Друзья, всем добра. Статья будет короткая. В ней тезисно изложу почему можно и нужно переводить компьютерные ИБП на литий-железо-фосфатные аккумуляторы – LiFePo4.
В очередной раз подошла смена аккумуляторов в моём большом ИБП на 2000кВа.
Марку ИБП писать не буду, дабы не делать антирекламу, поскольку ИБП хуже чем посредственный, и без доработок его использовать не стоит. ИБП имеет в своем составе 4 герметизированных свинцово-кислотных аккумулятора ёмкостью 7Ач. Плюс дополнительный батарейный блок с еще 4-мя такими же аккумуляторами. Общая ёмкость 14 Ач. Всего 8 аккумуляторов. Схема соединения 4S2P.
С новыми аккумуляторами ИБП мог обеспечивать питание моих железок примерно в течение 1 часа 20 минут.
Аккумуляторов хватает на 3 года. При этом не сильно важно какой бренд покупать. Были дорогущие CSB, более дешевые DELTA, и совсем дешман типа Sven. После трех лет приходилось менять комплектом – 8шт. Во всех случаях замены, а их уже было 4, всё происходило по одной и той-же схеме:
в каждой четверке один из аккумуляторов начинал помирать раньше других, а далее в течение полугода помирали остальные. В итоге полная смерть наступала через 3 – 3 года и 8 месяцев. При этом аккумуляторы не перегревались, да и использовались довольно редко – количество циклов небольшое.
Менять отдельные аккумуляторы смысла нет, так как остальные уже изношены и замена одного может продлить агонию, но не на долго. В других ИБП, которые поменьше, наблюдалась абсолютно та же тенденция: 3-4 года и на помойку. Когда ИБП один единственный, то замена аккумулятора или даже пары один раз в 3-4 года не напрягает, а когда их в хозяйстве 4 штуки, причем в один ИБП надо 8 аккумуляторов, это уже проблема и существенные расходы. Аккумуляторы за последние несколько лет довольно сильно подорожали. Поэтому несколько лет назад задумался о переводе мелких ИБП на литий-полимерные аккумуляторы. Поизучав тему пришёл к выводу, что перевод на обычные LiPo аккумуляторы абсолютно не рентабелен, так как требует серьёзного вмешательства в схемотехнику ИБП, иначе аккумуляторы будут работать не так как положено, да и сам ИБП будет давать всякие “тревоги”. Это связано с диапазоном напряжений LiPo ячейки – 2.5 – 4.2В. Стандартный диапазон напряжений для 12-ти вольтового свинцово-кислотного аккумулятора составляет 10.5-14.4 Вольта. Или 1,75 – 2.4 Вольта на ячейку (на банку).
Давайте посчитаем сколько банок классических LiPo аккумуляторов понадобиться для замены стандартного 12В свинцово-кислотного аккумулятора:
Нижний порог напряжения:
10.5 / 2.5 = 4.2 шт;
Верхний порог напряжения:
14.4 / 4.2 = 3.4 шт.
Как видим, если с нижним пределом можно как-то жить, то с верхним уже не получается. 3 ячейки слишком мало, а 4 слишком много. Поэтому мой выбор пал на литий-железо-фосфатные аккумуляторы – LiFePo4 – у них диапазон напряжения на ячейку составляет от 2,6 до 3.65 В, что очень хорошо согласуется с пределами напряжений для свинцово-кислотного аккумулятора:
Нижний порог напряжения:
10.5 / 2.5 = 4.04 шт;
Верхний порог напряжения:
14.4 / 3.65 = 3.95 шт.
Таким образом получается, что 4 банки LiFePo4 заменяют 6 свинцово-кислотных банок или один аккумулятор на 12 Вольт. Плюс ко всему литий-железо-фосфатные аккумуляторы в отличие от классического лития неприхотливы: не склонны к возгоранию, не так чувствительны к переразряду и перезаряду. В общем отлично подходят для установки в ИБП без переделки его схемотехники.
Начинал я с переделки “мелких” ИБП. Самый первый работает уже 2,5 года. Аккумуляторы в нём живее всех живых. Время автономной работы если и изменилось, то в пределах погрешности. Вишенкой на торте стал перевод большого ИБП на LiFePo4, об этом кратко и расскажу.
Для начала про экономику:
Замена 8-ми аккумуляторов, например, на Delta DTM 1207 обойдется в 15 192 руб, по ценам из DNS. При этом будем иметь формальную ёмкость 14Ач. Замена займёт минут 30 и ничего кроме отвертки не потребует.
В случае LiFePo4 всё намного сложнее.
Для начала нам потребуется прикинуть какой максимальный ток у нас будет.
Если есть соответствующие приборы и нагрузка, а аккумуляторы в ИБП еще свежие, то ток можно измерить. Но у меня аккумуляторы дохлые, поэтому будем прикидывать.
Максимальная заявленная мощность моего ИБП 1800Вт при 220В. Ток будет 8.2А.
Теперь посчитаем ток в цепи аккумуляторов. Напомню, что аккумуляторов у нас 4 шт, напряжение будем считать 48В. Мы должны, с поправкой на КПД инвертора, снять с аккумуляторов всё те же 1800Вт. КПД инвертора возьмём 75%.
Считаем 1800 / 48 = 37.5А Добавим к 37.5 еще 25% и получим ток в цепи аккумулятора 46.88 А.
К слову сказать измеренный ток на нагрузке 1800Вт составил 53А, что хорошо согласуется с оценочным расчетом. Из этого оценочного расчета можно оценить сечение проводов и перемычек в нашей будущей сборке, которое должно быть не менее 4 квадратных миллиметра. Лучше, конечно, брать с запасом – 5-6 квадратов, но у меня в ИБП все родные провода 4 квадратных миллиметра. Он как бы не рассчитан на длительную работу на максимальной нагрузке. А 10 минут с незначительным перегревом вытянут и провода меньшего сечения.
Токи оценили. Теперь самое время посчитать все комплектующие для нашей сборки.
В качестве аккумуляторов для замены 12-ти вольтового кислотного отлично подходят LiFePo4 аккумуляторы формата 32140. Один 12-ти вольтовый мы меняем на 4 LiFePo4. Понадобиться 16 аккумуляторов LiFePo4 формата 32140. Цена за штуку около 500 руб. Всего на аккумуляторы – 8000 руб.
Еще понадобится:
- контроллер с балансиром поддерживающий 16 банок LiFePo4 – так называемый BMS. Я выбрал Daly Smart BMS 8-17S 60A – на 60А. Цена 4295 руб;
- держатели для аккумуляторов 32140 – 16 штук, но купить можно было только 20 – 416 руб;
- никелевая лента 10х0.2 5 метров – 850 руб;
- провод 10 AWG – 2 метра – 1840руб;
- электроизоляционный картон – 70мм х 3 метра – 450 руб;
- термоусадка для всей сборки (большая) – 200руб;
- каптоновый скотч – 170 руб.
Итого: 16 221 руб.
Как видим затраты на переделку соизмеримы с простой заменой аккумуляторов.
Но к затратам на переделку надо добавить:
- личное время. У меня ушло 4 часа на сборку, а потом еще пару дней проводил испытания;
- мощный паяльник – 150 – 200Вт, это если у вас нет аппарата точечной сварки, который способен сварить никелевую ленту толщиной 0.2мм.
- какие-то мелочи, которые я просто забыл или не учел.
Что приобретаем в виде плюшек:
- В моём случае я избавился от дополнительного батарейного блока. В других случаях будет удвоение ёмкости аккумуляторов, и увеличение времени работы ИБП;
- полный мониторинг состояния аккумулятора ИБП по bluetooth через приложение со смартфона;
- надеюсь на увеличенный срок службы аккумуляторной сборки – хотя бы до 5 лет;
- быстрый заряд аккумулятора. Моя сборка с нуля до 100% заряжается за 7 часов, в отличие от “свинца”, который заряжается сутки;
- из-за более ровной кривой разряда более длительное время работы ИБП от аккумулятора. На новых свинцово-кислотных мой ИБП тянул нагрузку 1 час 20 минут, на новых LiFePo4 тянет 1 час 40 минут, а это не много не мало 25%.
Вот такая сборочка у меня получилась:
Это одна из моих самых больших сборок, если не считать сборки литий-титанатных аккумуляторов в формате автомобильных.
Попробую рассказать о нюансах сборки.
1. Перемычки между аккумуляторами я делал из двойной никелевой ленты. Приваривал последовательно: сначала отрезок ленты к аккумуляторам, а потом сверху еще один отрезок. Сечение получается 4 квадрата. Прогнал на нагрузке 1800Вт в течение 5 минут. Провода и перемычки не нагрелись выше 50 градусов.
Аппарат для точечной сварки - AwithZ UF20B. Приварить никель даже 0.2 мм платой с Али скорее всего не получится. Если нормального сварочника нет, то можно собрать сборку при помощи пайки. Провод для этого учтен в расчетах. Сечение не меньше 10 AWG или 5 квадратных миллиметров. Паяльник мощностью не менее 100Вт. Лучше 150-200. Если за 3-5 секунд припаять не удалось, то ждем когда аккумулятор остынет и делаем второй заход. Флюс – любой, но только не кислота. Потом обязательно отмыть спиртом.
2. Контроллер – это та часть на которой экономить не стоит. Обязательно должен быть с большим набором настроек. Всякие дешманские варианты с Али лучше не использовать. Намучаетесь.
3. Формат аккумуляторов может быть любым. Важно не превышать допустимый ток на одну банку. Для аккумуляторов LiFePo4 формата 32140 обычно емкость составляет 15Ач, а ток на банку 45-50А. Если берете банки меньшего размера, то можно включать их в параллель, но учитывайте, что такие сборки будут служить меньше.
4. Очень важно, перед тем как закупаться, оценить размер сборки в целом – то есть аккумуляторы + держатели (холдеры) + провода + контроллер + электроизоляционный картон + термоусадка. Всё в сборе должно входить с батарейный отсек ИБП.
Алгоритм примерно такой: максимально точно измеряем батарейный отсек своего ИБП, далее от максимума отнимаем 5-6 мм, пытаемся уложить сборку в этот размер.
На этом всё. Если прочитали, спасибо. Если не прочитали, тоже спасибо.