Derin döngülü kurşun akü, tekrarlanan derin deşarjlara tolerans göstererek uzun süreler boyunca sürekli güç sağlamak üzere tasarlanmış bir elektrokimyasal enerji depolama cihazıdır. Marş akülerinin aksine, bu üniteler %80 Deşarj Derinliği (DoD) döngüleri sırasında yapısal bütünlüğü korumak için kalın kurşun plakalar ve yüksek yoğunluklu aktif malzemeler kullanır. Bu mühendislik odağı, kısa süreli yüksek marş akımı yerine uzun vadeli enerji teslimatını önceliklendirir.
Derin döngülü aküler, özel ızgara alaşımına ve bakım protokollerine bağlı olarak 500 ila 3.000 deşarj döngüsü için tasarlanmıştır.
Ana yapısal fark, Marş, Aydınlatma ve Ateşleme (SLI) akülerinden önemli ölçüde daha kalın olan plaka kalınlığında yatmaktadır.
Battery Council International (BCI) tarafından yapılan açıklamaya göre, Deşarj Derinliğini (DoD) %50'nin altında tutmak beklenen hizmet ömrünü iki katına çıkarabilir.
Termal yönetim kritiktir, çünkü iç direnç 25°C'nin altındaki her 10 santigrat derece düşüş için yaklaşık %10 artar.
Derin döngülü kurşun akünün mühendislik felsefesi, pozitif ve negatif plakaların fiziksel sağlamlığına odaklanır. Standart bir marş aküsünde, plakalar incedir ve çok sayıdadır, bu da motor ateşlemesi için gereken yüksek akım patlamalarını kolaylaştırmak için yüzey alanını en üst düzeye çıkarır. Buna karşılık, derin döngülü plakalar, yüksek yoğunluklu kurşun oksit macunu ile kaplanmış kalın, katı kurşun ızgaralardır. IEEE'nin sabit aküler için standartlarına göre, bu kalınlık akünün tekrarlanan kimyasal dönüşümün mekanik gerilimlerine aktif malzeme dökülmeden dayanmasını sağlar.
National Renewable Energy Laboratory (NREL) tarafından yapılan araştırmalar, derin döngülü akülerin tipik olarak SLI akülerinden %25 ila %40 daha kalın plakalar içerdiğini göstermektedir. Bu yapısal kütle önemlidir, çünkü deşarjın kimyasal süreci, daha fazla hacim kaplayan kurşun dioksiti (PbO2) kurşun sülfata (PbSO4) dönüştürür. Daha kalın plakalar, bu hacimsel değişiklikler sırasında eğilme veya çatlamayı önlemek için gerekli takviyeyi sağlar. Endüstriyel uygulamalarda, uzun süreli deşarjlar sırasında iyon taşınmasını optimize etmek için elektrolitin özgül ağırlığı genellikle 1.280'e ayarlanır.
Uygun bir yapılandırma için, özellikler ve dağıtım seçenekleri için lityum akü çözümlerimizi inceleyin.
Derin döngülü kurşun akünün çalışması, çift sülfat kimyasal reaksiyonuna dayanır. Deşarj sırasında, hem pozitif plakadaki kurşun dioksit hem de negatif plakadaki sünger kurşun, elektrolitteki sülfürik asit (H2SO4) ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon, kurşun sülfat ve su (H2O) üretir. ABD Enerji Bakanlığı'na göre, akü deşarj oldukça asit konsantrasyonu azalır, voltaj potansiyeli düşer. Derin döngülü uygulamalarda, akü, ızgara yapısına zarar vermeden aktif malzemenin çoğunun dönüştürülmesine kadar bu reaksiyonu sürdürmek için tasarlanmıştır.
Bu süreçteki kritik bir zorluk, plakalar üzerinde kurşun sülfat kristallerinin sertleştiği sülfasyondur. Akü deşarjlı durumda kalırsa, bu kristaller şarj aşamasında yeniden dönüştürülmesi zor hale gelir. Battery University'den alınan veriler, kurşun-asit akü arızalarının yaklaşık %85'inin kronik düşük şarjdan kaynaklanan geri döndürülemez sülfasyona atfedildiğini göstermektedir. Bunu azaltmak için, genç mühendisler şarj profillerinin kurşun sülfatı tekrar kurşun dioksit ve sünger kurşuna tam olarak dönüştürmek ve elektrolitin özgül ağırlığını geri yüklemek için uygun bir emilim aşaması içerdiğinden emin olmalıdır.
Elektrik mühendisleri için deşarj hızı ile kapasite arasındaki ilişkiyi anlamak temeldir. Peukert Yasası, deşarj hızı arttıkça kurşun-asit akünün kullanılabilir kapasitesinin azaldığını açıklar. Formül, 'k' Peukert sabiti olmak üzere t = H(C/IH)^k olarak ifade edilir. Tipik bir derin döngülü kurşun akü için Peukert sabiti 1.1 ila 1.3 arasında değişir. Journal of Power Sources'da yayınlanan 2024 tarihli bir çalışmaya göre, 20 saatlik bir hızda 100Ah olarak derecelendirilmiş bir akü, yalnızca bir saat içinde deşarj edilirse yalnızca 60Ah sağlayabilir.
Bu olgu, yüksek akımlı deşarjların plakaların hemen çevresindeki elektrolitte iyonların hızla tükenmesine neden olmasından kaynaklanmaktadır. Toplu elektrolitten iyon difüzyonu, reaksiyon hızına ayak uyduramaz. Sonuç olarak, iç direnç yükselir ve terminal voltajı erken düşer. UPS sistemleri veya güneş dizileri tasarlayan mühendisler, yüksek yük koşulları altında gerekli çalışma süresinin karşılandığından emin olmak için akü bankasını en az %20 oranında büyütmek suretiyle bunu hesaba katmalıdır. Bu değişkenlerin doğru modellenmesi, sistem güvenilirliği ve maliyet optimizasyonu için esastır.
Ek yaşam döngüsü ve işletme bağlamı için, tasarımınızı sonlandırmadan önce IEC 60896 VRLA uyumluluk kılavuzuna başvurun.
Döngü Ömrü (%50 DoD'de)
| Özellik | Derin Döngü Akü | Marş (SLI) Akü |
|---|---|---|
| Plaka Kalınlığı | 2,5 mm - 4,5 mm | 0,8 mm - 1,5 mm |
| Tipik Deşarj Derinliği (DoD) | %50 ila %80 | %1 ila %5 |
| 500 - 1500 döngü | 30 - 50 döngü | |
| Aktif Malzeme Yoğunluğu | Yüksek (Yoğun Macun) | Düşük (Gözenekli Macun) |
| Soğuk Marş Akımları (CCA) | Orta | Çok Yüksek |
İlgili bir teknik referans için, tasarımı sonlandırmadan önce AGM ve Jel derin döngü karşılaştırmamızı okuyun.
Sıcaklık, derin döngülü kurşun akünün performansını etkileyen belki de en etkili çevresel faktördür. Daha yüksek sıcaklıklar kimyasal reaksiyonları hızlandırarak başlangıçta kapasiteyi artırırken, aynı zamanda iç korozyonu ve elektrolit buharlaşmasını hızlandırır. Uluslararası Elektroteknik Komisyonu'na (IEC) göre, standart çalışma sıcaklığı olan 25°C'nin üzerindeki her 8 santigrat derece artış, akünün hizmet ömrünü yarıya indirir. Bu, tropikal iklimlerde veya soğutulmamış sunucu odalarında akü dağıtan mühendisler için kritik bir husustur.
Tersine, soğuk sıcaklıklar iç direnci artırır ve kullanılabilir kapasiteyi azaltır. 0°C'de, bir kurşun-asit akü, 25°C'deki performansına kıyasla derecelendirilmiş kapasitesinin %30'una kadarını kaybedebilir. Society of Automotive Engineers (SAE) araştırmaları, sıcakta aşırı şarjı ve soğukta düşük şarjı önlemek için şarj voltajlarının sıcaklığa göre ayarlanması gerektiğini vurgulamaktadır. Modern endüstriyel şarj cihazları, akünün optimum elektrokimyasal penceresinde kalmasını sağlamak için her derece santigrat artış için hücre başına -3mV ila -5mV voltajı ayarlamak üzere termal sensörler kullanır.
"Derin döngü teknolojisi, ızgaranın fiziksel kalınlığının elektrokimyasal ömrü belirlediği yenilenebilir enerji istikrarının bel kemiğini temsil eder. Kurşun-kalsiyum-kalay alaşımlarındaki yenilikler, artık yüksek sıcaklık ortamlarında korozyon direncinde sınırları zorluyor."
Derin döngülü kurşun aküler, güvenilirlik ve döngü başına maliyetin en önemli olduğu sektörlerde vazgeçilmezdir. Yenilenebilir enerji sektöründe, şebekeden bağımsız güneş sistemleri için birincil depolama ortamı olarak hizmet ederler. Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı'na (IRENA) göre, kurşun-asit aküler, geri dönüştürülebilirlikleri ve kanıtlanmış güvenlik profilleri nedeniyle küresel olarak küçük ölçekli güneş depolama kurulumlarının %40'ından fazlasını oluşturmaktadır. Güneş PV'den gelen düzensiz şarj desenlerini işleme yetenekleri, onları kırsal elektrifikasyon projeleri için ideal kılar.
Malzeme taşıma endüstrisinde, elektrikli forkliftler ve otomatik yönlendirmeli araçlar (AGV'ler), 8-12 saatlik vardiyaları çalıştırmak için büyük derin döngülü akü bankaları kullanır. Bu aküler, genellikle günlük %80 DoD'ye ulaşan ağır hizmet deşarjı için tasarlanmıştır. Material Handling Institute (MHI) verileri, uygun bakım ve şarj altyapısı sağlandığı sürece, kurşun-asit sistemlerinin büyük filolar için en uygun maliyetli çözüm olmaya devam ettiğini göstermektedir. Ayrıca, telekomünikasyon endüstrisi, 99.999% ağ çalışma süresini sağlamak için uzak baz istasyonlarında yedek güç için Valf Düzenlenmiş Kurşun-Asit (VRLA) derin döngülü aküler kullanır.
Derin döngülü kurşun akü bankasının yatırım getirisini en üst düzeye çıkarmak, bakım programlarına titizlikle uyulmasını gerektirir. Akışkan kurşun-asit (FLA) aküler için, asidin hücrenin dibinde yoğunlaştığı bir durum olan elektrolit tabakalaşmasını önlemek için düzenli dengeleme şarjları gereklidir. EUROBAT'a göre, dengeleme, elektroliti etkili bir şekilde karıştıran gaz kabarcıkları üreten kontrollü bir aşırı şarj içerir. Bu işlem her 30 günde bir veya hücreler arasındaki özgül ağırlık okumaları 0.030'dan fazla farklılık gösterdiğinde yapılmalıdır.
AGM ve Jel tipleri gibi VRLA aküler için bakım, termal izleme ve terminal tork kontrollerine daha fazla odaklanır. Bu aküler sızdırmaz olduğundan, su eklenemez, bu da onları aşırı şarj olmaya karşı hassas hale getirir ve bu da "termal kaçak"a neden olabilir. Araştırmalar, veri merkezlerindeki VRLA arızalarının %15'inin, yerel ısı oluşturan gevşek terminal bağlantılarından kaynaklandığını göstermektedir. Mühendisler, yüksek dirençli noktaları belirlemek için deşarj testleri sırasında kızılötesi termografiyi kullanmalıdır. Bakım gerektirmeyen modellerde bile hidrojen gazı birikmesini önlemek için uygun havalandırma da gereklidir.
Evet, ancak tavsiye edilmez. Derin döngülü bir akü gerekli akımı sağlayabilse de, özel bir marş aküsünün yüksek Soğuk Marş Akımları (CCA) derecesine sahip değildir. BCI standartlarına göre, sık motor çalıştırmaları için derin döngülü bir akü kullanmak, öncelikli olarak tasarlanmadığı yüksek yoğunluklu deşarj ani yükleri nedeniyle aktif malzemenin erken aşınmasına neden olabilir. Sistem planlaması için, akü seçimini saha gereksinimleriyle uyumlu hale getirmek üzere enerji depolama çözümlerimizi görün.
Ömrü Deşarj Derinliğine bağlıdır. Tipik olarak, yüksek kaliteli bir derin döngülü akü, bir yedek uygulamada (UPS) 4 ila 8 yıl veya her gün döngülenen bir güneş uygulamasında 500 ila 1.000 döngü dayanır. Aküyü tam şarjlı durumda tutmak ve %50'nin altına deşarjdan kaçınmak, çalışma ömrünü 2.000 günden fazla uzatmanın en etkili yollarıdır.
Emici Cam Mat (AGM) aküler, elektroliti sabitlemek için bir fiberglas ayırıcı kullanır, bu da onları dökülmez ve titreşime karşı daha dayanıklı hale getirir. Akışkan aküler sıvı asit içerir ve periyodik olarak su eklenmesini gerektirir. Veriler, AGM akülerinin akışkan akülere (ayda %5-10) kıyasla daha düşük kendi kendine deşarj oranına (ayda %1-3) sahip olduğunu ve bu da onları mevsimsel kullanım veya uzak kurulumlar için üstün kıldığını göstermektedir.
Kapasite testi en doğru yöntemdir. Bir akü, kontrollü bir deşarj testi sırasında derecelendirilmiş kapasitesinin %80'ini koruyamazsa, kullanışlı ömrünün sonuna gelmiş sayılır. Ek olarak, orta yük altında açık devre voltajında önemli bir düşüş (12V bir akü için 10.5V'un altında) genellikle kurtarılamayan ölü bir hücreyi veya ciddi sülfasyonu gösterir.
