عملکرد اصلی انواع یو پی اس، پشتیبانی و تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز تجهیزات در زمان قطع برق است. این وظیفه مهم در یو پی اس‌ها به عهده باتری یو پی اس است. باتری یو پی اس در زمان اتصال جریان برق، انرژی را در خود ذخیره می‌کند و در زمان قطع جریان ورودی، این انرژی را در اختیار تجهیزات متصل به یو پی اس می‌گذارد.
یکی از نکاتی که در خرید باتری یو پی اس باید در نظر بگیرید، نوع باتری یوپی اس است. در این مطلب به معرفی کامل انواع باتری یو پی اس می‌پردازیم و مزایا و معایب هر کدام را بررسی می‌کنیم.
نقش کلیدی باتری یو پی اس
باتری نقش مهمی در عملکرد انواع یو پی اس‌ها ایفا می‌کند. باتری عمدتا در زمان قطع برق و به عنوان منبع پشتیبان برای تامین انرژی الکتریکی تجهیزات متصل به یوپی اس کاربرد دارد. اما در مواقع وجود نوسانات و اختلالات برق شبکه نیز وجود باتری بسیار مهم است. چون در صورت هرگونه نویز، نوسان یا اختلالی که توسط یو پی اس قابل تثبیت و حذف نباشد، یوپی اس جریان ورودی را قطع و از طریق باتری‌ها، انرژی موردنیاز تجهیزات را فراهم می‌کند تا مشکل برطرف شده و آسیبی به تجهیزات وارد نشود.
انواع باتری یوپی اس در بازار موجود هستند و شما می‌توانید با در نظرگرفتن ویژگیها و مزایا و معایب هر کدام، باتری مناسبی را انتخاب کنید. در ادامه انواع مختلف باتری یوپی اس را معرفی و محاسن و معایب هرکدام را بررسی می‌کنیم.
انواع باتری یو پی اس
انواع باتری یو پی اس دارای یک ویژگی مشترک هستند که همان ولتاژ 12 ولت است. اما باتری‌های یوپی اس از نظر جنس الکترولیت و پلیت‌ها با هم تفاوت‌هایی دارند و به سه دسته عمده زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:
- سرب_اسید (Lead-acid)
- لیتیوم_یون (Lithium-ion)
- نیکل_کادمیوم (Nickel-cadmium)
در ادامه هر نوع باتری را به صورت جامع بررسی می‌کنیم.
باتری‌های سرب اسید
جنس صفحات مثبت باتری سرب اسید عموماً از سرب دی‌اکسید (PbO2) و صفحات منفی از سرب خالص (Pb) است. الکترولیت باتری سرب-اسید معمولاً محلولی از اسید سولفوریک (H2SO4) است.
از ویژگی‌های باتری‌های سرب اسیدی می‌توان به قابلیت اطمینان بالا، طول عمر مناسب، آمپدانس داخلی پایین و تحمل شرایط دمایی بالا و مقرون به صرفه بودن، اشاره کرد. این باتری‌ها از باتری‌های پرطرفدار و رایج برای یوپی اس به شمار می‌روند.
باتری های سرب اسیدی به نوبه خود دارای دو نوع مختلف شامل VRLA و VLA هستند.
Valve Regulated Lead Acid (VRLA): رایج ترین نوع باتری اسید سربی که در سیستم‌های UPS استفاده میشود، باتری VRLA است. این باتری‌ها که به نام اسید سرب مهر و موم شده (SLA) نیز شناخته می شوند، دارای دریچه یا سوپاپ تنظیم فشار هستند تا اکسیژن دوباره در الکترولیت بازترکیب شود و نیازی به نگهداری و بررسی مکرر سطح الکترولیت نداشته باشند. چون در این نوع باتری احتمال نشت اسید به بیرون بسیار کم است، می‌توان هم به صورت افقی و هم به صورت عمودی آنها را نصب کرد.
عمر این نوع باتری بین 5 تا 8 سال، بسته به نحوه نگهداری و روش استفاده، پیش بینی میشود. باتری VRLA در دمای 20 تا 25 درجه کارایی و طول عمر بالایی دارد.
باتری‌های VRLA هم دارای دو نوع متفاوت هستند که عبارتند از AGM و GEL.
AGM (Absorbed Glass Material): در باتری‌های AGM از الیاف شیشه‌ای ظریف به شکل حصیر در هم تنیده برای جداکننده‌های صفحات باتری استفاده شده است. این حصیر شیشه‌ای اسید را در اختیار صفحات قرار داده و سبب یک واکنش سریع بین اسید و صفحات مثبت و منفی میشود؛ ضمن اینکه سبب بی‌حرکت شدن اسید نیز شده و در نتیجه در این باتری‌ها نیز نگرانی در مورد نشت الکترولیت وجود ندارد.
باتری‌های AGM مقاومت داخلی بسیار کمی دارند؛ این قابلیت همراه با انتقال سریع اسید، باعث میشود بتواند میزان جریان بالاتری را ارائه دهند و در مواردی که به جریان بالا جهت راه‌اندازی نیاز است، مناسب تر باشند. باتری Key Power و باتری UFO از نوع باتری‌های AGM هستند.
Gel Type: در ساختار باتری‌های ژل مقدار ثابتی الکترولیت همراه با اسید سولفوریک با بخارات سیلیس ترکیب شده و این واکنش شیمیایی منجر به ایجاد یک توده ژل بی‌حرکت میشود و از این رو به نام باتری ژل GEL نامگذاری شده‌اند. به دلیل همین ویژگی، خطر نشت الکترولیت در این نوع باتری وجود نداشته و حمل و نقل آنها نگرانی‌های معمول را به همراه ندارد.
باتری یو پی اس ژل به دلیل وجود صفحات کم و ضخامت زیاد آنها، جریان زیادی برای استارت زنی تولید نمی‌کند و مناسب کاربری خودرو نیست. بلکه به دلیل نگهداری شارژ برای مدت طولانی‌تر کاملاً مناسب کاربری یوپی اس هستند. باتری Orbital از نوع Gel Type است.
این دو نوع باتری دارای ویژگیها و قابلیت‌های متفاوتی هستند و استفاده از آنها معایب و فوایدی دارد که در جدول زیر به صورت خلاصه مشاهده می‌کنید.
| GEL | AGM |
| خطر نشت الکترولیت ندارد | خطر نشت الکترولیت ندارد |
| مناسب برای کاربرد خودرویی | نامناسب برای کاربرد خودرویی |
| مقاومت بیشتر در دمای پایین | مقاومت کمتر در دمای پایین |
| سازگاری کمتر با طبیعت | سازگاری بیشتر با طبیعت |
| حساس به شارژ بیش از حد | عدم حساسیت به شارژ بیش از حد |
| طول عمر کمتر | طول عمر بیشتر |
Open Vented Lead Acid (VLA) : این باتری‌ها حاوی صفحاتی هستند که در اسید الکترولیت شناور هستند، بنابراین معمولاً به آنها Flooded می‌گویند. عمر مفید این باتری‌ها تا 20 سال پیش بینی شده و معمولاً در مکان‌هایی استفاده می‌شوند که باتری با ظرفیت بالا نیاز باشد.
از آنجایی که آنها مهر و موم نیستند، هیدروژن تولید شده مستقیماً به محیط می‌گریزد. این بدان معناست که در صورت استفاده از باتری‌های VLA، به سیستم‌های تهویه قوی‌تری نیاز است. چون این باتری‌ها از بالا تهویه می شوند، باید در حالت عمودی نگهداری و نصب شوند و سطح الکترولیت مرتب بررسی شود و به همین علت برای محیط‌های اداری یا تاسیسات مرکز داده مناسب نیستند.
مزایا و معایب باتری سرب اسید
با توجه به ویژگی‌هایی که در بالا در مورد انواع باتری‌های اسید سربی ذکر شد، استفاده از این نوع باتری برای یوپی اس مزایای و معایب زیر را دارد.
مزایای باتری سرب اسید
- قیمت مناسب: ارزان ترین نوع باتری یو پی اس هستند.
- قابلیت بازیافت: قابل بازیافت دارند و سازگار با محیط زیست هستند.
- طول عمر مناسب: در صورت نگهداری و استفاده صحیح، می‌توانند به طور متوسط تا 5 سال عمر کنند.
- مقاومت در برابر دمای پایین: در شرایط دمای پایین به خوبی عمل می‌کنند.
معایب باتری سرب اسید
- وزن بالا: سنگین ترین نوع باتری یو پی اس هستند.
- حجم زیاد: فضای زیادی را اشغال می‌کنند.
- کاهش تدریجی ظرفیت: با گذشت زمان، ظرفیت خود را از دست می‌دهند.
باتری های لیتیوم یونی
صفحات مثبت باتری لیتیوم یون از ترکیبات لیتیمی همچون اکسید لیتیم (Li2O)، کبالت (Co)، نیکل(Ni) و منگنز (Mn) و صفحات منفی از گرافیت (C) ساخته می‌شوند. الکترولیت باتری لیتیوم یون معمولاً شامل محلولی از نمک لیتیم است.
باتری‌های لیتیوم یونی (Li-Ion) در دستگاه‌های الکترونیکی مانند لپ‌تاپ و تلفن‌های هوشمند و سایر تجهیزات الکترونیکی قابل حمل به صورت گسترده استفاده می‌شوند. امروزه نیز به دلیل ویژگی‌های مناسب این باتری، برای یو پی اس و سایر منابع پشتیبان انرژی به کار برده میشود.
مزایا و معایب باتری لیتیوم یونی
با توجه به ویژگیها و مواد تشکیل دهنده باتری لیتیوم یونی، استفاده از این باتری برای یو پی اس‌ها، مزایا و معایبی را به دنبال دارد که به مهمترین آنها اشاره می‌کنیم.
مزایای باتری لیتیوم یونی
- دارای سیستم نظارت و مدیریت باتری داخلی: این قابلیت امکان بررسی هر سلول باتری به صورت مجزا را فراهم می‌کند.
- وزن کم: سبک‌ترین نوع باتری یو پی اس هستند.
- حجم کم: فضای کمی را اشغال می‌کنند.
- عمر طولانی: در صورت نگهداری صحیح، می‌توانند تا 10 سال عمر کنند و تعداد چرخه‌های شارژ و دشارژ بالا را تحمل کنند.
- ظرفیت تخلیه بالا: می‌توانند جریان بالایی را در مدت زمان کوتاه تامین کنند.
- عدم نیاز به نگهداری: نیازی به بررسی مرتب سطح الکترولیت ندارند.
- راندمان بالا: تلفات انرژی کمی دارند.
- شارژ سریع: این باتری‌ها در مدت کوتاهی به صورت کامل شارژ می‌شوند.
معایب باتری لیتیوم یونی
- قیمت بالا: گران ترین نوع باتری یوپی اس هستند.
- حساسیت به دما: در شرایط دمای بالا و پایین به خوبی عمل نمی‌کنند.
- خطر آتش سوزی: در صورت آسیب دیدن، می‌توانند آتش بگیرند.
- کاهش ناگهانی ظرفیت: در اواخر عمر خود، به طور ناگهانی ظرفیت خود را از دست می‌دهند.
- عدم قابلیت بازیافت: امروزه بازیافت باتری‌های لیتیوم یون به یک معظل زیست محیطی تبدیل شده است.
باتری‌های نیکل کادمیوم
صفحات مثبت باتری نیکل کادمیوم از جنس نیکل هیدروکسید (Ni(OH)2) و صفحات منفی از جنس کادمیوم (Cd) ساخته می‌شوند. الکترولیت باتری نیکل کادمیوم عموماً از جنس محلول پتاسیم هیدروکسید (KOH) است.
باتری‌های نیکل کادمیوم دارای چرخه عمر بالایی هستند و می‌توانند بیش از ۵۰۰۰ چرخه شارژ و تخلیه را تحمل کنند.
مزایا و معایب باتری نیکل کادمیوم
استفاده از باتری نیکل کادمیوم برای یوپی اس نیز مزایا و معایب خودش را دارد که در ادامه به مهمترین آنها می‌پردازیم.
مزایای باتری نیکل کادمیوم
- مقاومت در برابر دمای بالا: در شرایط دمایی بالاتر و پایین‌تر از حد استاندارد به خوبی عمل می‌کنند.
- عمر طولانی: در صورت نگهداری صحیح، می توانند 10 تا 15 سال عمر کنند.
- قیمت مناسب: ارزان‌تر از باتری‌های لیتیوم یونی هستند.
- نرخ تخلیه پایدار: قابلیت تخلیه این نوع باتری پایدار است و در طول زمان کاهش کمی در ولتاژ خروجی خود نشان می‌دهد.
- قابلیت شارژ سریع: باتری‌های نیکل کادمیوم قابلیت شارژ سریع را دارند و در زمان کوتاهی کاملا شارژ می‌شوند.
معایب باتری نیکل کادمیوم
- حجم زیاد: فضای زیادی را اشغال می کنند.
- وزن بالا: سنگین‌تر از باتری های لیتیوم یونی هستند.
- اثر حافظه: اگر به طور کامل تخلیه نشوند، دچار افت ظرفیت می‌شوند.
- سمی بودن: حاوی فلزات سمی مانند کادمیم هستند.
- کاهش تدریجی ظرفیت: با گذشت زمان، ظرفیت خود را از دست می‌دهند.
جدول مقایسه انواع باتری یو پی اس
نکات پایانی
توجه داشته باشید که استفاده درست و توجه به یک سری نکات، باعث افزایش طول عمر باتری یو پی اس میشود. در نهایت انتخاب هر نوع باتری به عواملی از جمله نیاز یوپی اس و مدت بک آپ تایم مورد نیاز تجهیزات، محل نصب و نگهداری، استانداردهای باتری، طول عمر و میزان بودجه شما بستگی دارد. باتری‌های اسید سربی VRLA از رایج‌ترین باتری‌ها برای یوپی اس هستند که قیمت مقرون به صرفه و طول عمر مناسبی دارند.
قبل از انتخاب باتری مورد نیاز خود، حتما با کارشناسان بهراد مشورت کنید تا باتری مناسبی را با گارانتی مطمئن خریداری کنید.