UPS bataryasının ömür sonu nasıl belirlenir, neden ölçülmeli

Bir veri merkezinde şebeke kesildiğinde, jeneratörler çalışıp yükü alana kadar kritik yükü UPS bataryası taşır. Tasarım dosyasında bu süre birkaç dakikadır. Batarya, bu süreyi ömrünün son yılında da karşılayacak şekilde seçilir.

Batarya yıllar sonra bu süreyi gerçekten karşılayacak mı? Tasarımcı bunu, bataryanın ömür sonundaki kapasitesini sabit bir katsayıyla tahmin ederek yanıtlar. İşletme boyunca bu tahmin çoğu zaman ölçümle karşılaştırılmaz.

Ömür sonu ve yaşlanma katsayısı nasıl tanımlanır

Bataryanın verebildiği kapasite zamanla azalır. Bu kapasite anma değerinin belirli bir oranına indiğinde batarya ömür sonuna gelmiş sayılır. Sık kullanılan tanımda bu oran %80'dir.

Tasarımcı bu kaybı baştan karşılamak için bataryayı bir yaşlanma katsayısıyla büyütür. Ömür sonu %80 olarak tanımlandıysa katsayı 1,25'tir: 1,25 × 0,80 = 1,00. Yeni batarya ihtiyacın %125'i kadar seçilir; ömür sonunda kalan %80'lik kapasite ihtiyacın tamamını karşılar.

Hesabın geri kalanı benzer adımlarla ilerler. Tasarımcı kritik yükün gücünü ve istenen süreyi alır. Soğuk ortam için bir sıcaklık düzeltmesi ve bir tasarım payı ekler. Sonra üreticinin sabit güç deşarj tablosundan, bu gücü bu süre boyunca verebilecek modül sayısını bulur.

Yöntem kolay uygulanır ve yıllardır kullanılır. Zayıf noktası, bataryanın yaşlanmasını tek bir sayıyla temsil etmesidir. Üretici tabloları çoğunlukla yeni batarya içindir. Bataryanın verebileceği gücün sağlık durumuyla (SOH) nasıl değiştiğini gösteren bir eğri tasarım dosyalarında nadiren bulunur.

UPS bataryasında sınırı neden güç belirler

UPS bataryası birkaç dakika içinde yüksek güçte deşarj olur. Bu kadar kısa bir deşarjda asıl soru, bataryanın istenen gücü süre bitene kadar verip veremeyeceğidir.

Kısa ve yüksek güçlü bir deşarjda bataryadan alınabilen enerji, aynı bataryanın uzun ve düşük güçlü bir deşarjda verdiğinden azdır. Bu yüzden kapasitedeki küçük bir kayıp, çalışma süresinde daha büyük bir kayba dönüşebilir.

Bu farkın ana nedeni iç dirençtir. Yük altındaki bir hücrenin gerilimi, akım ile iç direncin çarpımı kadar düşer. Örnek değerlerle: iç direnci 0,5 mΩ olan bir hücreden 200 A çekildiğinde düşüm 0,1 V olur. Direnç 1 mΩ'a çıkarsa aynı akımda düşüm 0,2 V'a çıkar.

UPS eviricisi bataryadan yaklaşık sabit güç çeker. Gerilim düştükçe aynı gücü vermek için akım artar, artan akım da düşümü büyütür. Hücre gerilimi alt sınıra daha erken ulaşır ve batarya yönetim sistemi (BMS) deşarjı keser. O anda hücrelerde kullanılmamış enerji kalmış olabilir, ama batarya bu enerjiyi istenen güçte veremez.

Yaşlanma kapasiteyi ve iç direnci aynı hızda değiştirmez. Bir batarya kapasitesinin büyük bölümünü korurken iç direnci belirgin biçimde artmış olabilir. Tek bir yaşlanma katsayısı bu iki değişimi birbirinden ayırmaz.

Bataryanın o anki güç kabiliyetini ne değiştirir

Aynı batarya, farklı koşullarda farklı güç verir. Tasarımda en çok şu üç etken hesaba katılır.

Şarj durumu (SOC). Şarj azaldıkça hücre gerilimi düşer; çoğu kimyada iç direnç de düşük şarjda artar. Kesintinin son dakikasında batarya, ilk dakikadakinden daha az güç verebilir. Arka arkaya iki kesinti olursa ve batarya arada dolmazsa, ikinci kesintiye daha düşük şarjla başlar.

Sıcaklık. Soğuk bir hücrenin iç direnci yüksektir, bu yüzden aynı güçte gerilimi daha çok düşer. Sıcak bir hücre ise daha hızlı yaşlanır. Batarya odasında raflar arasındaki sıcaklık farkı, aynı bataryanın raflarını zamanla farklı hızlarda yaşlandırır.

Yaşlanma geçmişi. Çevrim sayısı, bataryanın beklemede tutulduğu şarj seviyesi ve çalıştığı sıcaklık her diziyi farklı etkiler. Aynı gün devreye alınan iki özdeş kurulum, birkaç yıl sonra farklı güç verebilir.

İç direnç koruma hesabını nasıl etkiler

İç direnç, DC taraftaki kısa devre akımını da belirler. Bir dizinin verebileceği arıza akımı yaklaşık olarak dizi geriliminin, hücre ve bağlantı dirençlerinin toplamına bölümüdür.

Yeni bataryanın direnci en düşüktür ve en yüksek arıza akımını verir. Kesicilerin kesme kapasitesi ve ark enerjisi hesabı bu duruma göre yapılır. Yaşlanmış batarya daha düşük akım verir. Bu durumda koruma cihazı arızayı daha geç açabilir ve açma süresi uzadıkça ark enerjisi artabilir.

Koruma çalışması çoğu zaman üretici verisinden alınan tek bir direnç değeriyle yapılır. Ölçülmüş bir direnç aralığı varsa hesap hem yeni hem yaşlanmış batarya için gerçek değerlerle kontrol edilebilir.

Neden en zayıf hücreye bakmak gerekir

Bir dizideki hücreler seri bağlıdır ve hepsinden aynı akım geçer. Deşarj sırasında gerilimi alt sınıra ilk inen hücre, dizinin tamamını durdurur. Dizinin verebileceği gücü bu yüzden en zayıf hücre belirler.

Paralel dizilerde akım, dizilere dirençleriyle ters orantılı dağılır. İç direnci artmış bir dizi yükten daha az pay alır. Diğer diziler onun payını taşır ve daha hızlı yaşlanır. Bir dizi devreden çıkarsa kalan diziler yükün tamamını üstlenir.

Raporlardaki tek bir ortalama sağlık değeri bu farkları göstermez.

Bataryanın bugünkü durumu nasıl ölçülür

En doğrudan yöntem kapasite testidir. Batarya belirli bir güçte, alt gerilim sınırına kadar deşarj edilir ve süre ölçülür. Sonuç güvenilirdir. Ancak test sırasında batarya yedek görevini tam yapamaz ve sonuç yalnızca test gününün durumunu gösterir.

Hücre seviyesi ölçüm aynı soruyu sistem çalışırken yanıtlamayı hedefler. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS), hücreye farklı frekanslarda küçük bir uyarı uygular ve hücrenin yanıtını ölçer. Yanıtın farklı frekanslardaki bölümleri, iç direnci ve hücrenin kimyasal durumundaki değişimi ayrı ayrı gösterir.

Bu değerler zaman içinde izlendiğinde her dizi için güç kabiliyetinin sağlık durumuyla nasıl değiştiği görülür. Bu eğri üç soruyu hesaplamaya yardımcı olur: batarya tasarım süresini bugün hangi güçte taşıyabilir, sıcaklık ve şarj durumu bunu ne kadar değiştirir, sınırı önce hangi dizi belirler.

EIS'in nasıl çalıştığını EIS sayfamızda, kullanılabilir kapasitenin neden sabit bir sayı olmadığını bu yazıda anlatıyoruz.

İşletmede neyi kontrol etmeli, tedarikçiye ne sormalı

1. Ömür sonu deşarj verisini isteyin. Üreticiden yeni batarya tablolarına ek olarak ömür sonu ve düşük sıcaklık için de sabit güç deşarj tablosu isteyin.
2. İç direncin nasıl değiştiğini sorun. Kapasite kaybının yanında iç direncin ömür boyunca nasıl arttığını ve ömür sonu tanımının hangisine dayandığını sorun.
3. Devreye almada başlangıç değerlerini kaydedin. Her modülün, mümkünse her hücrenin direncini ve deşarj eğrisini kaydedin. Sonraki her ölçüm bu değerle karşılaştırılır.
4. Rutin testleri veri kaynağı olarak kullanın. Aktarım ve jeneratör testleri bataryayı kısa süre deşarj eder. Bu sırada hücre gerilimlerini, akımı ve sıcaklıkları kaydederseniz ek test yapmadan direnç eğilimini izleyebilirsiniz.
5. En zayıf diziyi ayrı raporlayın. En düşük hücre gerilimini ve her dizinin değerini ortalamadan ayrı izleyin.
6. Koruma çalışmasını ölçülmüş dirençle güncelleyin. Belirli aralıklarla kesme kapasitesini ve ark enerjisini, ölçülen direnç aralığının iki ucuyla yeniden hesaplayın.

Wattality bu zincirde ne geliştiriyor

Wattality, hücredeki ölçümü tesis kararına taşıyan bir mimari geliştiriyor.

• Sense, iç direnci ve kimyasal değişimi sistem çalışırken hücre seviyesinde izlemek üzere geliştiriliyor.
• Core, bu bilgiyi paket, raf ve konteyner seviyesinde kullanılabilir güç ve enerji sınırlarına çevirmek için tasarlanıyor.
• Tesis, bu sınırları tesis kararlarına taşımayı hedefliyor; örneğin jeneratör devreye girene kadar bataryanın yükü ne kadar süre taşıyabileceğine.
• Filo, yaşlanma eğilimlerini tesisler arasında izleyerek yenileme planlamasını desteklemek üzere tasarlanıyor.