Tìm hiểu về từng loại ắc quy dùng cho UPS: Axit chì, AGM, Gel và Lithium-ion
Ắc quy là bộ phận quan trọng nhất trong UPS, đảm bảo nguồn điện liên tục khi mất điện lưới. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về cấu tạo, cách bảo quản hay cách chọn loại ắc quy phù hợp. Huyndai Việt Thanh sẽ giúp bạn nắm bắt tổng quan về ắc quy dùng cho UPS và so sánh các loại phổ biến như axit chì, AGM, Gel và Lithium-ion.
Khái niệm và vai trò của Ắc quy
- Khái niệm
Ắc quy UPS là bộ phận lưu trữ điện năng dưới dạng dòng điện một chiều (DC). Dùng để cung cấp điện tạm thời cho thiết bị khi nguồn điện lưới bị gián đoạn. Đây là thành phần cốt lõi giúp UPS thực hiện chức năng “không gián đoạn” trong việc cấp nguồn.
Ắc quy trong UPS thường là loại kín khí, không cần bảo dưỡng (maintenance-free). Phổ biến nhất là ắc quy axit chì, AGM, Gel hoặc lithium-ion.
- Vai trò
Cung cấp điện dự phòng khi mất điện lưới: Ắc quy đảm nhận vai trò là nguồn cấp điện thay thế ngay lập tức. Giúp các thiết bị vẫn hoạt động ổn định trong thời gian ngắn.
Ổn định hệ thống trong thời gian chuyển mạch: Ngay cả khi chỉ mất điện trong vài giây, ắc quy vẫn đảm bảo không gián đoạn nguồn cho tải. Đặc biệt quan trọng với thiết bị nhạy cảm như máy chủ, thiết bị y tế.
Hỗ trợ duy trì độ tin cậy của toàn hệ thống UPS: Một bộ ắc quy chất lượng tốt sẽ giúp UPS phát huy hiệu quả tối đa. Ngược lại ắc quy yếu sẽ gây lỗi, sụt áp hoặc làm giảm tuổi thọ thiết bị.
Xem thêm:
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo chung
Ắc quy sử dụng trong UPS chủ yếu là ắc quy axit chì kín khí (VRLA – Valve Regulated Lead Acid) hoặc Lithium-ion, với cấu tạo đặc trưng như sau:
- Bản cực (Electrodes)
Cực dương (Positive Plate): Làm bằng chì dioxide (PbO₂).
Cực âm (Negative Plate): Làm bằng chì kim loại (Pb).
Các bản cực được sắp xếp xen kẽ và ngâm trong dung dịch điện phân hoặc được giữ ẩm bằng tấm thấm (AGM/Gel).
- Điện phân (Electrolyte)
Với ắc quy axit chì: là dung dịch axit sulfuric (H₂SO₄).
Với AGM: axit được hấp thụ trong sợi thủy tinh.
Với Gel: axit được trộn với silica để tạo dạng gel.
Với Lithium-ion: điện phân thường là muối lithium (như LiPF₆) trong dung môi hữu cơ.
- Vỏ bình (Container)
Làm bằng nhựa ABS hoặc polycarbonate, chịu nhiệt, cách điện và kín khí.
Tích hợp van an toàn 1 chiều để giải phóng khí nếu áp suất tăng cao.
Nguyên lý hoạt động
- Khi phóng điện (Discharging)
Xảy ra khi UPS chuyển sang chế độ dùng ắc quy.
Phản ứng điện hóa tại cực âm và cực dương tạo ra dòng điện một chiều (DC) cung cấp cho bộ nghịch lưu.
Phương trình hóa học cơ bản (ắc quy axit chì):
Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O + điện năng
Kết quả: axit sulfuric bị tiêu hao, bản cực biến thành chì sunfat (PbSO₄), điện áp giảm dần.
- Khi sạc (Charging)
Diễn ra khi UPS ở trạng thái có điện lưới.
Bộ sạc cung cấp dòng DC vào ắc quy, đảo ngược phản ứng hóa học.
Chì sunfat bị phân hủy, tái tạo thành Pb và PbO₂, phục hồi nồng độ axit sulfuric.
Phương trình ngược:
2PbSO₄ + 2H₂O → Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄
Các biến thể cấu tạo theo công nghệ
| Công nghệ | Dạng điện phân | Kín khí | Bảo trì | Tuổi thọ (năm) |
| Axit chì hở | Lỏng | Không | Có | 3–5 |
| AGM | Thấm sợi thủy tinh | Có | Không | 4–6 |
| Gel | Dạng gel | Có | Không | 5–7 |
| Lithium-ion | Dung môi hữu cơ | Có | Không | 7–10+ |
Phân loại ắc quy
Ắc quy axit chì hở (Flooded Lead-Acid Battery)
Đặc điểm kỹ thuật
- Dung dịch điện phân dạng lỏng tự do (H₂SO₄ pha loãng).
- Yêu cầu châm nước định kỳ để bù nước bốc hơi.
- Thiết kế có lỗ thông hơi, dễ bay hơi khí hydro và oxy.
Ưu điểm
- Giá thành thấp.
- Khả năng chịu dòng phóng điện lớn (high discharge rate).
- Phù hợp với hệ thống UPS công nghiệp quy mô lớn.
Nhược điểm
- Cần bảo trì định kỳ.
- Có thể rò rỉ axit, gây ăn mòn và nguy hiểm.
- Không phù hợp cho không gian kín hoặc văn phòng.
Ắc quy AGM (Absorbent Glass Mat)
Đặc điểm kỹ thuật
- Điện phân được hấp thụ vào lớp sợi thủy tinh mịn giữa các bản cực.
- Thiết kế kín khí, không cần bảo dưỡng.
- Phản ứng khí bên trong được tái hợp (recombination), không sinh khí ra ngoài.
Ưu điểm
- An toàn, sạch, không rò rỉ, không cần bảo trì.
- Tự xả thấp, tuổi thọ cao hơn axit chì hở.
- Lắp đặt linh hoạt (có thể đặt đứng hoặc nằm ngang).
Nhược điểm
- Giá thành cao hơn axit chì hở khoảng 20–30%.
- Nhạy cảm với nhiệt độ cao.
Ứng dụng
- UPS văn phòng, trung tâm dữ liệu, hệ thống viễn thông, y tế.
Ắc quy Gel
Đặc điểm kỹ thuật
- Axit sulfuric được trộn với chất tạo gel (silica), tạo hỗn hợp sệt.
- Cũng là ắc quy kín khí và không cần bảo trì.
- Có khả năng chịu nhiệt và chịu sâu xả tốt hơn AGM.
Ưu điểm
- Hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cao.
- Chống sốc và rung tốt hơn AGM.
- Tuổi thọ dài, chu kỳ sạc xả bền.
Nhược điểm
- Giá cao hơn cả AGM.
- Dòng xả tức thời thấp hơn AGM (không phù hợp với tải khởi động lớn).
Ứng dụng
- UPS công nghiệp yêu cầu lưu điện dài hoặc hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, rung động…).
Ắc quy Lithium-ion
Đặc điểm kỹ thuật
- Dung dịch điện phân hữu cơ và các vật liệu cathode như LiFePO₄, NMC.
- Tích hợp hệ thống quản lý pin (BMS) để giám sát sạc, xả, nhiệt độ, an toàn.
- Điện áp danh định ~3.6–3.7V/cell.
Ưu điểm
- Trọng lượng nhẹ hơn 40–60% so với axit chì cùng dung lượng.
- Tuổi thọ cao (lên tới 10–15 năm, hơn 2000–5000 chu kỳ).
- Dải nhiệt độ hoạt động rộng (-20°C đến +60°C).
- Sạc nhanh, độ sâu xả lớn (DoD lên đến 90–95%).
Nhược điểm
- Chi phí đầu tư ban đầu cao (gấp 2–4 lần AGM).
- Yêu cầu hệ thống BMS phức tạp để đảm bảo an toàn.
Ứng dụng
- UPS cao cấp, trung tâm dữ liệu lớn, hệ thống backup năng lượng xanh, viễn thông hiện đại.
Bảng so sánh tổng quan
| Tiêu chí | Axit chì hở | AGM VRLA | Gel VRLA | Lithium-ion |
| Bảo trì | Có | Không | Không | Không |
| Độ an toàn | Thấp | Cao | Cao | Rất cao |
| Tuổi thọ trung bình | 3–5 năm | 4–6 năm | 5–7 năm | 8–15 năm |
| Chu kỳ sạc xả (DoD 80%) | ~300–500 | ~500–700 | ~700–1000 | ~2000–5000 |
| Giá thành | Rẻ nhất | Trung bình | Cao | Cao nhất |
| Ứng dụng | Công nghiệp | Văn phòng | Môi trường khắc nghiệt | UPS cao cấp |
Hướng dẫn chọn ắc quy phù hợp cho UPS
Để chọn đúng loại ắc quy cho UPS, bạn cần xác định rõ nhu cầu sử dụng, môi trường lắp đặt và ngân sách đầu tư.
- Xác định mục đích sử dụng:
Nếu bạn chỉ cần lưu điện ngắn (5–15 phút) để kịp lưu dữ liệu hoặc tắt máy an toàn, ắc quy AGM là lựa chọn hợp lý. Nếu cần thời gian lưu điện dài (30–60 phút hoặc hơn), bạn nên chọn loại dung lượng lớn hoặc nâng cấp lên lithium-ion.
- Môi trường lắp đặt:
Trong nhà, văn phòng, hoặc nơi kín khí: Ưu tiên ắc quy AGM hoặc Gel (kín khí, không phát sinh hơi axit).
Môi trường công nghiệp, có nhân viên bảo trì: Có thể dùng ắc quy axit chì hở nếu muốn tiết kiệm chi phí.
- Ngân sách đầu tư và tuổi thọ:
AGM: giá vừa phải, tuổi thọ 4–6 năm, không cần bảo dưỡng.
Gel: ổn định nhiệt tốt hơn, giá cao hơn AGM.
Lithium-ion: chi phí ban đầu cao nhưng tuổi thọ gấp 2–3 lần (8–15 năm), nhẹ hơn, sạc nhanh, tiết kiệm về dài hạn.
- Tính toán dung lượng phù hợp:
Xác định tổng công suất tải (Watt) và thời gian muốn duy trì khi mất điện. Ví dụ: hệ thống 300W, muốn duy trì 30 phút → cần ắc quy ~12V 40Ah.
Lưu ý cuối cùng: Hãy chọn thương hiệu uy tín, có thông số kỹ thuật rõ rang. Đảm bảo tương thích với UPS hiện có để đạt hiệu suất và độ an toàn tối ưu.
Cách bảo quản ắc quy
Nếu ắc quy được bảo quản tốt, tuổi thọ có thể kéo dài thêm 20–30% so với mức thông thường. Dưới đây là những lưu ý quan trọng:
- Đặt thiết bị ở nơi thông thoáng, mát mẻ
Nhiệt độ lý tưởng cho ắc quy hoạt động là khoảng 20–25°C. Nếu môi trường quá nóng, mỗi 10°C tăng thêm có thể làm giảm một nửa tuổi thọ của ắc quy. Tránh đặt UPS gần nguồn nhiệt, ánh nắng trực tiếp.
- Không để ắc quy xả cạn kiệt thường xuyên
Ắc quy nên được duy trì ở mức sạc đầy khi không sử dụng. Nếu để xả sâu liên tục, các bản cực bên trong sẽ bị sulfat hóa. Từ đó khó phục hồi và làm giảm đáng kể tuổi thọ.
- Kiểm tra định kỳ
Việc kiểm tra tình trạng pin nên thực hiện ít nhất mỗi 6 tháng. Đối với các hệ thống quan trọng như phòng máy chủ hoặc hệ thống camera. Nên kiểm tra hàng quý để phát hiện lỗi sớm.
- Tránh sạc quá mức hoặc sai điện áp
UPS thường có sẵn bộ sạc tự động, nhưng nếu thay thế bằng bộ sạc ngoài, cần đảm bảo sử dụng đúng điện áp sạc theo khuyến nghị. Sạc sai điện áp có thể gây phồng, rò rỉ, thậm chí cháy nổ.
- Thay thế đồng bộ các bình ắc quy
Khi cần thay ắc quy, nên thay toàn bộ theo bộ để đảm bảo điện áp và dung lượng đều nhau. Việc ghép pin cũ với pin mới dễ gây xả không đều, nhanh chai pin và làm hỏng toàn hệ thống.
