По сфере применения аккумуляторные батареи (АКБ) на базе свинцово-кислотной технологии делятся на две категории: стартовые (автомобильные) батареи для транспорта и резервные аккумуляторы, применяемые в ИБП, телекоммуникации и т.п. В отличие от стартерных батарей, предназначенных для выдачи большого тока в течение короткого времени при запуске двигателя, резервные аккумуляторы могут в течение длительного времени поддерживать питание нагрузки.
Чтобы аккумуляторы служили достаточно долго и исправно выполняли свои функции, необходимо обеспечить их правильную техническую эксплуатацию. Эксплуатация аккумуляторов происходит в циклическом или буферном режимах. Для резервных (standby) аккумуляторов основным является буферный режим, когда батарея подключена параллельно к нагрузке на шину постоянного тока. Она при этом находится под напряжением постоянного подзаряда от выпрямителя (зарядного устройства). Циклический режим эксплуатации характерен постоянными глубокими разрядами АКБ и зарядами её большими токами и повышенными уровнями напряжения с целью минимизации времени восстановления ёмкости аккумулятора. Срок службы в таком режиме зависит от общего количества и глубины разрядов и зарядов как показано на графике ниже.
Для аккумуляторов существует ограничение предельного напряжения, до которого он может разряжаться. Оно связано с внутренними электрохимическими процессами и позволяет исключить кристаллизации на пластинах сульфата свинца снижающего емкость. Минимальное напряжения разряда или EOD (End of discharge) составляет 1,6-1,7 В на ячейку в зависимости от модели АКБ (12-вольтовый аккумуляторе состоит из 6 ячеек номинальным напряжением 2 В).
Зарядное напряжение выбирается в зависимости от требуемого режима заряда – в буферном режиме работы для поддерживающего заряда оно составляет 2,27 В на ячейку, а при циклическом режиме эксплуатации для ускоренного восстановления емкости после глубокого разряда требуется 2,35 В на ячейку.
Электрохимические процессы в герметизированном аккумуляторе напрямую связаны с температурой окружающей среды. В условиях замкнутой электрохимической системы не происходит эмиссии газов и растёт температура аккумулятора. В условиях повышенной температуры окружающей среды при повышенном напряжении заряде возможно возникновение эффекта «терморазгона» герметизированного аккумулятора. Для устранения этого эффекта применяется температурная компенсация напряжения заряда. Выше приведены значения напряжения заряда для 25° С, но при отклонении температуры оно должно корректироваться. Так напряжение поддерживающего заряда аккумуляторного элемента необходимо понижать на 3-4 мВ при повышении температуры на каждый градус Цельсия относительно 25° С. В ИБП термокомпенсация зарядного напряжения реализуется с использованием встроенного или внешнего датчика температуры. Но даже при ускоренном заряде не допускается превышение температуры АКБ выше 35° С, а для нормальной эксплуатации рекомендуется поддерживать 15~25° С.
В современных ИБП реализован интеллектуальный режим управления зарядом или ABM (Advanced Battery Management) для быстрого восстановления емкости аккумуляторов и продления их срока службы. После глубокого разряда запускается процесс ускоренного заряда повышенным напряжением с токоограничением для быстрого восстановления емкости в течение короткого времени. Ток ограничения устанавливается на уровне 0,1 – 0,15 от емкости С10. По мере восстановления ёмкости напряжение на аккумуляторе повышается до уровня ускоренного заряда, а ток снижается до миллиампер. По достижению 90% от емкости ИБП переходит к режиму поддерживающего заряда постоянным напряжением до достижения полного заряда, до завершения процесса рекомбинации газов. Далее в процессе эксплуатации аккумулятора производиться периодическое тестирование батарей и при необходимости выполняется подзаряд в буферном режиме.
Таким образом, как показано на рисунке выше процесс заряда аккумулятора проходит три стадии: основной режим заряда постоянным током, режим ускоренного заряда и буферный режим поддерживающего заряда.
Соблюдений условий эксплуатации и применение современных технологий управления зарядом аккумуляторов значительно продляет их срок службы и существенно снижает стоимость владения ИБП.
