Yayınlandı: 15 Mayıs 2022 Kategori: Teknik Makaleler

Yedek güç kaynağı ve kesintiler

Bir işletme için yedek güç sisteminin maliyeti oldukça yüksek olabilir. Bu nedenle bir ekipmana yatırım yapmadan önce tüm seçeneklerinizi değerlendirmek çok önemlidir. Doğrudan ve dolaylı maliyetler, yönetim tarafından açık ve net bir şekilde tanımlanmalı ve uygun şekilde değerlendirilmelidir. Her zaman olduğu gibi, acil durum ve yedek güç kaynakları arasında bir ayrım yapılmalıdır.

Acil durum sistemleri aslında, can ve mal güvenliği için yasal olarak gerekli şekilde belirlenmiş devreleri besler. Yedek güç sistemleri, kamu hizmeti veren bir şirketten kaynaklanan elektrik kesintisi nedeniyle bir tesisin üretimde düşüş olmasını önlemek için kullanılır.

Birçok ticari/endüstriyel bina, AC güç kaynağının sürekliliğini sağlamak için iki bağımsız şebeke hizmetine veya bir şebeke hizmetine ek olarak yerinde üretime güvenir.

“ Elektrik sistemlerinin artan karmaşıklığı nedeniyle, güç kaynağı güvenilirliğine özel ehemmiyet gösterilmelidir.

İçindekiler:

Genel Olarak Yedek Güç Sistemi
Çift Besleyici Güç Kaynağı Sistemi
En Yüksek Güçte Tıraşlama
Gelişmiş Sistem Koruması
Jeneratör Nasıl Seçilir?
1. Jeneratör Tipleri
UPS Sistemleri
Piller
1. Piller Nasıl Nitelendirilir?
2. Mühürlü Kurşun-Asit Pil

1. Genel Olarak Yedek Güç Sistemi

Şekil 1, bir motor ve jeneratör içeren geleneksel bir yedek güç sistemini göstermektedir. Elektrik kesintisi durumunda, otomatik bir transfer anahtarı, şebeke şirketi hattından gelen AC voltajını kontrol eder. Bekleme jeneratörü, önceden belirlenmiş bir süre boyunca (genellikle 1 ila 10 saniye) bir kesinti tespit edildiğinde başlatılır; jeneratör hızlandığında, yük şebekeden yerel jeneratöre aktarılır.

Şebeke beslemesi geri geldiğinde yük tekrar açılır ve jeneratör kapatılır.

(!) Bu temel sistem türü endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır ve uzun süreli elektrik kesintilerine karşı (5 dakika ve üzeri) ekonomik koruma sağlamaktadır.

Şekil 1'de gösterilen transfer cihazı, kontaktör tipi, kesme öncesi açma ünitesidir. Bu sistem, bir tesisi uzun süreli elektrik şirketi elektrik kesintilerinden korur.

Şekil 1 - Bir motor-jeneratör seti kullanan klasik yedek güç sistemi

Şekil 1 - Bir motor-jeneratör seti kullanan klasik yedek güç sistemi

Gösterilen basit aktarım cihazının, Şekil 2'de gösterildiği gibi bir otomatik örtüşen (statik) aktarım anahtarıyla değiştirilmesiyle ek işlevsellik kazanılabilir. Örtüşme transfer anahtarı, bir enerji kaynağından diğerine temiz bir geçiş yaparak, yerinde jeneratörün yükle senkronize olmasına izin verir.

Bu işlevsellik aşağıdaki avantajları sunar:

Jeneratörden şebeke beslemesine geri geçiş, hizmette kesinti olmaksızın gerçekleştirilebilir.
Yük, şebeke hattı sorunları (yaklaşan şiddetli bir fırtına gibi) beklentisiyle şebekeden jeneratöre temiz bir şekilde değiştirilebilir.
Yük atma hedeflerini gerçekleştirmek için yük, jeneratöre ve jeneratörden değiştirilebilir.

Şekil 2 - Yükü kamu hizmeti şirketinden sahadaki jeneratöre aktarmak için statik bir transfer anahtarının kullanılması

Şekil 2 - Yükü kamu hizmeti şirketinden sahadaki jeneratöre aktarmak için statik bir transfer anahtarının kullanılması

2. Çift Besleyicili Güç Kaynağı Sistemi

Bazı kentsel alanlarda, genellikle büyük şehirlerde, bir yedek güç kaynağı sağlamanın bir yolu olarak bir tesise iki şebeke gücü bağlantısı getirilebilir. Şekil 3'te gösterildiği gibi, tesise iki ayrı şebeke servis bağlantısı (ayrı güç dağıtım sistemlerinden) getirilir ve bir ana hat arızası durumunda otomatik transfer anahtarı yükü yedek hatta değiştirir.

Çift beslemeli sistem, yardımcı dizel düzenlemesine göre bir avantaj sağlar, çünkü statik bir transfer anahtarı kullanılıyorsa ana sistemden bekleme konumuna güç aktarımı saniyenin çok küçük bir bölümünde yapılabilir. Dizel jeneratör sisteminde, kullanışlılığını birkaç dakikadan uzun süren elektrik kesintileriyle sınırlayan zaman gecikmeleri söz konusudur.

(!) Çift beslemeli koruma sistemi, tesise getirilen servis düşüşlerinin her birinin farklı yollardan yönlendirildiği varsayımına dayanır. Bu durumda, her iki güç hattında aynı anda bir arıza olasılığı uzaktır. Ancak çift beslemeli sistem, zaman zaman meydana gelebilecek bölge çapındaki elektrik kesintilerine karşı koruma sağlamayacaktır.

Çift beslemeli sistemin dezavantajı, öncelikle kentsel alanlarla sınırlı olmasıdır. Kırsal veya dağlık bölgeler genellikle çift yedekli kamu hizmeti şirketi çalışması için donatılmamıştır. Kentsel alanlarda bile, özellikle besleme için özel hatların kurulması gerekiyorsa, bir tesise ikinci bir elektrik hattı getirmenin maliyeti son derece yüksek olabilir.

Şekil 3 - AC güç kaybı korumasının çift yardımcılı besleyici sistemi. Otomatik transfer anahtarı, elektrik kesintisi durumunda yükü ana şebeke hattından bekleme hattına değiştirir.

Şekil 3 - AC güç kaybı korumasının çift yardımcılı besleyici sistemi. Otomatik transfer anahtarı, elektrik kesintisi durumunda yükü ana şebeke hattından bekleme hattına değiştirir.

Sahada veya yakınında iki ayrı kamu hizmeti varsa, yedek beslemeler genellikle eşdeğer kapasiteye sahip motorla çalışan jeneratörlerden daha ucuz olacaktır. Şekil 4, tesiste her iki yardımcı girdiyi aynı anda kullanan bir çift beslemeli sistemi göstermektedir.

Normal çalışma sırasında her iki AC hattının da yükleri beslediğine ve "bağ" devre kesicinin açık olduğuna dikkat edin. Her iki hattan birinin kaybı durumunda, devre kesici anahtarlar, tüm tesisi kalan tek AC beslemesine yerleştirmek için yükü yeniden yapılandırır.

Anahtarlama otomatik olarak gerçekleştirilir; hatlardan birinde planlı bir kapatma olması durumunda manuel kontrol sağlanır.

3. En Yüksek Güçte Tıraşlama

Şekil 5, hem yedek güç hem de tepe güç tıraş uygulamaları için bir yedek dizel jeneratörün kullanımını göstermektedir. Ticari elektrik müşterileri, günün belirli saatlerinde enerji taleplerini azaltarak genellikle kamu hizmeti şirketi faturalarında önemli tasarruflar elde edebilirler. Yükü kamu hizmeti şirketi sisteminden yerel dizel jeneratörüne değiştirmek için otomatik bir örtüşme aktarma anahtarı kullanılır.

Geçiş, yük ekipmanının çalışmasını bozmayan statik bir transfer anahtarı ile gerçekleştirilir.

(!) Bir yedek jeneratörün bu uygulaması, ünitenin ticari bir elektrik kesintisi yoluyla yükü taşımak için gerekli olup olmadığına bakılmaksızın tesise finansal getiri sağlayabilir.

Otomatik örtüşme (statik) transfer anahtarı, normal çalışma kesintisi ile karşılaşılmaması için şebeke beslemesinden jeneratöre giden yükü anında değiştirir.

Şekil 5 - Bekleme gücü ve tepe güç tıraş uygulamaları için bir dizel jeneratörün kullanımı

Şekil 5 - Bekleme gücü ve tepe güç tıraş uygulamaları için bir dizel jeneratörün kullanımı

4. Gelişmiş Sistem Koruması

Şekil 6'da, yüke temiz, kesintisiz AC gücü sağlamak için bir motor-jeneratör seti ile bir çift besleyici kaynağının birleştirildiği daha karmaşık bir güç kontrol sistemi gösterilmektedir. M-G seti (motor-jeneratör seti), ana şebeke beslemesinden bekleme moduna geçişi yumuşatacak ve çoğu zaman saha personeli tarafından fark edilmeden ticari bir elektrik kesintisi yapacaktır.

Geleneksel bir M-G seti, tipik olarak, bir şebeke beslemesinden diğerine bir aktarım gerçekleştirmek için fazlasıyla yeterli olan 0,5 s'ye kadar güç kesintisi devamı verir. Anahtarlama devreleri, gerekirse M-G setinin baypas edilmesini sağlar.

Şekil 6 – Güç arızası devamı ve geçici bozulma koruması sağlamak için bir motor-jeneratör seti kullanan bir çift besleyici yedek güç sistemi.

Güç kesintisi ve geçici bozulma koruması sağlamak için bir motor-jeneratör seti kullanan bir çift besleyici yedek güç sistemi. Anahtarlama devreleri, M-G setinin atlanmasına izin verir. Gerekliyse.

Bu yedek güç sistemi, sisteme bir dizel jeneratörün eklendiği Şekil 7'de gösterilen uygulamada daha da iyileştirilmiştir. Jeneratör çıkışında gösterilen otomatik bindirme transfer anahtarı ile bu düzenleme aynı zamanda en yüksek talep gücü tıraşı için de kullanılabilir.

Bunun gibi bir düzenleme, sabit bir temiz AC kaynağı gerektiren kritik yükler için kullanılacaktır.

Şekil 7 – Çift kamu hizmeti şirketi beslemeleri, bir dizel jeneratör ve bir motor jeneratör seti kullanan birinci sınıf bir güç kaynağı yedekleme ve koşullandırma sistemi.

Şekil 7 – Çift kamu hizmeti veren şirket beslemeleri, bir dizel jeneratör ve bir motor jeneratör seti kullanan birinci sınıf bir güç kaynağı yedekleme ve koşullandırma sistemi. Bunun gibi bir düzenleme, sabit bir temiz AC kaynağı gerektiren kritik yükler için kullanılacaktır.

Şekil 8, bir çift kamu hizmeti şirketi besleme hatlarını, bir 750 kVA gaz motorlu jeneratörü ve 20 dakikalık bir DC tahrikli beş motorlu jeneratör setini kullanan bir basitleştirilmiş şematik diyagramı göstermektedir. tam yükte pil beslemesi. Beş M-G seti paralel olarak çalışır ve her biri 100 kW çıkış için derecelendirilmiştir.

(!) Yüke güç sağlamak için yalnızca üçü gereklidir, ancak herhangi bir zamanda dört tanesi çevrimiçidir. Beşinci makine, bir arıza durumunda veya planlı bakım çalışmaları için yedeklilik sağlar. Piller, 270 V DC veri yolunda hafif bir şarjla her zaman çevrimiçidir. Farklı karayolları boyunca gömülü iki ayrı doğalgaz hattı, gaz motorunu besliyor.

Yerel gaz depolama kapasitesi de sağlanmaktadır.

Şekil 8 – Çift şebeke beslemesi, yedek gaz motoru jeneratörü ve pil destekli beş DC M-G seti içeren yüksek güvenilirlikli bir güç sisteminin basitleştirilmiş kurulum şeması

Şekil 8 – Çift şebeke beslemesi, yedek gaz motoru jeneratörü ve pil destekli beş DC M-G seti içeren yüksek güvenilirlikli bir güç sisteminin basitleştirilmiş kurulum şeması

5. Jeneratör Nasıl Seçilir?

1 kVA'dan az ila birkaç bin kVA veya daha fazla güç seviyeleri için motor-jeneratör setleri mevcuttur. Daha fazla kapasite sağlamak için makineler de paralel hale getirilebilir. Motor-jeneratör setleri tipik olarak kullanılan enerji santrali tipine göre sınıflandırılır:

Dizel Motor

Avantajlar: sağlam ve güvenilir, düşük yakıt maliyetleri, düşük yangın veya patlama tehlikesi.
Dezavantajlar: diğer motorlardan biraz daha pahalı, daha küçük boyutlarda daha ağır

Doğal ve Sıvılaştırılmış Petrol Gazlı Motor

Advantages: uzun süre kapalı kaldıktan sonra hızlı çalıştırma, uzun ömür, düşük bakım
Disadvantages: bölge genelinde elektrik kesintisi sırasında doğalgazın kullanılabilirliği

Benzinli Motor

Advantages: hızlı çalıştırma, başlangıçta düşük maliyet
Disadvantages: benzinin depolanması ve taşınmasıyla alakalı daha büyük tehlikeler, genellikle bakım arasındaki ortalama süre daha kısadır.

Gaz Türbün Motoru

Advantages: karşılaştırılabilir beygir gücüne sahip pistonlu motorlardan daha küçük ve daha hafif, çatı üstü kurulumlar için kullanımda pratik, yük değişikliklerine hızlı tepki.
Disadvantages: yüksek giriş hava sıcaklığına duyarlı, başlatma ve çalışma hızı arasındaki süre için daha uzun süre gereklidir.

Genellikle seçilen santral tipi, öncelikle sistemin çalıştırılacağı ortam ve sahip olma maliyeti ile belirlenir. Örneğin, bir kentsel alan ofis kompleksinde bulunan yedek bir jeneratör, büyük miktarlarda yakıt depolamanın doğasında var olan problemler nedeniyle, doğal gazla çalışan bir motorun kullanımı için en uygun olabilir.

Eyalet veya yerel bina yönetmeliklerinin yakıt depolama tanklarına pahalı kısıtlamalar getirebileceğini ve benzinli veya dizel motorlu motor kullanımını pratik olmayan hale getirebileceğini unutmamak önemlidir. Propan kullanımı genellikle kırsal alanlarla sınırlıdır. Kötü hava koşullarında (çoğu elektrik kesintisi meydana geldiğinde) propanın mevcudiyeti de dikkate alınmalıdır.

(!) Yedek güç sistemi için jeneratör derecelendirmesi dikkatli bir şekilde seçilmeli ve tesisin gelecekteki beklenen büyümesini dikkate almalıdır. Mevcut en yüksek tesis yükünden en az %25 daha fazla çıkış için derecelendirilmiş bir yedek güç sistemi kurmak iyi bir uygulamadır. Bu boşluk payı, yedek ekipman için bir güvenlik payı sağlar ve sistemi aşırı yüklemeden tesisin gelecekte genişletilmesine olanak tanır.

Motorla çalışan bir bekleme jeneratörü tipik olarak otomatik başlatma kontrollerini, bir akü şarj cihazını ve otomatik transfer anahtarını içerir. Kontrol devreleri, şebeke beslemesini izler ve AC kaynağında bir arıza veya sürekli bir voltaj düşüşü olduğunda motoru çalıştırır. Jeneratör çalışma voltajına ve frekansına ulaşır ulaşmaz şalter yükü aktarır.

Bakınız, Şekil 9.

Şekil 9 - Bir motor-jeneratör setinin tipik konfigürasyonu

Şekil 9 - Bir motor-jeneratör setinin tipik konfigürasyonu

Şebeke beslemesinin geri yüklenmesi üzerine, anahtar yükü geri verir ve motoru kapatmayı başlatır. Otomatik transfer anahtarı, aşağıdakiler de dahil olmak üzere zorlu gereksinimleri karşılamalıdır:

Tam anma akımını sürekli olarak taşımak,
Kontak ayrımı olmadan arıza akımlarına dayanabilme,
Yüksek ani akımları işlemek ve
Tam yükte birçok kesintiye zarar vermeden dayanır.

Çoğu elektrik kesintisinin doğası, motor-jeneratör grubu için gelişmiş bir izleme sistemi gerektirir. Çoğu elektrik kesintisi kötü hava dönemlerinde meydana gelir. Yedek jeneratörlerin çoğu gözetimsizdir.

Çoğu zaman, bekleme sistemi herhangi bir insan müdahalesi veya denetimi olmaksızın başlar, çalışır ve kapanır. Güvenilir çalışma için izleme sistemi, tüm parametrelerin normal sınırlar içinde olduğundan emin olmak için makinenin durumunu sürekli olarak kontrol etmelidir.

(!) Zaman gecikme süreleri genellikle jeneratör çalıştırılmadan ve yük aktarılmadan önce 5 ila 10 s arasında bir kesinti gerektiren kontrolör tarafından sağlanır. Bu, sistemi gereksiz yere çalıştıran yanlış başlatmaları önler. Şebeke gücünün eski haline getirilmesi ile yükün geri dönüşü arasında genellikle 5 ila 30 dakikalık bir zaman gecikmesine izin verilir. Bu gecikme, yük yeniden uygulanmadan önce şebeke AC hatlarının stabilize olmasına izin verir.

Bir tesiste kullanılan motorların boyutuna ve tipine bağlı olarak, motor yüklerinin aktarımı özel bir değerlendirme gerektirebilir. Motorun kalan gerilimi, motorun aktarıldığı güç kaynağı ile faz dışıysa, motorda ciddi hasar meydana gelebilir.

Aşırı akım çekimi ayrıca aşırı akım koruma cihazlarını tetikleyebilir. Volanlar ve fanlar gibi tork gereksinimleriyle ilgili olarak nispeten yüksek yük ataletine sahip 50 hp'nin üzerindeki motorlar özel kontroller gerektirebilir. Yeniden başlatma süresi gecikmeleri yaygın bir çözümdür.

Çok motorlu jeneratör kurulumları için otomatik başlatma ve senkronizasyon kontrolleri kullanılır. Yükü beslemek için iki veya üç küçük birimin çıktısı birleştirilebilir. Bu yetenek, herhangi bir makinede arıza olması durumunda tesis için ek koruma sağlar. Tesisteki yük arttıkça, yedek güç barasına ek motor-jeneratör sistemleri kurulabilir.

Şekil 9 - Bir motor-jeneratör setinin tipik konfigürasyonu

Tam anma akımını sürekli olarak taşımak,
Kontak ayrımı olmadan arıza akımlarına dayanabilme,
Yüksek ani akımları işlemek ve
Tam yükte birçok kesintiye zarar vermeden dayanır.

5.1 Jeneratör Türleri

Yedek güç uygulamaları için jeneratörler, endüksiyon veya senkron makineler olabilir. Günümüzde kullanılan motor-jeneratör sistemlerinin çoğu, bu yaklaşımın sağladığı çok yönlülük, güvenilirlik ve bağımsız çalışma yeteneği nedeniyle senkron tiptedir. Çoğu modern senkron jeneratör, döner alan alternatör tasarımına sahiptir.

Esasen bu, armatür sargılarının sabit tutulduğu ve alanın döndürüldüğü anlamına gelir. Bu nedenle üretilen güç doğrudan sabit armatür sargılarından alınabilir. Döner armatür alternatörleri, üretilen çıkış gücünün kayma halkaları ve fırçalar yoluyla elde edilmesi gerektiğinden daha az popülerdir.

Senkron bir makine tarafından üretilen AC voltajının tam değeri, DC alan sargılarındaki akımın değiştirilmesiyle kontrol edilirken, frekans dönme hızı ile kontrol edilir. Güç çıkışı, tahrik motoru tarafından jeneratör miline uygulanan tork tarafından kontrol edilir. Bu şekilde senkron jeneratör üretebileceği güç üzerinde hassas kontrol sunar.

Pratik olarak tüm modern senkron jeneratörler fırçasız bir uyarıcı kullanır. Uyarıcı, ana şaft üzerindeki küçük bir AC jeneratördür; üretilen AC voltajı yine şaft üzerinde bulunan üç fazlı dönen bir doğrultucu düzeneği ile doğrultulur. Bu şekilde elde edilen DC gerilimi, yine ana mil üzerinde bulunan ana jeneratör alanına uygulanır.

Uyarıcı alan akımını kontrol etmek için bir voltaj regülatörü sağlanmıştır ve bu şekilde, alan voltajı hassas bir şekilde kontrol edilebilir, bu da kararlı bir çıkış voltajı ile sonuçlanır.

(!) Üretilen AC akımının frekansı iki faktöre bağlıdır: makinede yerleşik kutup sayısı ve dönüş hızı (rpm). Çıkış frekansının normalde katı sınırlar (60 veya 50 Hz) içinde tutulması gerektiğinden, jeneratör hızının kontrolü esastır. Bu, bir regülatör tarafından gerçekleştirilen ana hareket ettiricinin hassas rpm kontrolünü sağlayarak gerçekleştirilir.

Pek çok vali türü vardır; ancak, yardımcı güç uygulamaları için, eş zamanlı düzenleyici normal olarak seçilir. Eşzamanlı regülatör, jeneratörden sabit bir AC güç çıkış frekansı sağlayarak, yüksüz durumdan tam yüke kadar sabit kalması için motorun hızını kontrol eder.

Modern bir sistem iki ana bileşenden oluşur: elektronik hız kontrolü ve motorun hızını ayarlayan bir aktüatör. Elektronik hız kontrolü, makinenin hızını algılar ve mekanik/hidrolik aktüatöre bir geri besleme sinyali sağlar, bu da motor gaz kelebeğini veya yakıt kontrolünü doğru motor devrini korumak için konumlandırır.

Ulusal Elektrik Kodu, yerinde motor-jeneratör sistemlerinin güvenli ve doğru kurulumu için rehberlik sağlar. Yerel kodlar değişebilir ve erken tasarım aşamalarında gözden geçirilmelidir.

6. UPS Sistemleri

Kesintisiz bir güç sistemi, elektrik kesintisi endişelerine zarif bir çözümdür. UPS invertörünün çıkışı sinüs dalgası veya psödosinüs dalgası olabilir. Bir UPS sistemi için alışveriş yaparken aşağıdakileri göz önünde bulundurun:

Tesisin gelecekteki büyümesi için güç rezervi kapasitesi.
İnverter akım dalgalanma özelliği (sistem motorlar gibi endüktif yükleri çalıştıracaksa).
Zaman içinde ve değişen yüklerde çıkış voltajı ve frekans kararlılığı.
Gerekli akü besleme voltajı ve akımı. Pil maliyetleri, ihtiyaç duyulan birimlerin türüne bağlı olarak büyük ölçüde değişir.
Belirli bir uygulamanın gerektirdiği UPS sistemi tipi (ileri transfer tipi veya ters transfer tipi).

(!!!) Bazı hassas yükler, AC güç kaynağında kısa süreli kesintilere dahi tahammül edemeyebilir.

Tipik yük seviyelerinde inverter verimliliği. Bazı inverterler, kapasitenin %90'ında yüklendiğinde iyi verimlilik oranlarına sahiptir, ancak hafif yüklendiğinde verimleri düşüktür.
UPS sisteminin boyutu ve çevresel gereksinimleri. Yüksek güçlü UPS ekipmanı, invertör/kontrol ekipmanı ve piller için büyük miktarda alan gerektirir. Akü grupları genellikle özel havalandırma ve ortam sıcaklığı kontrolü gerektirir.

Önerilen Video - Kritik Veri Merkezinde UPS Transferi Nasıl Yapılır

https://youtu.be/pGthey0Q1dw

7. Piller

Piller, çoğu UPS sisteminin can damarıdır. Önemli özellikler aşağıdakileri içerir:

Şarj kapasitesi: Akü UPS'yi ne kadar süre çalıştıracak?
Ağırlık
Şarj özellikleri
Dayanıklılık/sağlamlık

Pilin kullanımına katkıda bulunan ek özellikler şunları içerir:

Dahili durum/sıcaklık/şarj göstergesi veya veri çıkış portu
Otomatik sıfırlama özelliklerine sahip yerleşik aşırı sıcaklık/aşırı akım koruması
Çevre dostu

(!!!) Son nokta biraz dikkati hak ediyor. Pek çok pil türü, belirli yöntemlerle geri dönüştürülmeli veya atılmalıdır. Bu nedenle, kullanım ömrünün sonunda pilin uygun şekilde imha edilmesi önemli bir husustur. Atma talimatları için orijinal ambalajı kontrol ettiğinizden emin olun.

Uygun prosedürlere uyulmaması ciddi sonuçlara yol açabilir.

Önerilen Video - Pil Enerji Depolama Sistemleri

https://youtu.be/8wJUHxQcUQw

Araştırma, her biri farklı avantajlar sunan bir dizi farklı pil kimyasını ortaya çıkardı. Günümüzün en yaygın ve gelecek vaat eden şarj edilebilir kimyaları şunları içerir:

Nikel kadmiyum (NiCd) – taşınabilir radyolar, cep telefonları, video kameralar, dizüstü bilgisayarlar ve elektrikli aletler için kullanılır. NiCd'ler iyi yük özelliklerine sahiptir, ekonomik olarak fiyatlandırılır ve kullanımı kolaydır.

Lityum iyon (Li-Ion) – tipik olarak video kameralar ve dizüstü bilgisayarlar için kullanılır. Bu pil, yüksek enerji yoğunluklu uygulamalar için bazı NiCd'lerin yerini almıştır.

Mühürlü kurşun asit (SLA) – kesintisiz güç sistemleri (UPS), video kameralar ve enerji-ağırlık oranının kritik olmadığı ve düşük pil maliyetinin istendiği diğer zorlu uygulamalar için kullanılır.

Lityum polimer (Li-Polimer) – ticari olarak mevcut olduğunda, bu pil, yaygın pil türleri arasında en yüksek enerji yoğunluğuna ve en düşük kendi kendine deşarja sahip olacaktır, ancak yük özellikleri muhtemelen yalnızca düşük akımlı uygulamalara uyacaktır.

Yeniden kullanılabilir alkali - hafif hizmet uygulamaları için kullanılır. Düşük kendi kendine deşarj olması nedeniyle bu pil, taşınabilir eğlence cihazları ve ara sıra kullanılan diğer kritik olmayan cihazlar için uygundur.

Tek bir pil tüm cevapları sunmaz; daha ziyade, her kimya bir dizi uzlaşmaya dayanır. Bir pil, elbette, yalnızca şarj cihazı kadar iyidir. Mevcut şarj sistemlerinin ortak özellikleri arasında hızlı şarj özelliği ve otomatik pil durumu analizi ve ardından akıllı şarj yer alır.

7.1 Piller Nasıl Nitelendirilir?

Pilleri nitelendirmek ve karakterize etmek için yaygın olarak aşağıdaki terimler kullanılır:

Enerji yoğunluğu: Bir pilin kilogram başına watt-saat (Wh/kg) cinsinden ölçülen eksiklik kapasitesi.
Döngü ömrü: Uygulamaya bağlı olarak, kapasite nominal %100'den yaklaşık %80'e düşmeden önce belirli bir pil için tipik şarj-deşarj döngüsü sayısı.
Hızlı şarj süresi: Boş bir pili tamamen şarj etmek için gereken süre.
Kendi kendine deşarj: Pil kullanımda değilken deşarj oranı.
Hücre voltajı: Temel pil elemanının çıkış voltajı. hücre sayısı ile çarpılan hücre voltajı, akü terminal voltajını sağlar.
Yük akımı: Pilin sağlayabileceği önerilen maksimum akım.
Mevcut oran: C oranı, şarj ve deşarj sürelerinin ölçeklendirildiği bir birimdir. 1C'de boşalırsa, 100 Ah akü 100 A akım sağlar; 0,5C'de boşaltılırsa, mevcut akım 50 A'dır.
Egzersiz gereksinimi: Bu parametre, maksimum hizmet ömrü elde etmek için pilin çalıştırılması gereken frekansı gösterir.

7.2 Mühürlü Kurşun-Asit Pil

Kurşun-asit batarya yaygın olarak kullanılan bir kimyadır. Su basmış versiyon otomobillerde ve büyük UPS akü bankalarında bulunur. Daha küçük, taşınabilir sistemlerin çoğu, jel hücre veya SLA olarak da adlandırılan kapalı sürümü kullanır.

Kurşun-asit kimyası yaygın olarak yüksek güç gerektiğinde, ağırlık kritik olmadığında ve maliyetin düşük tutulması gerektiğinde kullanılır. Orta büyüklükteki bir SLA cihazının tipik akım aralığı 2 Ah ila 50 Ah'dir. Minimum bakım gereksinimleri ve öngörülebilir depolama özellikleri nedeniyle SLA, UPS endüstrisinde, özellikle uygulama noktası sistemleri için geniş bir kabul görmüştür.

(!!!) SLA belleğe tabi değildir. Bataryayı uzun süre şamandıra şarjında bırakmak zarar vermez. Olumsuz tarafı, SLA hızlı şarj için pek uygun değil. Tipik şarj süreleri 8 ila 16 saattir. Boşaltılmış bir SLA sülfatlanacağından SLA her zaman şarjlı durumda saklanmalıdır. Taburcu edilirse, yeniden şarj etmek zor hatta imkansız olabilir.

Yaygın NiCd'den farklı olarak, SLA sığ bir deşarjı tercih eder. Tam deşarj, gerilim altındayken yıpranan mekanik bir cihaza benzer şekilde, pilin yeniden şarj edilme sayısını azaltır.

Aslında, her deşarj-şarj döngüsü pilin depolama kapasitesini (biraz) azaltır. Bu aşınma özelliği, NiMH dahil diğer kimyalar için de geçerlidir.

SLA'nın şarj algoritması, akım sınırından ziyade bir voltaj sınırının kullanılmasıyla diğer pillerinkinden farklıdır. Tipik olarak, çok kademeli bir şarj cihazı, sabit akım şarjı, tepe şarjı ve sabit şarjdan oluşan üç şarj aşaması uygular. Şekil 10'a bakın.

Sabit akım aşamasında, pil yaklaşık 5 saatte %70'e şarj olur; kalan %30'luk kısım ise tepe yüklemesi ile tamamlanır. 5 saat daha süren yavaş doldurma, pilin performansı için çok önemlidir.

Şekil 10 - SLA pilinin yük durumları

Şekil 10 - SLA pilinin şarj durumları

Sağlanmazsa, SLA sonunda tam şarjı kabul etme özelliğini kaybeder ve pilin depolama kapasitesi azalır. Üçüncü aşama, pil tamamen şarj edildikten sonra kendi kendine deşarjı telafi eden yüzer şarjdır.

Sabit akım şarjı sırasında, SLA pili, şarj cihazının kendisi tarafından sınırlanan yüksek bir akımda şarj edilir. Voltaj sınırına ulaşıldıktan sonra tepe şarjı başlar ve akım giderek azalmaya başlar. Akım önceden ayarlanmış bir seviyeye düştüğünde veya alt uç bir platoya ulaştığında tam şarja ulaşılır.

(!) Hücre voltaj limitinin doğru ayarlanması kritiktir ve pilin şarj edildiği koşullarla ilgilidir. Tipik bir voltaj sınırı aralığı 2,30 ila 2,45 V arasındadır. Yavaş şarj kabul edilebilirse veya oda sıcaklığı 30°C'yi (86°F) aşabiliyorsa, önerilen voltaj sınırı 2,35 V/hücre'dir.

Daha hızlı şarj gerekiyorsa ve oda sıcaklığı 30°C'nin altında kalırsa 2,40 veya 2,45 V/hücre kullanılabilir.