Guide des batteries UPS 2024 pour une alimentation ininterrompue

Les alimentations sans coupure (UPS) sont devenues un équipement essentiel pour les particuliers et les entreprises afin de protéger les appareils électroniques sensibles contre les coupures de courant. Au cœur du système UPS se trouve la batterie UPS, qui fournit une alimentation de secours en cas de panne de courant. Les batteries UPS permettent au système UPS de passer en toute transparence à l'alimentation de secours par batterie, fournissant de l'électricité jusqu'à ce que l'alimentation secteur revienne ou que les batteries soient épuisées. Cette brève interruption permet aux serveurs, ordinateurs et autres appareils électroniques de continuer à fonctionner normalement pendant une panne.

Les batteries UPS sont si essentielles car elles fournissent de l'électricité lorsque nous en avons le plus besoin : lors de pannes de courant causées par des tempêtes, des accidents ou d'autres pannes de réseau. Sans un système UPS doté de batteries saines, nos appareils s’éteindraient brusquement dès que l’alimentation du réseau serait coupée. Cette perte de puissance soudaine présente des risques de perte et de corruption de données ainsi que des pannes matérielles dans les composants électroniques délicats. Comprendre les types de batteries UPS, leurs fonctions, leurs pièces et les meilleures pratiques nous permet de maintenir ces systèmes de sauvegarde critiques à leur fonctionnement optimal.

Qu'est-ce qu'une batterie UPS ?

Une batterie UPS est une batterie au plomb rechargeable connectée à un système d'alimentation sans coupure afin qu'elle puisse fournir une alimentation immédiate aux équipements connectés en cas de panne de courant ou de baisse de tension. La batterie permet à l'onduleur de fournir une électricité continue et conditionnée aux appareils en passant de manière transparente de l'alimentation CA de la prise murale à l'alimentation de la batterie CC stockée.

Les batteries UPS sont conçues pour une charge et une décharge rapides afin de fournir une alimentation de secours pendant de courtes périodes, généralement 5 à 15 minutes pour les petits modèles grand public/bureau et une heure ou plus pour les grandes unités commerciales. Cela donne aux équipements et systèmes informatiques suffisamment de temps pour s'arrêter complètement lors d'une panne de courant prolongée avant que les batteries de l'onduleur ne soient épuisées.

Différents types de batteries UPS expliqués

Les deux principaux types de systèmes UPS. Les batteries UPS utilisées sont très différentes les unes des autres. Examinons-les en détail.

UPS de secours

Les systèmes de secours transmettent l'électricité directement de la prise secteur aux appareils connectés pendant le fonctionnement normal. En cas de coupure de courant, il passe aux piles. Les unités de secours utilisent généralement des batteries au plomb scellées et sans entretien en raison de leur durabilité et de leurs performances en cycle profond. Les types de batteries au plomb les plus populaires comprennent :

• Plomb-acide régulé par valve (VRLA) – Utilise une soupape de surpression pour évacuer les gaz tout en gardant la batterie étanche contre les fuites ou les déversements. Cette conception sans entretien leur permet d'être montés en toute sécurité dans n'importe quelle orientation.
• Tapis de verre absorbant (AGM) – Les plaques de plomb saturées d’électrolyte sont étroitement emballées entre les fibres des tapis de verre absorbant au lieu d’être immergées dans un liquide. Cela permet un fonctionnement sûr même lorsqu'ils sont inclinés sur le côté.

UPS en ligne

Online configurations constantly circulate power through the UPS’s voltage regulation and battery charging systems before sending it to attached electronics. This provides additional filtering and conditioning. Online UPS systems most often utilize valve-regulated sealed lead acid batteries because of their faster recharge capabilities to stay topped off between short discharges.

Modern advances have brought lithium-ion batteries into many consumer and commercial UPS systems as well. Their fast recharge times, low maintenance needs, and compact size make lithium-ion batteries well-suited for supplying backup power in smaller units.

Quelles sont les applications des batteries UPS ?

The sole but invaluable purpose of a UPS battery is to provide temporary electric power from its stored reserves to keep critical systems and equipment powered on without interruption when mains electric service is lost.

Some common examples of UPS battery powered loads during outages:

• Computer workstations and servers

Protects against immediate data loss or operating system crashes as computers gracefully shut down. UPS batteries allow active servers and PCs to remain online for 5-15 minutes in most cases, enough time to send alerts, automatically save data, and safely close open programs. Without a battery backup, sudden loss of power can lead to corrupt drives, crashed servers, and loss of recent unsaved processing across entire networks.

• Networking/telecom equipment

Maintient la continuité des données d’entreprise et des communications vocales. Les systèmes téléphoniques/VoIP, les routeurs, les commutateurs gérés et autres équipements de connectivité ne disposent souvent d'aucune protection contre les surtensions ni d'un filtrage d'alimentation. Les unités UPS de qualité fournissent une tension constante, une conversion de fréquence et une sortie d'onde sinusoïdale pure pour maintenir les réseaux en marche pendant des problèmes temporaires de réseau ou de courtes pannes. Le temps gagné par la batterie pour transférer les connexions en douceur évite les appels VoIP interrompus et les flux de travail interrompus.

• Équipement médical

Peut aider à maintenir les systèmes de survie jusqu'à ce que le courant soit rétabli de manière permanente ou que le transport ait lieu. Les appareils de dialyse, les ventilateurs, les moniteurs et autres équipements hospitaliers critiques disposent de réserves de batterie temporaires en interne, mais pas de régulation de tension. Les systèmes UPS assurent la continuité de l'alimentation sans endommager les fluctuations de tension lors des transitions vers des batteries internes ou des générateurs de secours. Cela aide à stabiliser les patients sous assistance respiratoire pendant les pannes.

• Systèmes d'alarme et de sécurité

Maintient les systèmes de surveillance opérationnels et empêche les déclenchements dus à une panne de réseau. Les alarmes anti-intrusion, les systèmes de contrôle d'accès, les caméras et la surveillance de l'environnement peuvent être particulièrement sujets aux coupures de courant. Les batteries UPS à décharge élevée évitent les fausses alarmes tout en assurant la surveillance de la propriété lors d'incidents de courte durée.

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Choses que vous n'êtes pas censé faire avec une batterie UPS

Bien que les batteries UPS jouent un rôle essentiel pour l'alimentation de secours à court terme, il existe des limites précises à ce pour quoi elles sont conçues :

• Pannes prolongées

Les batteries UPS ne sont équipées que pour combler les coupures de courant d'une durée de quelques minutes ou d'une heure au maximum. Ils utilisent une technologie au plomb à charge/décharge rapide, inadaptée aux applications à vidange lente. La profondeur de décharge et les cycles lourds et répétitifs dégraderont rapidement la durée de fonctionnement. La capacité de la batterie UPS doit être choisie de manière appropriée pour un arrêt progressif de l'équipement protégé en fonction de la charge.

• Moteurs/compresseurs

Le courant d'appel élevé nécessaire au démarrage des moteurs et des équipements de réfrigération peut surcharger instantanément un système UPS plusieurs fois au-delà de la capacité de la batterie. Les surtensions provenant de ces composants inductifs peuvent potentiellement endommager les composants de l'onduleur non dimensionnés en conséquence. Les générateurs séparés sont mieux adaptés aux demandes de démarrage de moteurs.

• Toute la maison ou le bureau

À l'exception des plus grandes unités commerciales, la plupart des batteries UPS n'ont pas la capacité de stockage d'énergie ni la puissance de l'onduleur suffisante pour alimenter plus que des circuits électroniques et d'éclairage critiques très sélectifs. Tenter de pousser des unités de taille inadéquate au-delà de charges de 1 000 à 1 500 W+ peut entraîner une défaillance prématurée en cas de perturbations prolongées liées aux conditions météorologiques.

• Remplacement incorrect de la batterie

Une composition chimique, une tension ou une capacité en ampères-heures inadaptée lors du remplacement des batteries UPS entraîne souvent une panne prématurée ou une durée de fonctionnement insuffisante. Consultez toujours les spécifications techniques et utilisez les batteries de remplacement recommandées par le fabricant de l'onduleur ou un revendeur certifié.

Tenter de pousser une batterie UPS au-delà de ces limites raisonnables entraînera probablement un fusible grillé, des charges découvertes ou une panne prématurée de la batterie. Les systèmes UPS ne sont pas conçus comme une alternative à la production d’électricité permanente lors de pannes de courant prolongées sur plusieurs jours – un générateur de secours est mieux équipé pour gérer ce scénario.

Composants et structure de la batterie UPS

Les batteries UPS ont les mêmes composants de base que les batteries au plomb normales, spécialisées pour les cycles de charge/décharge élevés. Éléments typiques d'une batterie UPS :

• Assiettes

Plaques en alliage de plomb qui stockent et libèrent une charge électrique par des réactions chimiques avec l'électrolyte d'acide sulfurique. Les batteries UPS AGM rectangulaires intègrent les plaques dans des tapis en fibre de verre, tandis que les modèles inondés les submergent directement dans des électrolytes liquides. Ces plaques constituent les bornes positives et négatives de la cellule de la batterie.

• Terminaux

Autoriser la connexion du câblage aux circuits de charge/surveillance externes de l'UPS et à la charge connectée pendant la décharge. Peut inclure plusieurs bornes positives et négatives à chaque extrémité de la batterie pour des taux de décharge plus élevés. Un couple de borne approprié garantit des contacts sûrs et à faible résistance.

• Cas

Abrite les plaques et l’électrolyte, généralement en plastique dur. Les conceptions AGM scellées isolent complètement l’électrolyte de l’exposition pendant l’utilisation ou l’installation. Les étuis comprennent des marquages ​​pour l'identification et des spécifications techniques telles que la tension des cellules.

• Bouchons d'aération

Certaines batteries humides à cellules inondées utilisent des bouchons ventilés qui permettent aux gaz de s'échapper tout en empêchant les déversements/fuites. Les conceptions scellées renoncent aux évents supérieurs pour une sécurité et une flexibilité d’orientation accrues.

Dans les conceptions avancées de batteries UPS, des circuits de surveillance et de contrôle supplémentaires permettent d'optimiser les performances, la protection et la durée de vie :

• Circuits de protection

Surveille la tension et empêche les conditions de décharge excessive via la déconnexion. Cela aide à prévenir les dommages permanents causés aux cellules par un cycle excessivement profond.

• Jauge de carburant

La puce intégrée calcule les minutes d'autonomie approximatives en fonction de la charge et de la charge restante. Permet une mise hors tension plus intelligente des équipements protégés lorsque les batteries de l'onduleur s'épuisent lors d'une panne prolongée.

• Lignes de communication

Connectez les batteries avancées directement au contrôleur principal de l'UPS à l'aide de connexions de données telles que I2C. Permet un contrôle de charge et des diagnostics précis pour optimiser l'autonomie et la durée de vie.

• Capteur de température

Détecte les points chauds internes des cellules au-delà des limites de sécurité qui peuvent accélérer l’usure et réduire la capacité. Signifie la nécessité de remplacer la batterie.

Ensemble, tous ces composants intégrés permettent aux batteries UPS de bien remplir leur fonction : fournir de l'électricité vitale à court terme dès l'instant même où une panne de courant se produit pour maintenir la continuité des systèmes critiques. Investir dans des batteries UPS de qualité provenant de fabricants réputés permet de garantir des années de service fiable.

Combien de temps durent les batteries UPS ?

La durée de vie de la batterie UPS dépend de plusieurs facteurs clés :

1. Chimie des batteries

Le type de technologie de batterie rechargeable à l’intérieur de l’onduleur détermine la durée de vie utile totale :

Acide de plomb – La chimie UPS la plus éprouvée et la plus économique offre une durée de vie de 3 à 5 ans. Le plomb-acide peut résister à 300 à 800 cycles complets de décharge/recharge avant que la capacité ne chute excessivement, nécessitant un remplacement. Un échec progressif permet une surveillance.

Lithium-Ion – Les batteries à densité énergétique plus élevée que l'on trouve dans les appareils électroniques grand public permettent une durée de vie de 5 à 10 ans dans les systèmes UPS, mais coûtent plus cher au départ. Les piles au lithium conservent une capacité constante pendant 1 000 à 2 000 cycles, puis cessent brusquement de fonctionner une fois réellement épuisées.

Chimie émergente – Les nouvelles technologies du lithium comme le lithium fer phosphate (LiFePO4) pourraient débloquer 10 à 15 ans de fonctionnement. Les premiers tests démontrent des théories de plus de 5 000 cycles sans dégradation progressive comme le plomb. Pourrait devenir courant dans les futurs systèmes UPS.

2. Profondeur de décharge

Les décharges complètes fréquentes raccourcissent la durée de vie de la batterie au plomb plus rapidement que les décharges superficielles occasionnelles qui minimisent la tension. Les cellules au lithium ont une plus grande tolérance en profondeur sur un plus grand nombre de cycles. Empêcher les états trop drainés prolonge les années de service.

Cycles de recharge Le nombre total de cycles de décharge/recharge à vie affecte la longévité quelle que soit la profondeur. Plus de cycles égalent une usure cumulative plus rapide. L'instabilité du réseau provoquant une utilisation fréquente mais peu profonde de la batterie de l'onduleur consomme des cycles globaux plus rapidement que des événements de sauvegarde moins fréquents permettant des recharges complètes.

3. Température

La chaleur accélère les processus chimiques qui dégradent les batteries au fil du temps. Le maintien d'une température de fonctionnement de 68°F à 77°F donne les meilleures performances de la batterie UPS et maintient une capacité élevée. Des conditions plus froides peuvent réduire la puissance initiale mais prolonger les années de service.

Des facteurs supplémentaires liés à la durée de vie réelle de la batterie UPS, tels que la stabilité du réseau, la variabilité de la durée des pannes et la maintenance préventive, ont un impact sur le calendrier global de remplacement. Mais un dimensionnement approprié des unités pour la charge de l'équipement protégé tout en surveillant leur utilisation permet de maximiser la durée de vie.

Quels sont les avantages et les inconvénients d'un système UPS ?

Les alimentations sans coupure offrent une protection précieuse mais présentent des limites à prendre en compte en fonction des modèles et des capacités choisis :

Avantages:

• L'alimentation de secours temporaire par batterie comble les lacunes dans la fourniture d'électricité à partir du réseau électrique public lors de pannes de courant, de baisses de tension et de fluctuations de tension. Cette puissance de sortie maintenue évite la perte de données et les arrêts brusques des composants électroniques sensibles.
• Advanced UPS units actively regulate voltage and provide surge suppression. This conditions incoming electricity to protect hardware from long term damage of routine power grid irregularities.
• For precision electronics like medical devices, UPS systems convert raw sine waves to clean pure sine wave power and tight frequency regulation. This prevents shutdowns from frequency variations.
• When combined with generators in a tiered redundancy approach, UPS batteries significantly extend the available generator runtime by first shouldering the load temporarily. This reduces prolonged generator fuel needs and wear.
• Modular or scalable UPS configurations allow tailored backup power designed around current IT load levels with the ability to expand battery capacity as future demands grow. This reduces upfront costs and waste.
• Advanced lithium-ion UPS chemistry lasts over twice as long as legacy lead-acid batteries, operates better in heat and allows more storage capacity in less physical space. This extends usefulness and runtime.
• Managed service providers can remotely monitor UPS systems and proactively respond to alerts predictive of potential faults. This maximizes uptime and planning of maintenance or upgrades.
• New eco-mode configurations place UPS hardware into standby to conserve electricity until the exact moment utility power fails and backup needs to engage. This saves long term energy costs.

Cons:

• Total costs rise substantially – UPS systems bear not only significant purchase expenses but replacement battery expenses every 3-10 years depending on utilization levels.
• Like any complex electrical equipment, faulty UPS units pose reliability risks as an additional potential failure point over surge protectors. Carefully matching quality UPS systems to loads improves protection.
• Require regular maintenance like monitoring batteries for end of lifespan, annual runtime testing to validate capacity, cleaning contacts, etc. Higher capability units demand meticulous upkeep to deliver promised protection.
• Outage events exceeding designed battery backup time can still result in work interruptions if generators or utility power remains unavailable to recharge batteries keeping systems online.

Conseils d'entretien efficaces pour les batteries UPS

Preventative monitoring and maintenance are key to maximizing UPS battery runtime and total operational lifespan. Recommended best practices include:

1. Tests de décharge annuels

Perform annual automated or manual discharge tests under load to validate backup time still meets equipment shutdown requirements. Compare against baseline ratings to identify capacity degradation for replacement planning. Discharge testing helps determine if batteries are still capable of providing the expected amount of backup time to properly shut down connected equipment during a power outage.

2. Surveiller les cycles d'utilisation et les charges

Log power events, discharge depths, and load levels over time to predict likely replacement timing based on cumulative strain. Watch for unplanned rises representing possible trouble like impending failures. Tracking battery usage patterns helps determine the actual cumulative load being placed on the batteries to estimate realistic timing for replacement before potential failure during a critical power event.

3. Gardez les batteries propres et sécurisées

Clear dust buildup around battery assemblies and UPS airflow paths regularly as particulate accumulation can inhibit effective cooling. Check integrity of wiring connections occasionally for corrosion or looseness degrading circuit continuity to critical backup systems. Improper connections can increase resistance leading to equipment damage or failure to switch to batteries during an outage.

4. Contrôler les conditions environnementales

Maintain temperatures year-round between 68-77° Fahrenheit and stable humidity across operating life. Cooler conditions extend overall battery lifespan exponentially. Prevent direct heat or sunlight exposure on units. Batteries slowly lose charge capacity if consistently operated at higher temperatures. Keeping temperatures modulated year-round optimizes chemical processes during charging cycles.

5. Testez et remplacez les piles défectueuses

Periodically test a sampling of individual battery units under load to identify any with degraded capacity or signs of pending failure. Proactively replace defective batteries exceeding a 20% reduction in rated capacity. Waiting too long increases the risk of catastrophic failures during critical power events.

6. Envisagez des remplacements complets périodiques

For UPS systems with multiple strings of series-connected batteries, proactively replacing the entire set every 3-5 years reduces likelihoods of one defective battery affecting the entire string’s output. Staggered individual replacements can still leave systems exposed to sudden failures.

7. Utiliser l'analyse prédictive

Monitoring Advanced battery monitoring systems with predictive analytics helps determine optimum replacement timing based on actual usage history versus relying on fixed lifetime estimates. This approach maximizes the useful lifespan of batteries before replacement.

8. Respecter les spécifications du fabricant

Always follow battery and UPS manufacturers’ recommendations for acceptable temperature thresholds, maximum discharge depths, recharge cycles, and required reconditioning intervals. Exceeding guidelines risks voiding warranties and reducing operational lifetimes.

Guide de remplacement et d'élimination appropriée des batteries UPS

With finite lifespans ranging from 3-10 years based on model, chemistry and usage levels, UPS battery replacement is a necessary cost of equipment ownership. Proper handling during swap out and recycling or disposal follows vital guidelines:

1. Evaluate via Testing & Order Replacements

Continuously evaluate battery bank charge capacity and overall health over time via discharge tests under load. Compare to initial ratings to determine extent of degradation signaling replacement needs. Once exceeding 20% reduction, order correctly sized new batteries from UPS system OEM or certified resellers to maintain backup runtimes.

1. Engage Qualified Servicers

Given hazardous voltage levels, engage authorized technicians or follow stringent safety protocols when disconnecting old batteries for swap out. Safely shift connected load equipment to bypass mode then detach expired units without interrupting outage protection operation. Servicers have proper training, tools and PPE for safe handling.

1. Adhere to Transportation Regulations

If shipping old lithium-based batteries offsite, strictly follow mandated packaging, hazard labels, quantity limits and vehicle restrictions to minimize fire risks. Similarly, avoid stacking heavy lead-acid UPS batteries during transport as cracks can leak dangerous acids. Review recycling firm qualifications thoroughly regarding battery shipments.

1. Identify Approved Recycling Channels

Hazardous battery types require responsible recycling channels to reclaim their metal compounds rather than landfill disposal. Locate experienced recyclers approved for the specific chemistry like sealed lead acid, lithium-ion, or nickel-based cells. Documentation helps demonstrate environmental compliance during proper disposal.

1. Install & Test Replacements

With safety checks complete, install new batteries using torque specifications on wiring connections to avoid overtightening or leaving loose gaps in circuits. Power up UPS then initiate recharge and performance validation protocols before reconnecting protected equipment. Finally, break down and recycle battery packaging responsibly.

Ongoing Preventative Maintenance Best Practices

• Annually perform discharge tests to baseline ongoing charge capacity versus initial ratings
• Continuously monitor usage cycles and load levels over time to estimate replacement timing
• Control ambient temperatures from 68-77°F and humidity for extended battery lifespans
• Periodically check battery wiring & connections for corrosion or looseness
• Regularly clear dust and debris off battery assemblies and surrounding UPS
• Test sample individual batteries over time to identify units with degrading performance
• Consider replacing entire sets after 3-5 years to avoid weaknesses developing
• Follow all manufacturer guidelines for operation, testing and replacements

The comprehensive process maintains UPS reliability, maximizes investments in new batteries and ensures responsible end-of-life recycling. Keeping replacement plans updated as equipment ages prevents catastrophic failures of backup systems when outages strike.

Derniers mots

Modern electronics would be at great risk without uninterruptible power supplies and their dedicated batteries to bridge the inevitable but unpredictable grid outages from weather and other causes. UPS batteries seamlessly transition connected devices to temporary backup electricity, allowing safe system shutdowns before inline power reserves drain out.

Understanding major UPS battery types, purposes, limitations and best practices ensures these sensitive support batteries adequately perform their mission when called upon. Appropriately sized units with monitored operation, routine testing and periodic replacements keep mission critical equipment running through grid failures. Continued improvements make UPS batteries more compact, efficient and durable as a key component of power protection systems.