ذخیره‌سازی، نقطهٔ حیاتی هر سیستم برق اضطراری و خورشیدی است. کیهان انرژی باتری صنعتی را متناسب با کاربرد شما تأمین می‌کند: باتری یو پی اس، باتری خورشیدی و باتری سایت‌های مخابراتی — همراه شارژر متناسب با شیمی باتری. یو پی اس، اینورتر و شارژر هر قدر هم خوب باشند، زمان پشتیبانی و عمر سامانه را باتری تعیین می‌کند؛ به همین دلیل شارژر و مدار مدیریت باتری را خودمان طراحی و تولید می‌کنیم تا باتری، شارژر و مصرف‌کننده به‌صورت یک سامانه دیده شوند، نه سه خرید جدا.
نقش کیهان انرژی در پروژهٔ باتری
- انتخاب و محاسبهٔ بانک باتری: ولتاژ بانک، ظرفیت آمپرساعت، نوع شیمی و آرایش سری و موازی، بر پایهٔ فهرست بار و زمان پشتیبانی موردنیاز.
- تأمین باتری صنعتی: سرب‌اسید دربسته (VRLA) و لیتیومی، متناسب با مشخصات پروژه.
- شارژر ساخت کیهان انرژی: شارژر باتری سیلد اسید با شارژ سه‌مرحله‌ای و شارژر سوئیچینگ باتری لیتیومی؛ مرور همهٔ گزینه‌ها در شارژر باتری صنعتی.
- مدیریت باتری لیتیومی: ماژول هوشمند شارژ و مدیریت باتری لیتیومی برای سازندگانی که باتری را داخل محصول خود به کار می‌برند.
- مصرف‌کنندهٔ سازگار با هر دو شیمی: یو پی اس آنلاین ۱ کاوا کیهان انرژی هم با باتری سرب‌اسید دربسته ۱۲ ولت کار می‌کند و هم با لیتیوم‌فسفات‌آهن ۱۲٫۸ ولت.
انواع باتری صنعتی و تفاوت آن‌ها
در پروژه‌های برق اضطراری، خورشیدی و مخابراتی دو خانواده بیشترین کاربرد را دارند: باتری سرب‌اسید دربسته (VRLA، در دو نوع AGM و ژل) و باتری لیتیومی، که در کاربردهای ساکن بیشتر از نوع لیتیوم‌فسفات‌آهن (LiFePO4) است. جدول زیر تفاوت‌هایی را نشان می‌دهد که در طراحی اثر مستقیم دارند. عددهای دقیق هر مدل را برگهٔ مشخصات سازندهٔ همان باتری تعیین می‌کند.
| ویژگی | سرب‌اسید دربسته (VRLA: AGM / ژل) | لیتیوم‌فسفات‌آهن (LiFePO4) |
|---|---|---|
| ولتاژ نامی هر سلول | ۲ ولت؛ بلوک رایج ۱۲ ولت (۶ سلول) | ۳٫۲ ولت؛ بلوک ۱۲٫۸ ولت (۴ سلول سری)، بانک «۴۸ ولت» با ۱۶ سلول = ۵۱٫۲ ولت نامی |
| عمق دشارژ رایج در طراحی | حدود ۵۰٪ برای کار چرخه‌ای و عمر بیشتر | حدود ۸۰ تا ۹۰٪ |
| مدار مدیریت باتری (BMS) | لازم نیست؛ پایش ولتاژ و دما توصیه می‌شود | الزامی؛ حفاظت سلول‌ها و توازن آن‌ها را BMS انجام می‌دهد |
| پروفایل شارژ | سه‌مرحله‌ای: جریان ثابت، ولتاژ ثابت و شناور (Float) | جریان ثابت و ولتاژ ثابت با قطع یا کاهش در انتهای شارژ؛ شارژ شناور دائمی مثل سرب‌اسید ندارد |
| اثر دما | عمر شدیداً به دما وابسته است؛ به‌تقریب با هر ۱۰ درجه افزایش دمای محیط بالاتر از دمای مرجع سازنده، عمر شناور نصف می‌شود | تحمل دمای بهتر در کار؛ ولی اغلب سازنده‌ها شارژ در دمای زیر صفر درجه را مجاز نمی‌دانند |
| وزن و حجم | سنگین‌تر برای انرژی یکسان | سبک‌تر و کم‌حجم‌تر |
| کاربرد رایج | یو پی اس، برق اضطراری و بانک‌های آماده‌به‌کار | ذخیره‌سازی خورشیدی، مخابرات و یو پی اس‌هایی که دشارژ مکرر دارند |
دربارهٔ عمر چرخه‌ای و صرفهٔ اقتصادی، عدد کلی نمی‌نویسیم؛ این دو به مدل باتری، عمق دشارژ، دما و الگوی بهره‌برداری بستگی دارند و باید از برگهٔ مشخصات و شرایط واقعی پروژه به دست بیایند. مقایسهٔ عددی دو شیمی روی یک دستگاه مشخص در صفحهٔ یو پی اس با باتری لیتیوم آمده است.
AGM یا ژل؟ هر دو سرب‌اسید دربسته‌اند و تفاوتشان در نگه‌داشتن الکترولیت است: در AGM الکترولیت در جداکنندهٔ الیاف شیشه جذب شده و در باتری ژل به‌صورت ژل درآمده است. AGM معمولاً برای دشارژهای کوتاه و پرجریانِ یو پی اس رایج‌تر است و باتری ژل برای دشارژهای آهسته‌تر و مکرر، مثل برخی سیستم‌های خورشیدی، انتخاب می‌شود. انتخاب نهایی به برگهٔ مشخصات مدل بستگی دارد.
باتری لیتیوم آهن فسفات (LiFePO4) چیست؟
باتری لیتیوم آهن فسفات (که با نام‌های لیتیوم فسفات، LFP یا LiFePO4 هم شناخته می‌شود) نوعی باتری لیتیوم‌یون است که در کاتد آن از فسفات آهن لیتیوم استفاده شده است. ولتاژ نامی هر سلول ۳٫۲ ولت است؛ به همین دلیل باتری «۱۲ ولتی» این خانواده در واقع ۱۲٫۸ ولت (چهار سلول سری) و بانک «۴۸ ولتی» آن ۵۱٫۲ ولت (شانزده سلول سری) است. در کاربردهای ساکن مثل ذخیره‌سازی خورشیدی، مخابرات و یو پی اس، این شیمی به دلیل پایداری حرارتی بهتر نسبت به برخی شیمی‌های دیگر لیتیوم‌یون و تحمل عمق دشارژ بیشتر نسبت به سرب‌اسید انتخاب می‌شود. باتری لیتیوم آهن فسفات بدون BMS نباید به کار برود: BMS ولتاژ سلول‌ها را متوازن می‌کند و در اضافه‌شارژ، دشارژ عمیق، جریان زیاد یا دمای نامجاز مسیر را قطع می‌کند. شارژر آن هم باید پروفایل لیتیوم داشته باشد؛ شارژر سرب‌اسید جایگزین مناسبی نیست.
باتری یو پی اس؛ ولتاژ، آمپرساعت و جریان شارژ
در یو پی اس، باتری بیشتر وقت خود را در حالت آماده‌به‌کار و شارژ شناور می‌گذراند و در قطعی برق، در مدت نسبتاً کوتاهی با جریان زیاد تخلیه می‌شود. برای انتخاب باتری یو پی اس سه عدد باید با هم بخوانند:
- ولتاژ بانک باتری باید با ولتاژ ورودی باتری یو پی اس یکی باشد. بلوک‌های ۱۲ ولتی سری می‌شوند تا به ولتاژ موردنیاز برسند؛ یو پی اس آنلاین ۱ کاوا کیهان انرژی با بانک ۱۲ ولتی کار می‌کند.
- ظرفیت آمپرساعت از توان بار، زمان پشتیبانی، بازده دستگاه روی باتری و عمق دشارژ مجاز به دست می‌آید (فرمول در ادامه).
- جریان شارژ تعیین می‌کند باتری پس از هر قطعی چقدر طول می‌کشد تا دوباره آماده شود. شارژر داخلی یو پی اس کیهان انرژی برای سرب‌اسید دربسته ۱۵ آمپر و برای لیتیوم ۲۰ آمپر جریان می‌دهد و تا ظرفیت ۱۰۰ آمپرساعت اعلام شده است.
یک نکتهٔ مهم برای باتری سرب‌اسید: ظرفیت روی برچسب در نرخ دشارژ آهسته (مثلاً ۱۰ یا ۲۰ ساعته) اندازه‌گیری شده است. در دشارژ یک‌ساعته‌ای که در یو پی اس رایج است، ظرفیت قابل‌برداشت محسوساً کمتر از عدد برچسب است. به همین دلیل انتخاب نهایی باید با جدول دشارژ توان ثابت یا جریان ثابت سازندهٔ باتری چک شود. روش کامل محاسبهٔ زمان پشتیبانی در محاسبهٔ ظرفیت و زمان پشتیبانی یو پی اس و ابزار آن در محاسبه‌گر یو پی اس آمده است.
باتری خورشیدی برای سیستم‌های جدا از شبکه و هیبرید
الگوی کار باتری خورشیدی با باتری یو پی اس فرق دارد: در سیستم جدا از شبکه، باتری هر روز شارژ و دشارژ می‌شود و گاهی چند روز ابری را هم باید پوشش دهد. پس معیار اصلی، تحمل دشارژ عمیق و مکرر است. انتخاب باتری خورشیدی با این پرسش‌ها شروع می‌شود:
- مصرف روزانه چند وات‌ساعت است و در چه ساعت‌هایی رخ می‌دهد؟
- چند روز خودکفایی بدون تابش لازم است؟
- ولتاژ بانک (۱۲، ۲۴ یا ۴۸ ولت) با کدام اینورتر و شارژ کنترلر هماهنگ است؟ برای توان‌های بالاتر، ولتاژ بانک بالاتر جریان و سطح مقطع کابل را کم می‌کند.
- باتری در چه دمایی نصب می‌شود و تهویهٔ محل چگونه است؟
برآورد اولیهٔ ظرفیت سیستم خورشیدی و باتری آن را با محاسبه‌گر خورشیدی بگیرید؛ طراحی و اجرای کامل در نیروگاه خورشیدی معرفی شده است.
باتری مخابراتی و سیستم‌های ۴۸ ولت
سایت‌های مخابراتی معمولاً با تغذیهٔ جریان مستقیم ۴۸ ولت کار می‌کنند. در این سیستم‌ها باتری مستقیماً روی باس DC و موازی با خروجی یکسوساز قرار می‌گیرد و بدون هیچ وقفه‌ای بار را تغذیه می‌کند. یکسوساز هم بار را تغذیه می‌کند و هم باتری را شارژ نگه می‌دارد؛ تنظیم ولتاژ شناور و محدودیت جریان شارژ آن باید با نوع باتری بخواند. برای این کاربرد، رکتیفایر مخابراتی کیهان انرژی را ببینید.
محاسبهٔ ظرفیت باتری؛ فرمول و دو مثال
ظرفیت لازم بانک باتری بر حسب آمپرساعت از این رابطه به دست می‌آید:
ظرفیت (آمپرساعت) = توان بار (وات) × زمان پشتیبانی (ساعت) ÷ [ولتاژ بانک (ولت) × بازده × عمق دشارژ مجاز]
مثال ۱ — یو پی اس: بار ۴۰۰ وات به مدت ۱ ساعت، روی یو پی اسی با بازده حداکثر ۸۵٪ روی باتری.
- سرب‌اسید دربسته ۱۲ ولت با عمق دشارژ ۵۰٪: ۴۰۰ × ۱ ÷ (۱۲ × ۰٫۸۵ × ۰٫۵) ≈ ۷۸٫۴ آمپرساعت؛ نزدیک‌ترین ظرفیت استاندارد بالاتر، ۱۰۰ آمپرساعت است.
- لیتیوم‌فسفات‌آهن ۱۲٫۸ ولت با عمق دشارژ ۹۰٪: ۴۰۰ × ۱ ÷ (۱۲٫۸ × ۰٫۸۵ × ۰٫۹) ≈ ۴۰٫۹ آمپرساعت؛ نزدیک‌ترین ظرفیت استاندارد بالاتر، ۵۰ آمپرساعت است.
- کنترل معکوس: بانک ۱۰۰ آمپرساعت سرب‌اسید در همان شرایط ۱۲ × ۱۰۰ × ۰٫۵ × ۰٫۸۵ ÷ ۴۰۰ = ۱٫۲۷۵ ساعت، یعنی حدود ۷۶ دقیقه می‌دهد.
مثال ۲ — سیستم خورشیدی جدا از شبکه: مصرف ۳ کیلووات‌ساعت در روز، یک روز خودکفایی، بانک لیتیوم‌فسفات‌آهن ۵۱٫۲ ولت (۱۶ سلول)، عمق دشارژ ۸۰٪ و بازده ۹۰٪ برای اینورتر و سیم‌کشی: ۳۰۰۰ ÷ (۵۱٫۲ × ۰٫۹ × ۰٫۸) ≈ ۸۱٫۴ آمپرساعت؛ یعنی بانک ۱۰۰ آمپرساعت. همین مصرف با سرب‌اسید ۲۴ ولت و عمق دشارژ ۵۰٪ حدود ۲۷۸ آمپرساعت باتری می‌خواهد.
این اعداد مرز طراحی اولیه‌اند، نه تضمین زمان پشتیبانی. افت ظرفیت در دشارژ سریع، دمای پایین و فرسودگی باتری در طول عمر، عدد واقعی را کمتر می‌کند. عدد پذیرش باید با آزمون تخلیهٔ واقعی گرفته شود.
شارژر و BMS؛ چرا باتری بدون شارژر درست عمر نمی‌کند
بیشتر خرابی‌های زودرس باتری صنعتی از شارژ نادرست می‌آید: ولتاژ شناور بالا در سرب‌اسید باعث خشک‌شدن و ورم می‌شود، ولتاژ پایین باعث سولفاته‌شدن، و در لیتیوم، شارژ بیش از حد یا شارژ در سرما به سلول آسیب دائمی می‌زند. به همین دلیل کیهان انرژی برای هر شیمی، شارژر جداگانه طراحی و تولید می‌کند: شارژ سه‌مرحله‌ای با حفاظت اتصال معکوس برای سرب‌اسید دربسته، و شارژ جریان ثابت و ولتاژ ثابت با قطع خودکار برای پک‌های Li-ion و LiFePO4. در باتری لیتیومی، BMS هم ولتاژ تک‌تک سلول‌ها را زیر نظر دارد و هم در شرایط غیرمجاز مسیر شارژ یا دشارژ را قطع می‌کند.
نصب، تهویه و دما
- محل نصب خنک و دارای تهویه باشد؛ گرما مهم‌ترین عامل کوتاه‌شدن عمر باتری سرب‌اسید است.
- باتری‌های یک رشتهٔ سری باید هم‌مدل، هم‌ظرفیت و هم‌سن باشند؛ ترکیب باتری نو و کهنه یا دو برند مختلف، باتری ضعیف‌تر را زودتر از کار می‌اندازد.
- کابل و فیوز یا کلید DC بر اساس بیشترین جریان دشارژ انتخاب شود و اتصال‌ها در بازدیدهای دوره‌ای سفت شوند.
- بانک‌های بزرگ‌تر به ثبت دوره‌ای ولتاژ و دما و آزمون تخلیه نیاز دارند تا افت ظرفیت پیش از قطعی بعدی دیده شود.
استانداردهای مرجع
این استانداردها چارچوب آزمون و ایمنی باتری‌های صنعتی را تعیین می‌کنند. متن استانداردها این‌جا بازتولید نمی‌شود؛ برای الزام دقیق به نسخهٔ رسمی هر سند مراجعه کنید.
- IEC 60896-21 و IEC 60896-22: باتری‌های سرب‌اسید ساکن از نوع دربسته (VRLA)؛ روش‌های آزمون و الزامات.
- IEC 62619: الزامات ایمنی سلول‌ها و باتری‌های لیتیومی در کاربردهای صنعتی.
- IEC 61427-1: باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر در کاربرد فتوولتائیک جدا از شبکه.
- IEC 62485-2: الزامات ایمنی نصب باتری‌های ساکن، از جمله تهویه.
پرسش‌های پرتکرار دربارهٔ باتری صنعتی
آیا می‌توان در یو پی اس به‌جای باتری سرب‌اسید، باتری لیتیومی گذاشت؟
فقط اگر شارژر یو پی اس پروفایل شارژ لیتیوم را پشتیبانی کند و باتری BMS داشته باشد. جایگزینی مستقیم روی دستگاهی که فقط برای سرب‌اسید تنظیم شده، باتری را در معرض شارژ نادرست قرار می‌دهد. یو پی اس آنلاین ۱ کاوا کیهان انرژی برای هر دو شیمی طراحی شده است.
باتری یو پی اس را کی باید تعویض کرد؟
نشانه‌های رایج، کوتاه‌شدن محسوس زمان پشتیبانی نسبت به روز نصب، ورم بدنه، داغ‌شدن غیرعادی هنگام شارژ و هشدار باتری در یو پی اس است. قضاوت قطعی با آزمون تخلیه زیر بار مشخص انجام می‌شود، نه فقط با اندازه‌گیری ولتاژ بی‌بار.
باتری خورشیدی با باتری یو پی اس چه فرقی دارد؟
باتری یو پی اس بیشتر در حالت آماده‌به‌کار است و گاه‌به‌گاه دشارژ می‌شود؛ باتری خورشیدی هر روز شارژ و دشارژ می‌شود. برای کار روزانه، باتری باید برای دشارژ عمیق و مکرر ساخته شده باشد و عمق دشارژ طراحی، محافظه‌کارانه انتخاب شود.
آیا می‌توان دو باتری با ظرفیت یا عمر متفاوت را سری کرد؟
توصیه نمی‌شود. در رشتهٔ سری، جریان همهٔ باتری‌ها یکی است و باتری ضعیف‌تر زودتر تخلیه و بیش از حد شارژ می‌شود؛ نتیجه، خرابی سریع‌تر کل رشته است.
ظرفیت باتری موردنیازم را چطور حساب کنم؟
با فرمول بالا و فهرست واقعی بار. برای یو پی اس از محاسبه‌گر یو پی اس و برای سیستم خورشیدی از محاسبه‌گر خورشیدی استفاده کنید، یا فهرست بار را برای بررسی بفرستید.
برای انتخاب باتری، شارژر یا کل سامانهٔ برق پشتیبان، فهرست بار، زمان پشتیبانی موردنیاز و ولتاژ سیستم را از طریق تماس با کیهان انرژی بفرستید. محصولات مرتبط: یو پی اس صنعتی · شارژر باتری صنعتی · رکتیفایر مخابراتی · اینورتر خورشیدی