UPS-batteri

Batterier till UPS

Ett UPS-batteri är den energikälla som gör att en UPS, även kallad avbrottsfri kraftförsörjning eller Uninterruptible Power Supply, kan fortsätta leverera elektricitet när nätströmmen försvinner eller blir instabil. Batteriet är därför en av de viktigaste komponenterna i hela UPS-systemet. Det används bland annat för att skydda datorer, servrar, nätverksutrustning, larmsystem, kommunikationsutrustning, kassasystem och annan elektronik där ett plötsligt strömavbrott kan orsaka driftstopp, dataförlust eller skador.

De vanligaste UPS-batterierna i mindre och medelstora system är slutna blybatterier med VRLA- och AGM-teknik. De är konstruerade för att stå laddade under långa perioder och snabbt kunna leverera hög effekt när strömförsörjningen bryts. I större och modernare UPS-anläggningar förekommer även andra tekniker, exempelvis TPPL och litiumjonbatterier. Valet av batteri beror bland annat på UPS-modell, systemspänning, fysisk storlek, önskad reservtid och hur hög belastning batteriet ska kunna försörja. AGM-baserade VRLA-batterier har under lång tid varit en vanlig teknik inom UPS-system.

Vad gör ett UPS-batteri?

Under normal drift får UPS-enheten elektricitet från elnätet samtidigt som batteriet hålls laddat. Om nätspänningen försvinner eller faller utanför de nivåer som UPS-enheten accepterar börjar UPS-systemet använda energin från batteriet. En växelriktare omvandlar då batteriets likström till den växelström som den anslutna utrustningen behöver.

Hur länge utrustningen kan drivas beror på flera faktorer. Batteriets kapacitet är viktig, men även belastningen spelar en stor roll. Ett UPS-system som är anslutet till en enda router kan därför ge betydligt längre reservtid än samma system anslutet till en kraftfull server och flera nätverksenheter.

Syftet är inte alltid att hålla utrustningen igång i flera timmar. I många installationer ska batteriet framför allt ge tillräckligt med tid för att:

• överbrygga korta strömavbrott,
• låta en dator eller server stängas av kontrollerat,
• hålla nätverksutrustning och kommunikation igång,
• försörja kritiska styrsystem tills reservkraft startar,
• förhindra omedelbara avbrott i känslig elektronisk utrustning.

AGM och VRLA – den vanligaste typen av UPS-batteri

En stor del av de UPS-batterier som används i exempelvis mindre UPS-enheter är VRLA-batterier. VRLA står för Valve Regulated Lead Acid och innebär att batteriet är ventilreglerat och normalt inte behöver fyllas på med vatten.

AGM står för Absorbent Glass Mat. I ett AGM-batteri finns elektrolyten absorberad i glasfibermattor mellan batteriets blyplattor. Konstruktionen skiljer sig därför från äldre öppna blybatterier där elektrolyten ligger som fri vätska.

AGM-tekniken passar särskilt bra för reservkraft eftersom batteriet kan hållas kontinuerligt laddat och snabbt lämna relativt stora strömmar. Ventilregleringen och gasåtervinningen minskar dessutom behovet av traditionellt batteriunderhåll.

Ett exempel på ett vanligt format är Yuasa NP7-12, ett 12 V AGM/VRLA-batteri på 7 Ah. Tillverkaren anger måtten cirka 151 × 65 × 97,5 mm och erbjuder varianter med olika Faston-anslutningar. Detta visar varför kapaciteten ensam inte räcker när man väljer ersättningsbatteri. Även mått och polanslutningar måste kontrolleras.

Vanliga spänningar och kapaciteter

UPS-batterier finns i många storlekar, men 12-voltsbatterier är mycket vanliga i mindre och medelstora UPS-system. Det förekommer även 6-voltsbatterier samt större batterisystem uppbyggda av flera batterier eller celler.

Vanliga kapaciteter bland mindre UPS-batterier kan exempelvis vara:

• 12 V 4–5 Ah,
• 12 V 7 Ah eller 7,2 Ah,
• 12 V 8–9 Ah,
• 12 V 12 Ah,
• 12 V 17–18 Ah,
• 12 V 24–26 Ah,
• 12 V 38–40 Ah,
• 12 V 60–65 Ah eller större.

Det är viktigt att förstå skillnaden mellan volt (V) och amperetimmar (Ah). Spänningen måste stämma med UPS-systemets konstruktion. Ah-värdet beskriver batteriets nominella kapacitet under angivna testförhållanden och ger en uppfattning om hur mycket energi batteriet kan lagra.

Ett batteri med fler amperetimmar är dock inte automatiskt ett korrekt ersättningsbatteri. Det måste även passa fysiskt, fungera med UPS-enhetens laddningssystem och kunna lämna tillräckligt hög effekt vid snabb urladdning.

Ett UPS-system kan använda flera batterier

Att ett enskilt batteri är märkt 12 V betyder inte att UPS-systemet arbetar med 12 V batterispänning. Många UPS-enheter kopplar flera 12-voltsbatterier i serie.

Två 12 V-batterier i serie ger exempelvis ett batteripaket med nominellt 24 V. Fyra 12 V-batterier kan ge 48 V. Större UPS-anläggningar kan använda betydligt högre DC-spänningar genom att många batterier kopplas samman.

Därför bör samtliga batterier i ett seriekopplat batteripaket normalt vara så lika som möjligt när det gäller typ, kapacitet och kondition. Om ett gammalt och ett nytt batteri blandas kan skillnader i intern resistans och kapacitet påverka hur batteripaketet arbetar.

Kapacitet i Ah berättar inte hela sanningen

Ett vanligt misstag är att endast jämföra amperetimmar. För UPS-användning är även batteriets förmåga att leverera hög effekt under relativt kort tid viktig.

Kapacitetsvärden anges ofta vid en relativt långsam urladdning. En UPS kan däremot behöva ta ut mycket hög ström under några få minuter. Den praktiskt tillgängliga kapaciteten vid ett sådant uttag kan därför vara lägre än vad man skulle kunna förvänta sig från Ah-värdet.

Av denna anledning specificeras större UPS-batterier ibland med effektvärden vid exempelvis 5, 10 eller 15 minuters urladdning. Batterier som är särskilt konstruerade för UPS kan ha plattor och interna anslutningar som är optimerade för hög effekt. EnerSys beskriver exempelvis UPS-anpassade VRLA-serier med specifikationer baserade på watt per cell vid korta urladdningstider.

Vilka material används i ett UPS-batteri?

I ett traditionellt AGM/VRLA-batteri består de viktigaste delarna bland annat av:

• blybaserade positiva och negativa plattor som deltar i den elektrokemiska reaktionen,
• svavelsyrabaserad elektrolyt som är absorberad i separatorn,
• glasfibermatta som binder elektrolyten i AGM-konstruktionen,
• ABS-plast eller liknande plastmaterial i batterihöljet,
• metallanslutningar för överföring av ström till UPS-systemet,
• säkerhetsventiler som reglerar trycket inne i batteriet.

Det finns även flamskyddade batterihöljen för miljöer där högre krav ställs på brandsäkerheten. Yuasa har exempelvis både standardhöljen och FR-varianter där höljet uppfyller högre flamskyddsklassning.

Vanliga mått på UPS-batterier

Det finns ingen enda standardstorlek som passar samtliga UPS-enheter. Däremot återkommer vissa format ofta. Ett mycket vanligt kompakt 12 V 7 Ah-format ligger omkring 151 mm långt, 65 mm brett och knappt 100 mm högt.

Även batterier med snarlik kapacitet kan skilja några millimeter i höjd eller bredd. I en kompakt UPS-enhet kan sådana skillnader vara tillräckliga för att batteriet inte ska passa.

Kontrollera därför alltid:

• längd
• bredd
• höjd inklusive anslutningar
• nominell spänning
• kapacitet
• polernas placering
• anslutningarnas typ och bredd

F1- och F2-anslutningar på UPS-batterier

På mindre UPS-batterier används ofta flatstiftsanslutningar, ibland benämnda Faston. Två mycket vanliga storlekar är ungefär 4,75 mm och 6,35 mm. De brukar i handeln även beskrivas som F1 respektive F2.

Det är en detalj som lätt förbises. Två batterier kan ha exakt samma spänning, kapacitet och yttermått men ändå använda olika anslutningar. Exempelvis finns Yuasas 12 V 7 Ah-batterier i utföranden med både 4,75 och 6,35 mm Faston-terminaler.

På större batterier används ofta kraftigare skruv- eller bultanslutningar eftersom betydligt högre ström kan förekomma.

Hur väljer man rätt UPS-batteri?

Det säkraste sättet är att utgå från specifikationerna på det befintliga batteriet och UPS-tillverkarens krav. Ett ersättningsbatteri bör inte väljas enbart eftersom det ser likadant ut.

Kontrollera framför allt följande:

• Spänning: exempelvis 12 V.
• Kapacitet: exempelvis 7 Ah, 9 Ah eller 12 Ah.
• Batteriteknik: normalt AGM/VRLA om UPS-enheten är konstruerad för detta.
• Mått: batteriet måste rymmas i batterifacket.
• Poltyp: exempelvis F1, F2 eller skruvanslutning.
• Polplacering: plus- och minuspol måste sitta rätt.
• Effektegenskaper: batteriet ska klara UPS-systemets belastning och korta höga strömuttag.
• Antal batterier: vissa UPS-modeller använder två, fyra eller betydligt fler batterier.

Hur länge håller ett UPS-batteri?

Livslängden påverkas kraftigt av batterityp, temperatur, laddningsspänning, antal urladdningar och hur djupt batteriet urladdas. För vanliga mindre VRLA-batterier förekommer ofta designklasser runt några år. Yuasa anger exempelvis 3–5 års designlivslängd för sin NP-serie under specificerade förhållanden, medan vissa mer avancerade UPS-batteriserier är konstruerade för betydligt längre designlivslängd.

Designlivslängd ska inte tolkas som en garanti för att varje batteri kommer att fungera lika länge. Hög temperatur är särskilt påfrestande. Ett batteri som står varmt inne i ett dåligt ventilerat UPS-skåp kan åldras betydligt snabbare än ett motsvarande batteri i en sval och stabil miljö.

Vanliga tecken på ett dåligt UPS-batteri

UPS-batterier tappar gradvis kapacitet när de åldras. Det är därför inte alltid tydligt att batteriet börjar bli dåligt förrän ett självtest eller ett faktiskt strömavbrott inträffar.

Vanliga symptom är:

• UPS-enheten visar batterivarning eller meddelande om batteribyte,
• reservtiden har blivit märkbart kortare,
• UPS-enheten stängs av omedelbart när nätströmmen försvinner,
• självtest misslyckas,
• batteriet blir ovanligt varmt,
• batterihöljet har svällt eller deformerats,
• anslutningar visar oxidation eller värmeskador,
• ett batteri i ett större batteripaket uppvisar tydligt annorlunda elektriska värden än övriga.

Ett svullet batteri är ett tydligt varningstecken och bör inte betraktas som normalt slitage. Problemet kan bland annat vara kopplat till hög temperatur, åldrande eller felaktiga laddningsförhållanden.

Vilka delar kan behöva bytas vid batteriproblem?

När ett UPS-system får problem med reservkraften är batteriet en vanlig felkälla, men inte den enda. Beroende på konstruktion och felbild kan berörda komponenter bland annat vara:

• ett eller flera UPS-batterier,
• batterikablage,
• batterikontakter och flatstift,
• säkringar i batterikretsen,
• färdiga batterikassetter eller batterimoduler,
• kontakter mellan UPS och externt batteripaket.

Om ett system består av flera seriekopplade batterier är det viktigt att bedöma batteripaketet som helhet. Ett enda kraftigt försämrat batteri kan påverka hela strängen.

Skillnaden mellan billiga och dyrare UPS-batterier

Två UPS-batterier kan på etiketten båda vara märkta 12 V 7 Ah men ändå skilja mycket i pris. Skillnaden behöver inte bara bero på varumärket.

Ett dyrare batteri kan exempelvis ha:

• mer påkostad plattkonstruktion,
• bättre kontroll över tillverkningskvaliteten,
• lägre intern resistans,
• bättre egenskaper vid höga urladdningsströmmar,
• högre specificerad designlivslängd,
• flamskyddat batterihölje,
• mer avancerade ventiler och intern konstruktion,
• bättre dokumenterad prestanda och fler certifieringar.

För en enkel UPS som driver mindre elektronik under några minuter kan ett vanligt AGM/VRLA-batteri vara fullt tillräckligt. I serverrum, datacenter och andra installationer där ett avbrott blir kostsamt används däremot ofta batterier som är särskilt konstruerade för hög effekttäthet och säker reservkraft.

TPPL – en vidareutveckling av AGM-tekniken

I mer krävande UPS-system förekommer TPPL, Thin Plate Pure Lead. Det är en form av VRLA/AGM-teknik där mycket rena och tunna blyplattor används. Genom att använda tunnare plattor kan större aktiv plattarea byggas in i batteriet, vilket bland annat kan ge hög effekttäthet och goda egenskaper vid kraftiga strömuttag. EnerSys använder exempelvis TPPL-teknik i batterisystem för krävande UPS- och datacentertillämpningar.

Den typen av batteri kostar normalt mer än ett enklare allround-AGM-batteri, men är också utvecklad för betydligt hårdare krav.

Litiumjonbatterier i moderna UPS-system

Litiumjonteknik används också i vissa moderna UPS-system, framför allt där låg vikt, kompakt format, hög energitäthet eller lång livslängd prioriteras. Tekniken skiljer sig markant från ett traditionellt VRLA-batteri och kräver ett UPS-system och en batterihantering som är konstruerade för rätt batterikemi. EnerSys beskriver litiumbaserade lagringssystem som ett alternativ för moderna datacenter med höga effektkrav och begränsat utrymme.

Det betyder att ett vanligt 12 V AGM-batteri inte utan vidare kan ersättas med ett litiumbatteri bara för att den nominella spänningen verkar liknande. Laddningssystem, skyddselektronik och batterihantering måste vara anpassade till tekniken.

Vanliga tillverkare av UPS-batterier

Marknaden omfattar både batteritillverkare och UPS-tillverkare som säljer kompletta batterimoduler. Bland välkända namn inom reservkraft och industriella batterier finns exempelvis Fulbat, Yuasa, CSB och EnerSys. På UPS-sidan förekommer bland annat APC by Schneider Electric tillsammans med flera andra tillverkare av avbrottsfri kraft.

Det viktigaste är dock inte att välja batteri enbart efter varumärke. Kontrollera i första hand att batteriets tekniska egenskaper överensstämmer med vad UPS-enheten kräver.

Sammanfattning – det viktigaste att kontrollera när du köper UPS-batteri

Ett UPS-batteri är konstruerat för att ge snabb och tillförlitlig reservkraft när den vanliga strömförsörjningen försvinner. I mindre UPS-system är 12 V AGM/VRLA-batterier mycket vanliga, medan större installationer kan använda omfattande batteribanker, specialanpassade högprestandabatterier, TPPL eller litiumbaserade system.

Vid val av nytt batteri bör du inte bara titta på Ah-värdet. Kontrollera alltid spänning, kapacitet, yttermått, poltyp, polplacering, batteriteknik, effektprestanda och antal batterier i UPS-systemet. För vanliga kompakta UPS-enheter förekommer exempelvis 12 V-batterier kring 7–9 Ah mycket ofta, men både mindre och betydligt större kapaciteter används beroende på UPS-modell.

Ett billigare batteri kan vara ett bra alternativ i mindre och mindre kritiska system, medan batterier i högre kvalitetsklasser ofta motiverar sitt högre pris genom bättre konstruktion, högre effekttålighet, längre specificerad designlivslängd eller högre krav på brandsäkerhet och tillförlitlighet. Genom att jämföra hela specifikationen i stället för enbart spänning och kapacitet blir det betydligt enklare att välja rätt UPS-batteri och få den reservtid och driftsäkerhet som UPS-systemet är tänkt att ge.