VRLA или LFP: какие батареи выбрать для ИБП

Батарея — самая капризная часть ИБП. Инвертор служит долго, а батареи меняют несколько раз за срок его службы, и от их химии зависят площадь батарейной, требования к климату и то, насколько точно вы знаете, сколько продержится нагрузка. Разберём два варианта, которые предлагают Kehua и ABSolite: свинцово-кислотные VRLA и литий-железо-фосфатные LFP.

Что такое VRLA и LFP

VRLA — герметичные свинцово-кислотные батареи с клапанным регулированием. Это привычный вариант: по каталогу Kehua их поддерживает вся линейка ИБП этой марки, а у ABSolite свинцово-кислотные батареи указаны, например, для FLEX-RM и модульных MODA на 600–1200 кВА.

LFP (LiFePO4, литий-железо-фосфат) — разновидность литий-ионных батарей с химией, наиболее устойчивой к перегреву. Для ИБП их поставляют не россыпью, а готовыми шкафами: модули, коммутационный блок и система управления батареями (BMS). У Kehua это система S3, у ABSolite — Smart Li.

Температура

Свинцово-кислотным батареям нужен узкий диапазон — около 20–25 °C. Производитель прямо предупреждает: при температуре выше 20 °C срок службы батареи сокращается вдвое на каждые 10 °C. Батарейная при 30 °C — это батареи, которые придётся менять в два раза чаще.

LFP-шкафы ABSolite Smart Li рассчитаны на 15–35 °C, а по данным производителя работают до 40 °C без потери эффективности. Kehua S3 работает при 0…40 °C, рекомендуемый диапазон — +15…+30 °C. Встроенная литиевая батарея стоечного Kehua KR-RM Li выдерживает до +60 °C без повреждения.

Практический вывод: если в батарейной нет точного кондиционирования, LFP снимает главный риск свинцовых батарей.

Площадь и нагрузка на пол

Большой свинцовый массив для ЦОД занимает отдельное помещение и нагружает перекрытие так, что пол приходится усиливать. Подключать очень большие массивы тоже трудно: в длинных цепочках и параллельных ветвях батареи разбалансируются.

Литиевые шкафы занимают меньше места. Например, шкаф Kehua S3 размером 600 × 860 × 2000 мм вмещает до 69 кВт·ч, шкаф ABSolite на 512 В / 200 А·ч — 102,4 кВт·ч. Наращивают их тоже шкафами: Kehua S3 — до 15 в параллель, ABSolite Smart Li — до 16.

Контроль состояния

Главный недостаток свинцового массива — неизвестность. Батареи в цепочке стареют неравномерно, и точно определить состояние каждой нельзя: о слабой батарее часто узнают во время отключения сети.

В LFP-шкафу этим занимается BMS. У ABSolite Smart Li она трёхуровневая:

на уровне модуля следит за напряжением, температурой, зарядом и сопротивлением ячеек с точностью 3 мВ и 0,5 °C и выравнивает ячейки;
на уровне шкафа отключает его при аварии;
на уровне системы выводит всё на один сенсорный экран, передаёт данные в ИБП по RS485 и в диспетчерскую по Ethernet.

У Kehua S3 BMS тоже трёхуровневая, точность оценки заряда — не хуже 95 %, саморазряд — не более 3 % в месяц. Неисправный модуль отключается автоматически, а ёмкость каждого модуля проверяют, не отключая питание.

Безопасность

Литий вызывает вопросы о пожаре, поэтому производители закладывают защиту на каждом уровне. У ABSolite Smart Li корпус модуля из огнестойкого материала класса V0, есть защита от удара и от перегрева ячеек, а пожаротушение двухуровневое: в модуле срабатывает при 62 °C, в шкафу (опция) — при 150 °C. Тушащее вещество — перфторгексанон, система автономная и не требует отдельной сигнализации.

У Kehua S3 — двойная изоляция, обесточенный силовой разъём и противопожарная защита в каждом модуле.

Обслуживание и замена

Модули Kehua S3 подключаются по принципу plug-and-play, обслуживание модуля занимает около пяти минут, старые и новые модули работают вместе. Ёмкость можно добавлять постепенно, не меняя весь шкаф.

У свинцовых батарей в ИБП Kehua MR33 своя гибкость: в цепочке от 30 до 50 блоков, поэтому один неисправный блок можно исключить, не меняя весь массив.

А что со сроком службы

Здесь легко ошибиться. Для LFP-шкафов ABSolite указан срок службы до 10 лет, а для своих свинцовых батарей серии S/HR тот же производитель пишет о 15 годах — при правильной температуре. Поэтому сравнивать химии в годах некорректно: срок службы свинцовых батарей определяют температура и режим разрядов, а не цифра в каталоге.

Сильная сторона LFP — стабильность: ресурс меньше зависит от нагрева, батарея устойчива к глубокому разряду, а её состояние известно в любой момент.

Сколько продержится нагрузка

Время работы берут из таблиц производителя. Шкаф ABSolite на 512 В / 120 А·ч держит 300 кВт пять минут, 224 кВт — пятнадцать, 114 кВт — тридцать. Комплект Kehua «стоечный ИБП + S3» на восьми модулях по 40 А·ч держит 10 кВт около полутора часов. Для Kehua S3 реальное время принимают как теоретическое, умноженное на 0,9.

Как выбрать

VRLA разумна, когда:

ИБП небольшой и батареи встроены в корпус;
в батарейной стабильные 20–25 °C;
несколько ИБП в параллели работают с общей батареей — так умеют Kehua KR-RM 10–40, KR33, Myria и KR33 на 300–1200 кВА.

LFP стоит выбрать, когда:

в батарейной жарко или нет точного кондиционирования;
места мало, а перекрытие не рассчитано на свинцовый массив;
нужен точный контроль состояния и автоматическое отключение неисправного модуля;
разряды частые и глубокие.

LFP совместимы не со всеми ИБП: Kehua S3 работает с ИБП Kehua от 10 до 1200 кВА, ABSolite Smart Li — с модульными MODA. Подробнее — на странице литиевых батарей для ИБП. Тип батарей задают в конструкторе на шаге про батареи: он отметит модели, у которых литий подтверждён производителем.