Что такое аккумуляторные ветки и зачем их балансировать

Определение ветки (string)

Ветка (string) АКБ — это набор последовательно соединённых аккумуляторов, формирующих нужное рабочее напряжение системы (например, 192 В, 240 В, 384 В и т.п.). Для увеличения общей ёмкости таких веток делают несколько и подключают их параллельно.

Пример: для трёхфазного ИБП на 40–80 кВА с внешними АКБ может использоваться 3–4 параллельные ветки по 32 батареи каждая. На бумаге ветки одинаковые и должны делить ток «поровну». Но в реальности так почти никогда не происходит.

Почему вообще возникает перекос

Параллельные ветки соединены к одной DC-шине, но каждая из них имеет своё внутреннее сопротивление: АКБ + соединительные кабели + клеммы. Даже небольшие отличия по этим параметрам приводят к тому, что одна ветка «охотнее» отдаёт и принимает ток, а другая — меньше участвует в работе. Со временем перекос усиливается.

К чему ведёт небалансировка

• ускоренный износ и деградация одной ветки;
• снижение общего времени автономии ИБП;
• нестабильная работа системы при глубоких разрядах;
• рост температуры и риски для безопасности;
• ошибки ИБП по «низкому напряжению» или «неисправности батареи».

Чтобы этого избежать, при проектировании батарейных систем важно учитывать принципы балансировки и использовать качественные аккумуляторные батареи и батарейные шкафы , рассчитанные именно на работу в составе ИБП.

Основные причины перекоса токов в аккумуляторных ветках

1. Разное внутреннее сопротивление АКБ

Даже у новых батарей есть небольшой разброс по внутреннему сопротивлению (ESR). Если в одной ветке стоят более «сильные» АКБ, а в другой — чуть более «слабые», токы при зарядке и разряде распределяются неравномерно. Ситуация становится критичной, когда:

• в ветке смешаны АКБ разных партий и годов выпуска;
• часть батарей уже отработала несколько лет, а часть только установлена;
• после аварии заменили только «упавшие» АКБ, оставив старые.

2. Разная длина и сопротивление кабелей

Если одна ветка подключена к шине коротким кабелем, а другая — длинным, их активное сопротивление отличается. Ветка с меньшим сопротивлением берёт на себя большую часть тока. Даже лишние метр-два кабеля на одной из веток могут создавать заметный перекос.

3. Неравномерный уровень заряда между ветками

Если перед параллельным включением не выровнять напряжение по веткам, одна группа может быть более заряженной, другая — менее. В момент включения токи выравнивания проходят в непредсказуемом направлении, а в последующих циклах эта ветка может разряжаться и заряжаться сильнее.

4. Температурная асимметрия

АКБ, находящиеся ближе к источникам тепла или в менее проветриваемой части шкафа, нагреваются сильнее, их внутреннее сопротивление меняется. Тепловой перекос между ветками приводит к перекосу токов при зарядке и разряде.

5. Разный возраст и состояние АКБ

Даже если все батареи одной марки, но из разных партий и с разной наработкой, их поведение под нагрузкой будет отличаться. Ветка, собранная из более «старых» АКБ, быстрее теряет ёмкость и уходит в глубокий разряд, тогда как более «свежая» ветка ещё держит напряжение.

Чем опасна небалансировка аккумуляторных веток

Ускоренный выход из строя отдельных АКБ и веток

Ветка, которая «тянет» на себе большую часть нагрузки, сильнее нагревается, быстрее проходит циклы заряд–разряд и раньше достигает конца ресурса. В результате приходится менять всю группу, хотя часть батарей ещё в рабочем состоянии.

Снижение реальной автономии ИБП

При разбалансе ИБП ориентируется на «слабую» ветку — как только она просела по напряжению, начинается аварийное отключение нагрузки. Время автономной работы при этом может уменьшиться на 30–50% по сравнению с расчётным.

Нестабильная работа ИБП

При больших перекосах ИБП фиксирует неравномерные напряжения и сопротивления по веткам, что может вызывать ошибки, тревоги, преждевременное отключение батарей или переход в байпас.

Повышенные риски нагрева и аварий

Нагрузочная ветка нагревается, её АКБ быстрее стареют, могут вздуваться, увеличивается вероятность выхода из строя отдельных банок. О последствиях перегрева и вздутия батарей подробнее можно прочитать в материалах по эксплуатации АКБ на сайте производителя.

Как правильно балансировать аккумуляторные ветки

1. Симметричная разводка кабелей

Золотое правило — все параллельные ветки должны иметь одинаковую длину и сечение кабелей до общей шины. На практике применяют схемы подключения по принципу «симметричной звезды»: каждый стринг подключается к общему узлу отдельными равными по длине линиями.

2. Одинаковые тип и возраст АКБ

Для одной батарейной системы выбирают:

• одинаковую модель и производителя;
• одну партию поставки (близкие даты производства);
• одновременный ввод в эксплуатацию.

При необходимости замены — менять группу целиком, а не одну–две батареи в ветке. Каталог промышленных АКБ для ИБП: аккумуляторные батареи ZeusElectro .

3. Балансировка перед параллельным включением

Перед объединением веток параллельно необходимо:

• зарядить все ветки до одинакового напряжения;
• проверить напряжение каждой АКБ и стринга;
• при необходимости выполнить выравнивающий заряд (equalize charge).

4. Равномерная температура для всех веток

АКБ должны находиться в одинаковых условиях по температуре и вентиляции. Для этого используются специализированные батарейные шкафы UBB с продуманной компоновкой и возможностью организации равномерного воздушного потока.

5. Регулярные измерения внутреннего сопротивления (ESR)

Плановые измерения ESR позволяют выявить «слабые» АКБ задолго до отказа. Если в одной ветке сопротивления растут быстрее, это сигнал о возможном перекосе и необходимости корректировок.

6. Использование электронных балансировочных модулей

В крупных системах (ИБП 40–200 кВА и выше) применяют активные балансировщики, которые контролируют токи по веткам и перераспределяют их в реальном времени. Это особенно актуально для ответственных объектов: ЦОД, телеком, промышленность.

Типичные ошибки при подключении параллельных веток

• разная длина и схема подключения кабелей к DC-шине;
• использование АКБ разных моделей или возраста в одной системе;
• отсутствие выравнивающего заряда перед вводом в работу;
• размещение батарей в разных по температуре зонах помещения;
• отсутствие маркировки веток и паспортов на батарейную систему.

Избежать этих ошибок помогает грамотное проектирование и периодический энергоаудит , включающий диагностику DC-части системы ИБП.

Как диагностировать небалансировку на работающем объекте

Измерение токов по веткам

С помощью токоизмерительных клещей постоянного тока под нагрузкой измеряют ток в каждой ветке. Если одна ветка явно нагружена сильнее (разница десятки процентов и более) — это явный признак разбаланса.

Контроль температуры АКБ и шкафов

Разница температур более 3–5 °C между ветками говорит о неравномерной нагрузке или проблемах с вентиляцией.

Анализ напряжений по веткам и отдельным АКБ

При разряде «слабая» ветка раньше проседает по напряжению. Регистрация кривых разряда позволяет увидеть различие в поведении веток.

Комплексный энергоаудит

Для крупных объектов имеет смысл заказать комплексный энергоаудит, включающий оценку качества электроэнергии, работы ИБП и батарейных систем. Это позволит объективно оценить состояние аккумуляторных веток и избежать аварий.

Итоги

• Параллельные аккумуляторные ветки без балансировки почти всегда работают неравномерно.
• Перекос токов ведёт к ускоренному износу, снижению автономии и рискам для ИБП.
• Ключевые меры: симметричная разводка, одинаковые АКБ, выравнивание напряжений, контроль температуры.
• Регулярные измерения ESR и токов по веткам помогают вовремя выявить проблемы.
• Использование качественных АКБ, батарейных шкафов и профессиональный энергоаудит продлевают ресурс всей системы.

При проектировании или модернизации батарейных систем для ИБП стоит заранее заложить решения по балансировке и мониторингу. Это дешевле и надёжнее, чем регулярно менять выработавшиеся раньше срока аккумуляторные группы.