Você pode substituir uma bateria UPS de 12V 7Ah por LiFePO4?

UM Bateria UPS de 12V 7Ah às vezes pode ser substituída por uma bateria LiFePO4, mas combinar a tensão e a classificação de amperes-hora por si só não é suficiente. A tensão de carga do UPS, o corte de baixa tensão, a corrente de descarga da bateria, os limites do BMS, o layout dos terminais, as dimensões físicas e a configuração da bateria precisam ser compatíveis.

Esta distinção é importante porque a maioria dos pequenos sistemas UPS foram originalmente projetados em torno de baterias seladas de chumbo-ácido ou AGM. Uma bateria LiFePO4 de 12,8 V funciona de maneira diferente, mesmo quando é vendida como uma bateria de “12 V”. Antes de substituir uma bateria UPS de 12V 7Ah, verifique o manual do UPS e as especificações da bateria e, em seguida, compare os requisitos elétricos com a bateria LiFePO4 que você planeja usar.

Para empresas que avaliam substituições em grande escala, um profissional qualificado fabricante de baterias também pode ajudar a combinar a bateria, o BMS, os terminais e a capacidade de descarga com a aplicação do UPS.

Uma bateria UPS de 12V 7Ah pode ser substituída por LiFePO4?

A resposta curta sobre compatibilidade

Sim, um Bateria UPS de 12V 7Ah pode ser substituído por LiFePO4 quando o UPS e a bateria forem elétrica e fisicamente compatíveis. Não deve ser tratado como uma conversão imediata universal.

As primeiras verificações são:

• Química da bateria suportada pelo UPS
• Tensão de carregamento
• Corte de baixa tensão do UPS
• Corrente de descarga contínua e de pico
• Limites atuais do BMS
• Tipo de terminal e polaridade
• Dimensões da bateria
• Número de baterias na cadeia UPS

Uma bateria LiFePO4 que passe nessas verificações pode ser avaliada como uma substituição. Se o fabricante do no-break especificar um determinado produto químico da bateria ou um cartucho de substituição completo, siga primeiro esses requisitos.

Requisitos do fabricante do UPS

Comece com o manual do UPS em vez da etiqueta da bateria antiga.

Alguns fabricantes de UPS projetam famílias individuais de UPS especificamente em torno de determinados produtos químicos de bateria. A Eaton, por exemplo, identifica famílias específicas de UPS que são projetadas para baterias de íons de lítio, em vez de tratar as baterias de lítio como substitutos universais das baterias VRLA. A Schneider Electric também recomenda cartuchos de bateria de substituição específicos do modelo para sistemas UPS da APC.

Isso significa que a substituição de uma bateria UPS de 12V 7Ah deve começar com três perguntas:

1. Qual química da bateria o UPS suporta?
2. Qual perfil de carregamento o UPS usa?
3. O fabricante permite um tipo de bateria diferente?

Para equipamentos UPS críticos para os negócios, os requisitos de certificação e garantia também devem ser revisados ​​antes de alterar a química da bateria.

Quando uma troca direta funciona

Uma substituição do LiFePO4 é mais prática quando a nova bateria corresponde aos requisitos elétricos e mecânicos da bateria UPS original de 12V 7Ah.

Um substituto adequado deve fornecer:

• Uma faixa de tensão que o UPS pode carregar e descarregar corretamente
• Corrente suficiente para o inversor UPS sob a carga esperada
• Um BMS classificado para a corrente de descarga necessária
• Dimensões corretas da bateria
• Terminais compatíveis e polaridade
• Capacidade apropriada em série ou paralelo quando múltiplas baterias são usadas

O termo “substituição imediata” deve, portanto, significar mais do que caber no mesmo compartimento de bateria. A bateria também precisa se comportar corretamente durante o carregamento, operação em espera e queda de energia.

Quando a substituição não é recomendada

Não altere a química da bateria apenas porque ambas as baterias indicam 12V e 7Ah.

Uma substituição deve ser reconsiderada quando o no-break exigir especificamente um cartucho de chumbo-ácido aprovado, quando seu comportamento de carga estiver fora da faixa de carga aceitável da bateria ou quando a nova bateria não puder fornecer a corrente necessária do inversor.

O mesmo se aplica a sistemas UPS com monitoramento integrado de bateria, sensor de temperatura, eletrônica de comunicação ou módulos de substituição proprietários.

Por exemplo, a Schneider Electric afirma que alguns cartuchos de bateria de reposição da APC incorporam fiação, fusíveis, sensores ou componentes de comunicação e devem ser substituídos como conjuntos completos.

Para estes sistemas, utilize a configuração de substituição especificada pelo fabricante do UPS.

Bateria de chumbo-ácido vs. bateria LiFePO4 em sistemas UPS

Um convencional Bateria UPS de 12V 7Ah e uma bateria LiFePO4 de classe de 12 V podem servir a mesma função geral de energia de reserva, mas seu comportamento elétrico é diferente. Compreender essas diferenças ajuda a determinar se o no-break carregará, monitorará e descarregará a nova bateria corretamente.

Fator	Chumbo-ácido / AGM	LiFePO4
Arquitetura típica de classe 12V	Seis células de chumbo-ácido	Quatro células LiFePO4
Tensão nominal do sistema	Cerca de 12V	Normalmente 12,8 V
Gerenciamento de bateria	Principalmente controlado por UPS/carregador	Geralmente inclui BMS interno
Curva de descarga	A tensão diminui progressivamente	Mais lisonjeiro durante grande parte da descarga
Peso	Geralmente mais alto	Geralmente mais baixo
Capacidade de ciclo	Dependente do aplicativo	Geralmente mais alto para ciclismo profundo
Preocupação com a substituição da chave	Especificação correta de SLA/AGM	Compatibilidade de carregamento e BMS

Tensão nominal e perfil de carga

Uma etiqueta de 12 V não significa que os dois produtos químicos tenham características de tensão idênticas.

Uma bateria LiFePO4 de quatro células geralmente tem uma tensão nominal de cerca de 12,8V. O MLP1207A da bateria MANLY, por exemplo, tem tensão nominal de 12,8 V e capacidade de 7 Ah, com corte de carga de 14,6 V.

Uma bateria UPS AGM 12V 7Ah usa um sistema eletroquímico e perfil de carga diferentes.

É por isso que a tensão nominal deve ser tratada como ponto de partida e não como teste de compatibilidade. A saída de carga do UPS deve ser comparada com a faixa de carga permitida da bateria LiFePO4.

Carregamento flutuante e carga completa

Muitos sistemas UPS tradicionais mantêm suas baterias de chumbo-ácido conectadas a um circuito de espera ou de carga flutuante enquanto a energia da rede elétrica está disponível.

As baterias LiFePO4 têm características de carregamento diferentes. Um no-break projetado em torno de uma tensão flutuante AGM pode carregar uma bateria LiFePO4 até um estado utilizável sem necessariamente seguir o perfil de carga total da bateria LiFePO4.

Um teste prático em um pequeno UPS ilustra o problema. A saída de carregamento da bateria descarregada mediu cerca de 13,5–13,6V. Isso era adequado para seu comportamento de carregamento AGM original, mas abaixo do corte de carga de 14,6 V especificado para algumas baterias LiFePO4 de 12,8 V.

A questão importante não é, portanto, simplesmente se a UPS pode colocar energia na bateria. É se o comportamento de carregamento é apropriado para a bateria LiFePO4 e BMS específicos.

Curva de descarga e tempo de execução

LiFePO4 mantém uma tensão relativamente plana durante grande parte de seu ciclo de descarga. A tensão do chumbo-ácido normalmente muda mais progressivamente à medida que o estado de carga diminui.

Isto pode afetar a forma como um UPS mais antigo estima o tempo de execução restante.

Se o UPS foi calibrado em torno do comportamento de tensão de uma bateria UPS de chumbo-ácido 12V 7Ah, a porcentagem de bateria ou estimativa de bateria fraca pode não corresponder exatamente ao estado real de carga de uma substituição LiFePO4.

O tempo de execução também depende de mais de amperes-hora. A potência de carga, a eficiência do inversor, a corrente de descarga, a tensão de corte, a condição da bateria e o comportamento do BMS influenciam por quanto tempo um UPS irá operar durante uma interrupção.

Por esse motivo, compare a energia utilizável com a carga real do UPS, em vez de presumir que duas baterias de 7Ah fornecerão autonomia idêntica.

Ciclo de vida e peso

Longa vida útil e menor peso são duas razões pelas quais a tecnologia LiFePO4 é cada vez mais utilizada em aplicações UPS.

A Eaton observa que as baterias de íons de lítio projetadas para sistemas UPS podem fornecer uma vida útil substancialmente mais longa do que as baterias UPS convencionais de chumbo-ácido, embora a vida útil real dependa da química da bateria, da temperatura, das condições de carga, do projeto do sistema e do perfil operacional.

As baterias LiFePO4 também geralmente fornecem mais energia para um determinado peso da bateria do que as baterias de chumbo-ácido.

Para uma substituição de bateria UPS de 12V 7Ah, no entanto, essas vantagens vêm após a compatibilidade. O ciclo de vida longo é útil apenas quando a bateria, o BMS e o UPS funcionam corretamente como um sistema.

O que verificar antes de substituir uma bateria UPS de 12V 7Ah

Antes de instalar o LiFePO4, compare as especificações originais da bateria, os parâmetros operacionais do UPS e a folha de dados da bateria de reposição. As verificações a seguir cobrem os parâmetros com maior probabilidade de determinar se um Bateria UPS de 12V 7Ah a conversão funcionará de forma confiável.

Faixa de tensão de carregamento

Meça ou verifique a tensão de carga fornecida nos terminais da bateria do UPS e compare-a com a especificação da bateria LiFePO4.

Um teste de UPS pequeno mediu aproximadamente 13,5–13,6 V na conexão da bateria com o UPS conectado à alimentação CA. Esse número é útil como exemplo, mas não deve ser aplicado a outros sistemas UPS.

Diferentes designs de UPS podem usar diferentes comportamentos de carregamento.

Para efeito de comparação, a bateria MANLY MLP1207A especifica:

• Tensão nominal: 12,8V
• Capacidade nominal: 7Ah
• Tensão de corte de carga: 14,6 V
• Tensão de corte de descarga: 11V

Sempre avalie o comportamento real de carregamento do UPS alvo em vez de assumir que cada instalação de bateria UPS de 12V 7Ah usa a mesma tensão.

Corrente de Descarga Contínua

Esta é uma das verificações mais importantes em uma conversão de UPS.

Uma bateria UPS pode precisar fornecer uma corrente CC substancial quando a energia da rede elétrica falha e o inversor começa a fornecer a carga conectada. A corrente necessária geralmente aumenta à medida que a carga de saída do UPS aumenta.

Para uma primeira aproximação:

Corrente da bateria ≈ Potência de saída do UPS ÷ Tensão da bateria ÷ Eficiência do inversor

Isso deve ser usado apenas como uma estimativa de dimensionamento. A demanda de pico real, as características do inversor, a tensão da bateria sob carga e as especificações do fabricante também devem ser consideradas.

Uma bateria com a classificação correta de 12 V e 7 Ah ainda pode ser inadequada se a corrente de descarga permitida for inferior à corrente exigida pelo UPS.

Ao selecionar um Bateria UPS de 12V 7Ah, compare a capacidade e a capacidade de descarga.

Limites de Corrente BMS

Uma bateria LiFePO4 normalmente inclui um sistema de gerenciamento de bateria. O BMS protege as células contra condições operacionais como:

• Sobrecarga
• Sobredescarga
• Excesso de corrente
• Curto-circuito
• Condições operacionais não suportadas

O BMS não torna a bateria automaticamente compatível com todos os UPS.

Se a demanda do inversor exceder o limite de corrente de descarga do BMS, o BMS poderá desconectar a bateria mesmo quando ainda houver energia armazenada significativa.

Isso torna a classificação de corrente particularmente importante para uma bateria UPS de 12V 7Ah usada em equipamentos UPS de carga mais alta. Verifique a corrente contínua necessária, a corrente de pico de curta duração e os limites BMS da bateria antes da instalação.

Tamanho e terminais da bateria

A compatibilidade elétrica é apenas parte da substituição.

Uma bateria nova também deve caber no compartimento da bateria e conectar-se à fiação existente com segurança. Verificar:

• Comprimento
• Largura
• Altura
• Estilo terminal
• Largura do terminal
• Posição terminal
• Polaridade positiva e negativa
• Folga do cabo

Baterias pequenas de UPS geralmente usam terminais tipo lâmina, mas as dimensões dos terminais podem diferir entre baterias que, de outra forma, parecem semelhantes.

Não force os conectores nos terminais nem altere a polaridade para fazer um encaixe de substituição.

Para projetos OEM, um fabricante de baterias pode configurar o gabinete, a disposição dos terminais, a fiação e o BMS de acordo com as especificações mecânicas exigidas.

Configuração em série e em paralelo

Alguns sistemas UPS usam uma bateria UPS de 12V 7Ah. Outros combinam várias baterias de 12 V para criar uma sequência de baterias de alta tensão.

Por exemplo, duas baterias de 12 V conectadas em série formam um sistema de bateria nominal de classe 24 V. Baterias adicionais podem ser usadas em configurações maiores.

Ao substituir baterias em uma sequência:

• Confirme se a bateria suporta o arranjo em série ou paralelo pretendido.
• Use baterias com especificações e condições correspondentes.
• Verifique se a tensão combinada corresponde ao barramento de bateria do UPS.
• Confirme se cada BMS pode funcionar corretamente na configuração.
• Siga o procedimento de substituição do fabricante do UPS.

A bateria MANLY MLP1207A suporta configurações em série e paralela, e suas especificações podem ser personalizadas de acordo com os requisitos do projeto.

Essa capacidade ainda precisa ser compatível com a arquitetura de tensão, corrente e bateria do UPS alvo.

Por que o BMS e a descarga de alta taxa são importantes

A capacidade é apenas uma parte do desempenho da bateria do UPS. Uma bateria UPS de 12V 7Ah também deve fornecer energia com rapidez suficiente para o inversor, permanecendo dentro dos limites de proteção da bateria.

É aqui que o projeto do BMS e a capacidade de corrente de descarga se tornam críticos.

Corrente de inicialização do inversor

Quando a energia CA falha, o inversor UPS retira energia CC da bateria e a converte em CA para o equipamento conectado.

A corrente resultante da bateria pode ser muito maior do que a corrente usada por aplicações de 12V de baixa potência.

Por exemplo, uma bateria que alimenta um alarme ou dispositivo de monitoramento com carga leve pode operar confortavelmente com uma corrente de descarga relativamente baixa. Um UPS que suporte equipamentos de rede, servidores, estações de trabalho ou outros componentes eletrônicos pode impor uma carga instantânea muito maior.

Portanto, selecionar uma bateria UPS de 12V 7Ah apenas pela capacidade de amp-hora pode ignorar um requisito importante do projeto.

Tanto a capacidade em watt-hora quanto a capacidade de fornecimento de corrente são importantes.

Proteção contra sobrecorrente BMS

A proteção contra sobrecorrente é essencial para a segurança da bateria LiFePO4, mas também estabelece um limite operacional.

Se um UPS solicitar mais corrente do que a bateria foi projetada para fornecer, o BMS poderá interromper a saída. Para o usuário, isso pode parecer um tempo de funcionamento inesperadamente curto do UPS ou um desligamento imediato quando a fonte de alimentação falha.

Esse comportamento é diferente de simplesmente ficar sem bateria.

Ao especificar uma substituição do LiFePO4, determine a corrente máxima esperada da bateria do UPS e selecione o BMS adequadamente. Para projetos de UPS comerciais ou customizados, este é um dos parâmetros que deve ser comunicado à equipe de engenharia de baterias antes da produção.

Comportamento de corte de baixa tensão

Pode haver dois pontos separados de proteção de baixa tensão em uma instalação UPS LiFePO4:

1. O limite de desligamento de bateria fraca do UPS
2. O corte de descarga da bateria BMS

Qualquer limite atingido primeiro pode encerrar a descarga.

No pequeno teste de bancada do UPS descrito anteriormente, o UPS continuou operando enquanto a tensão simulada da bateria caía e finalmente desligou em aproximadamente 10,4V. Esse valor aplica-se apenas ao UPS testado e não deve ser assumido para outros equipamentos.

A especificação MLP1207A, por exemplo, identifica um corte de descarga de 11V.

Portanto, os cortes do UPS e da bateria precisam ser considerados em conjunto ao avaliar a capacidade utilizável de uma bateria UPS de 12V 7Ah.

Precisão do status da bateria

Um UPS não mede necessariamente o estado de carga da mesma forma que o BMS da bateria.

Projetos de UPS mais antigos podem inferir a capacidade restante da bateria, em parte, a partir de um modelo de descarga desenvolvido em torno de baterias de chumbo-ácido. Como o LiFePO4 tem uma curva de descarga mais plana, a porcentagem de bateria exibida ou o tempo de execução previsto podem responder de forma diferente após a conversão.

A solução prática é testar o sistema completo sob uma carga controlada.

Registro:

• Tensão da bateria com carga total
• Carga UPS
• Corrente CC da bateria
• Tempo de execução do aviso de bateria fraca do UPS
• Tempo de execução para desligar
• Tensão da bateria no desligamento
• Se o BMS se desconecta antes do UPS

Isso fornece informações muito mais úteis do que julgar a nova bateria UPS de 12V 7Ah apenas pela tensão.

Escolhendo uma bateria LiFePO4 para substituição do UPS

Uma boa substituição do LiFePO4 começa com o UPS, não com a capacidade impressa na etiqueta da bateria. Defina a tensão do UPS, carga, comportamento de carregamento, requisitos de corrente e compartimento da bateria antes de selecionar a bateria.

Combine a carga do UPS

Comece com o equipamento que o UPS realmente precisa suportar.

Identificar:

• Potência nominal do UPS
• Carga conectada típica
• Carga máxima esperada
• Tensão do barramento da bateria
• Número de baterias
• Tempo de backup necessário
• Eficiência do inversor
• Corrente CC máxima

Então escolha um Bateria UPS de 12V 7Ah com capacidade de descarga suficiente para suportar essa carga sem atingir o limite de corrente do BMS.

Para aplicações empresariais, o dimensionamento a partir de dados de carga reais é mais confiável do que assumir que a classificação VA da placa de identificação do UPS conta toda a história da bateria.

Um switch de rede, uma estação de trabalho, um gabinete de comunicações e uma instalação de pequeno servidor podem colocar demandas diferentes em uma bateria, mesmo quando usam um gabinete UPS semelhante.

Confirme a compatibilidade do carregador

A seguir, compare o sistema de carregamento do UPS com a bateria LiFePO4.

Verificar:

• Tensão de carregamento em espera
• Tensão máxima de carga
• Corrente de carga
• Comportamento de rescisão de cobrança
• Limites de temperatura da bateria
• Química da bateria aprovada pelo fabricante

Um UPS explicitamente projetado para baterias de lítio elimina grande parte dessa incerteza porque suas funções de carregamento, monitoramento e gerenciamento de bateria são projetadas em torno dessa química. A Eaton, por exemplo, oferece produtos UPS configurados especificamente para baterias de íons de lítio e LiFePO4.

Para um UPS de chumbo-ácido existente, verifique a compatibilidade antes de converter a bateria UPS de 12V 7Ah.

Verifique o ajuste do fator de forma

Antes de encomendar baterias de reposição em grande quantidade, inspecione o compartimento da bateria original.

Registro:

• Dimensões do envelope da bateria
• Tipo de terminal
• Orientação terminal
• Polaridade
• Comprimento do cabo
• Folga do conector
• Estrutura de retenção ou retenção

Para uma substituição única, isso evita a chegada de uma bateria que não pode ser instalada.

Para projetos de OEM, telecomunicações, gabinete de rede, segurança, backup industrial ou UPS personalizados, a definição antecipada dessas dimensões também permite que o gabinete da bateria e o layout dos terminais sejam projetados em torno do equipamento, em vez de modificar o UPS posteriormente.

Especificações da bateria MANLY MLP1207A

A MANLY Battery oferece o MLP1207A, uma configuração LiFePO4 compacta que pode ser avaliada para projetos de energia de backup e UPS de classe 12V.

Suas especificações principais atuais incluem:

Especificação	MLP1207A
Química	LiFePO4
Tensão nominal	12,8 V
Capacidade nominal	7 Ah
Tensão de corte de carga	14,6 V
Tensão de corte de descarga	11V
Corrente de carga contínua	4A
BMS	Incluído
Suporte de série	Sim
Suporte paralelo	Sim
Ciclo de vida	≥2.000 ciclos em 100% DOD
Tamanho	Flexível/personalizável

O BMS integrado fornece funções de proteção, incluindo sobrecarga, descarga excessiva e proteção contra curto-circuito. As dimensões da bateria e os principais parâmetros operacionais também podem ser configurados de acordo com os requisitos do projeto.

Para um projeto de bateria UPS de 12V 7Ah, a próxima etapa é fornecer a tensão da bateria do UPS, a corrente de descarga esperada, os parâmetros de carga, as dimensões do espaço da bateria, os requisitos do terminal e a configuração da série. Esses valores determinam se a configuração padrão é apropriada ou se o BMS, o gabinete ou outras especificações devem ser personalizadas.

Lista de verificação final de compatibilidade

Antes de substituir um chumbo-ácido Bateria UPS de 12V 7Ah com LiFePO4, siga esta lista de verificação:

• Química da bateria: O fabricante do UPS permite baterias LiFePO4 ou de terceiros?
• Tensão nominal: A bateria corresponde ao barramento de bateria do UPS?
• Tensão de carga: A saída de carregamento do UPS é compatível com a bateria?
• Corrente de carregamento: Está dentro da faixa permitida da bateria?
• Tensão de corte do UPS: O no-break descarregará a bateria através de uma janela de tensão apropriada?
• Corrente contínua: A bateria pode suportar a carga normal do inversor?
• Corrente de pico: A bateria pode suportar demandas de curta duração sem interrupção do BMS?
• BMS: Os limites de proteção são adequados para o UPS?
• Dimensões: A bateria cabe com segurança no compartimento da bateria?
• Terminais: O tamanho, a orientação e a polaridade dos terminais estão corretos?
• Sequência de bateria: A bateria suporta a configuração em série ou paralela necessária?
• Garantia e certificação: A alteração da química da bateria afeta a garantia do UPS ou a certificação do sistema?
• Teste de tempo de execução: O sistema concluído foi testado com a carga esperada?

A regra central é simples: 12V e 7Ah descrevem apenas parte da bateria. Uma conversão bem-sucedida do LiFePO4 também requer que o sistema de carregamento, a corrente de descarga, o BMS, a janela de tensão, o ajuste físico e a arquitetura do UPS funcionem juntos.

Quando esses parâmetros são combinados corretamente, o LiFePO4 pode fornecer um caminho prático para um projeto de bateria UPS de 12V 7Ah, especialmente onde a capacidade de ciclo longo, o design compacto da bateria e o gerenciamento configurável da bateria são importantes. Para instalações OEM ou comerciais, trabalhar com um fabricante de baterias experiente também torna possível configurar a bateria de acordo com os requisitos elétricos e mecânicos do UPS, em vez de tratar cada bateria de 12V 7Ah como intercambiável.

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