Batarya Boyutlandırmada Göz Önüne Alınması Gereken 3 Performans Faktörü

Batarya Boyutlandırmada Göz Önüne Alınması Gereken 3 Performans Faktörü

Bataryaları Doğru Boyutlandırma

Gerekli süre için gerekli yükü verebilmek için bataryaların doğru boyutlandırılması gerekir ve beklenen göreve göre bataryanın en iyi duruma getirilebilmesi için bazı faktörlere karar verilmelidir. Bu faktörlerden bazıları, her hücrenin tipinde ve bazı durumlarda hücreyi oluşturan plakaların fiziksel yapısında sabitlenir.

Performans, sıcaklık ve diğer konum faktörlerinden de etkilenir ve gerekli performansı sağlamak için hücrelerin optimum bir kombinasyonuna ihtiyaç duyulduğundan, aşağıdaki önemli faktörlerin dikkate alınması gerekir:

1. Sistem Gerilimi (Maksimum ve Minimum)

Herhangi bir bataryayı oluşturan hücrelerin, kullanılan hücre türüne özgü sınırlı bir gerilim aralığı vardır. Kurşun asit pillerde, herhangi bir giriş yükü veya yükü olmayan tam şarjlı bir hücrenin gerilimi olan hücre nominal gerilimi 2 V'dur.

Öte yandan bir batarya hücresinin hasar görmeden güvenli bir şekilde bir yük temin edebileceği minimum gerilim tipik olarak 1,7 V'dur, ancak bir güvenlik sınırı sağlamak için işletme minimumu olarak 1,75'i kullanmak normaldir. Benzer şekilde, bir bataryayı şarj edebilmek için, her bir hücrenin gerilimi nominal 2 V'den fazla olmalı ve bir bataryayı tamamen şarjlı tutmak için, her hücrenin tipik olarak hücre yapısına bağlı olarak 2.2 ila 2.25 V arasında enerjilenmiş olması gerekir.

Tampon şarj gerilimi budur. Bir batarya içindeki tek tek hücreler, önemli bir süre süzüldüklerinde ya da boşaltıldıklarında diğerlerinden daha yüksek empedans geliştirebildikleri için yalnızca "tampon" üzerinde şarj edilmiş bataryalar, bazı hücrelerin diğerlerinden daha az şarj edilmesine neden olabilir.

 Bu durumun üstesinden gelmek için, bataryanın her hücre için 2.7 V'a kadar daha yüksek bir gerilim, eşitleme şarj gerilimine tabi tutulması gerekir.

Yüksek gerilim daha hızlı şarj edilmesine ve tek tek hücreler üzerindeki şarjın daha hızlı olmasına rağmen, bu hücre gerilimi seviyesi, batarya voltajı aralığını, DC sarf malzemeleri kullanan ekipmanların çoğunu aşar.

Bu nedenle, batarya başına eşitleme yükünü 2.33 ila 2.5 V aralığında tutmak ve bataryanın eşitlenmesi için gerekli süreyi uzatmak alışılmış uygulamadır. 

Yukarıdakilere dayanarak, 125 V batarya boyutu, 105 ila 140 V DC'lik bir akü gerilim aralığında 60 hücreyi kullanılır. Bu aralık şu şekilde hesaplanır: 

• Eşitleme gerilimi = hücre başına 2.33 V 

• Eşit şarj durumunda maksimum batarya gerilimi = 60 V × 2.33 = 140 V 

• Hücre başına minimum gerilim = 1.75 V 

• Minimum akü gerilimi = 60 V x 1.75 = 105 V 

 Böyle bir batarya ile beslenen ekipman aynı zamanda, ilgili dağıtım kablolarında bir gerilim düşüşü ile çalışabilir olması gerektiği için, çalışma aralığı 100-140 V aralığını kapsamalıdır. Uluslararası kullanım için, tipik kurşun asitli batarya 55 hücreden oluşur; 96-128 V'luk bir batarya gerilimi aralığı, gerekli ekipman gerilimi aralığı 91-128 V'dir.

Özellikle ekran göstergeleri için kullanılan akkor lambalardan oluşan daha önceki bazı donanımlar bu aralığı kolayca kapayamaz ve bu nedenle batarya sayısını eşitlerken daha az hücreli ve bazı uç hücre anahtarı kullanan bazı bataryalar kullanılır.

Daha az sayıda hücre ve sabit bir minimum ekipman çalıştırma gerilimi kullanıldığında, minimum ekipman gerilimi de düşürülebilmesi için, mevcut Ah oranının mevcut düşük gerilim aralığına uyacak şekilde arttırılması gerektiği unutulmamalıdır. 

 Yukarıdaki örnekler, kurşun asitli batarya tasarımlarına dayanmaktadır. Nikel kadmiyum ve diğer batarya tipleri için, benzer bir gerilim seviyesi serisi ve dolayısıyla belirli bir batarya derecelendirmesi için kullanılan hücre sayısı oluşturulabilir.

Bu açıdan, nikel kadmiyum en yaygın olanı olduğundan, hücre başına 1.2 V'luk ve üzeri ilgili gerilimler, 1.4-1.47 V'luk tampon yük, 1.50-1.65 V'luk eşitleme ve 0.95-1.0 V'dir ve deşarj için minimum olarak 0.95-1.0 V'dir. 

 Ayrıca, nikel kadmiyum batarya sistemi için gerilim aralığının kurşun asitli sistemden daha büyük olduğuna ve dolayısıyla nikel kadmiyum bataryalar kullanıldığında hassas cihazların korunması için önlemlerin alınması gerektiğine dikkat edilmelidir.

Bununla birlikte, birçok modern dijital sistem için geniş menzil güç üniteleri kullanılır ve geniş batarya sistemi aralığı bir sorun oluşturmaz.

 

 2. Düzeltme Faktörü

 Tüm bataryaların kapasitesi sıcaklık ile değişir ve kurşun asitli bataryalar için, özellikle düşük sıcaklıklarda daha fazla değişiklik bulunur. Bu nedenle batarya, geçerli en kötü sıcaklık koşulları altında dahi gerekli bekleme süresini sağlayacak şekilde boyutlandırılmalıdır.

Her belirli hücre tipi kendi özel özelliklerine sahip olduğu için, uygun hücre düzeltme faktörünün hesaplanmasında belirli hücre tipi için tasarım eğrileri kullanılmalıdır.

Bataryalar aynı zamanda zamanla yaşlanır ve bu faktörü karşılamak için % 25'lik bir fazlalık eklemek normaldir. Ayrıca, bitki tasarımı sırasında bile yükler arttıkça yaklaşık % 10-15'lik bir tasarım fazlalığı uygun olur.

Yeni kurulumlarda, başlangıç kapasitesi genellikle % 100'den az (yaklaşık% 90) ve birkaç eşitleme şarjından sonra % 100'e erişecektir.

 Endüstriyel Bataryalar: Yapılacaklar ve Yapılmayacaklar

 3. Çalışma Döngüsü

Tasarım boşaltma süresi boyunca her fonksiyon için gereken güç miktarını ayrıntılandırmak gereklidir. Tipik olarak, kabul edilen çeşitli yük sınıfları şöyledir:

1. Sürekli yük (gösterge lambaları, röle, vb.): 8 saat 
2.  İletişim (UPS, vb.): 3 saat 
3.  Acil durum ışığı: 1/2-3 saat
4.  Aralıklı veya anlık (CB kapanır ve açar): 1 dk

Genel amaçlı batarya sistemleri tipik olarak yukarıda belirtildiği gibi hem yük tipi 1 hem de 4'ü içerirken, diğer tipler, özellikle de UPS, özel bataryalarla sağlanacak ve belirli bir süre sabit bir yük seviyesini beslemek için yeterli boyuta sahip olacaktır.

Karma kullanımlı bataryalar için zaman ve güç santralleri ve şalt sahalarında ihtiyaç duyulan batarya boyutunu hesaplamak için önerilen yöntem, IEEE standartları 485 [S1] ve 1115 [S2] 'de detaylandırılmıştır ve endüstriyel durumlara eşit derecede uygundur.

Böyle bir durumda, en kötü durum yüklemesinin, hem görev devresinin başlangıcında hem de sonunda, boşaltma döngüsü boyunca birkaç rastgele yük olayıyla önemli miktarda anlık bir anahtarlama yükü düşürmesi gerekir. Bu görev tamamlandığında zirve ve toplam yük hesaplanabilir ve daha sonra belirli batarya tipi tasarım şekilleri kullanılarak batarya plakası konfigürasyonu ve amper saat değeri hesaplanabilir.

Her tedarikçi tarafından verilen batarya boyutu - 8 saat bekleme süresi olan bir kurşun asit batarya için, hücre başına 1,75 V'den az olmamalı -  döngünün sonunda bulunan minimum gerilime bağlıdır.

Gerçek anahtarlama çalışma süreleri kısa olsa da standartlar, tüm cihazlar tarafından aynı anda alınan akımın toplamı için devre kesicilerin başlangıçta açma ve boşaltma döngüsünün sonunda (8 saat) kapanmasıyla birlikte 1 dakikalık bir değer kullanmanızı önerir .

KAYNAK: Electric Engineering Portal