باتری یو پی اس نیکل کادمیوم (NiCad)
باتری نیکل کادمیوم یکی از محبوب ترین و مناسب ترین انواع باتری های یو پی اس می باشد. ویژگی های خیلی خوب این باتری باعث شده اند که بتوان در دما های بالا به راحتی از آن استفاده کرد. این باتری چرخه عمر بالایی دارد و در برابر تخلیه های عمیق بسیار مقاوم است این موارد قیمت این باتری ها را گران تر می کند.
الکترود های به کار رفته در ساخت این باتری از جنس هیدروکسید نیکل در صفحه مثبت و هیدروکسید کربن در صفحه منفی است.
محلولی از هیدروکسید پتاسیم به عنوان الکترولیت باتری نیکل کادمیوم به کار گرفته می شود که یک ماده آلوده کننده و خطرناک می باشد.
محدوده دمایی که این باتری می تواند بدون مشکل در آن کار کند بین منفی20 تا +40 درجه سانتیگراد است.
به دلیل چگالی توان بالا و مقاومت داخلی پایین مدت زمان شارژ این باتری پایین می باشد و به گونه ای از قابلیت شارژ سریع بهره می برد. علاوه بر آن زمان ذخیره سازی بسیار طولانی در هنگام دشارژ شدن مزیت بزرگی است که به شدت خودنمایی می کند. البته برای ادامه دار بودن فرآیند ذخیره سازی باید طبق زمان بندی های خاصی محفظه آب آن پر شود که این کار درهنگام کاربرد های با چرخه بالا و نرخ های شارژ سنگین، بیشتر مورد نیاز خواهد بود.
در برابر شارژ بیش از اندازه، تخلیه بیش از حد و جریان های شارژ با موج بالا ضریب محافظتی بالایی دارد.
باتری یو پی اس سیلور آلکالین
این باتری ها از روی و دی اکسید منگنز تشکیل می شود و از باتری های معمولی قوی تر هستند. در ولتاژها و اشکال و ابعاد متفاوت ساخته شده و ظرفیت این باتری ها 2 الی 4 برابر باتری های معمولی هستند.
نکات استفاده از UPS آلکالین
در استفاده از این نوع باتری به این نکته توجه کنید که اگر دستگاه الکتریکی دارید و تا مدت طولانی قصد استفاده از آن را ندارید، باطری ها را خارج کنید.
نحوه کار باتری های یو پی اس
دستگاه های یو پی اس به علت های مختلفی ممکن است خراب شوند که یکی از شایع ترین این دلایل خراب شدن باتری یو پی اس می باشد. در بیشتر یو پی اس ها کاربران از یک باتری یا سلول استفاده نمی کنند و برای ایجاد ولتاژ های بالاتر، باتری ها را به شکل سریالی متصل می کنند، همچنین اگر قصد داشته باشند جریان بیشتری ایجاد شود باتری ها یا همان سلول ها را به صورت موازی به هم متصل می کنند.
تمام باتری های یو پی اس دارای یک حداکثر توان برای تولید جریان هستند که این مقدار با ظرفیت باتری بر اساس میلی آمپر ساعت مشخص می شود. در آرایش موازی انتقال جریان این گونه است که جریان باتری ها در محدوده مخصوص خود تجمع می کنند و در نتیجه انرژی مورد نیاز برای منبع تغذیه بدون هیچ وقفه ای تامین می شود. البته اگر هدف افزایش جریان با اتصال موازی باشد باید این نکته را مورد توجه قرار داد که اگر سطح جریان بالا برود به تناسب آن، دما نیز افزایش خواهد یافت که به معنای از دست رفتن مقداری از انرژی می باشد.
اجزای تشکیل دهنده باتری یو پی اس
در ساخت این نوع باتری ها از موادی استفاده شده است که با هم واکنش می دهند و این باعث تولید جریان الکتریکی می شود. باتری یو پی اس هم مانند همه باتری های دیگر، یک سیستم الکتروشیمیایی است. برای مثال اجزای تشکیل دهنده باتری نیکل کادمیوم عبارتند از :
برخی از اجزا در تمام مدل های باتری یو پی اس مشترک هستند که شامل این موارد می باشد :
انتخاب باتری یو پی اس
اگر می خواهید یک باتری یو پی اس مناسب خریداری کنید باید پارامتر های خاصی را در مورد کیفیت مد نظر قرار دهید :
انواع اتصال باتری یو پی اس
دریک مدار می توان باتری ها را به روش موازی یا سری به هم متصل نمود که هرکدام با هدف خاصی انجام می شود.
برای اتصال سری، ترمینال مثبت باتری به ترمینال منفی باتری بعدی متصل می شود. این کار باعث می شود ولتاژ شبکه باتری افزایش یابد و همزمان ظرفیت باتری ها ثابت باقی می ماند.
دراین نوع اتصال قطب های باتری ها به صورت هم نام به هم نام متصل می شوند. هدف از این نحوه اتصال این است که ولتاژ ثابت بماند و همزمان ظرفیت شبکه افزایش یابد.
ارتباط تعداد باتری با ظرفیت یو پی اس
برای خریداران و البته سازندگان ظرفیت یو پی اس ها اهمت زیادی دارد به طوری که اگر بار ایجاد شده توسط هرنوع از یو پی اس ها کاهش پیدا کند، زمان کارکرد باتری زیاد می شود. به طور کلی زمانی که بار یو پی اس به نصف کاهش پیداکند، زمان اجرای باتری سه برابر می شود.
نکته مهم این است که افزودن به تعداد باتری های دستگاه یو پی اس تاثیر مثبتی بر عملکرد آن دارد و این گونه جریان الکتریکی مورد نیاز دستگاه برای مدت طولانی تری تامین می شود اما مسلما هیچ تاثیری روی ظرفیت خود دستگاه یو پی اس ندارد. درصورت تمایل به افزودن باتری ابتدا به حداکثر اندازه و ظرفیت یو پی اس توجه کنید تا مطمئن شوید اضافه کردن باتری به منبع تغذیه آسیبی وارد نمی کند.
نحوه تست عملکرد باتری یو پی اس
در تحقیقات زیادی که انجام شده است به این نتیجه رسیده اند که به طور کلی هرچه باتری یو پی اس ظرفیت شارژ کمتری داشته باشد، زمان اجرایی که ارائه می دهد نیز کمتر خواهد بود. اگر شما برای مصارف بالا می خواهید باتری تهیه کنید باید محصولات با ظرفیت شارژ بالا انتخاب کنید. باتری ها در طول عمر مفید خود به طور استاندارد تا حدی توانایی تخلیه و شارژ دارند مثلا باتری های لیتیوم یونی درطول عمر مفیدشان تا 2000 مرتبه شارژ یا دشارژ بدون مشکل انجام می شود.
عوامل موثر بر ماندگاری باتری های یو پی اس
میزان عمر مفید باتری ها با هم متفاوت هستند مثلا میانگین عمر برای باتری های سرب اسید 3 تا 5 سال، لیتیوم یونی 10 سال و نیکل کادمیوم 20 سال است. این اعداد بسته به تعداد و عمر چرخه های تخلیه و نگهداری و شرایط محیطی می توانند تغییر کنند. برای حداکثر کردن عمر باتری ها باید یک برنامه ریزی منظم برای نگهداری از آن ها تهیه شود. از مهمترین عوامل موثر بر ماندگاری باتری می توان به موارد زیر اشاره کرد :
