مشخصات فنی عمومی و اجرایی تاسیسات برقی ساختمان : ضابطه شماره 110 جلد 1 | ۸-۱۰- انواع باتری

۱-۸-۱۰- عمومی 

کوچکترین واحد ،باتری سلول است که دارای اجزای اساسی زیر می باشد : 

    • محفظه 

    • صفحات مثبت 

    • جدا کننده/نگهدارنده

    • صفحات منفی 

    • الکترولیت بدنه (یا پوشش خارجی) 

    • شعله گیر به همراه منفذ یا دریچه 

    • هادی های اتصال تسمه ای، پایه های ترمینال و سایر اجزای حامل جریان 

به منظور بهینه سازی عملکرد در کاربردهای خاص ممکن است این اجزا به شیوه های مختلف طراحی و پیاده سازی شوند (به پیوست C و پیوست D از استاندارد 1184 IEEE مراجعه شود). 

۲-۸-۱۰- ملاحظات عملکردی 

انواع باتری ها به صورت زیر برای کاربردهای آماده به کار موجود هستند : 

الف) باتری طولانی مدت (یا با قابلیت دشارژ طولانی) (به عنوان مثال مخابراتی با نرخ دشارژ پایین) برای کاربردهایی که بارهای آماده به کار آن ها نسبتاً ثابت است و نیاز است که باتری حداقل ۳ ساعت این بارها را تأمین کند. باتری های طولانی مدت صفحات ضخیم تری دارند. 

ب) باتری های با مصارف عمومی (به عنوان مثال تابلو برق و کنترل) مشابه باتری طولانی مدت بوده، اما دارای ویژگی های طراحی اضافی برای بهبود هدایت هستند. در کابردهای UPS، این نوع مناسب ترین طراحی برای زمان دشارژ ۱ تا ۳ ساعت است. 

پ) باتری های کوتاه مدت (یا با قابلیت دشارژ کوتاه) (به عنوان مثال UPS با سرعت دشارژ زیاد) به منظور تأمین مقادیر زیاد توان برای مدت زمان نسبتاً کوتاهی طراحی شده اند. معمولا صفحات نازک تر مشخصه ی باتری های کوتاه مدت هستند. این باتری ها مناسب ترین نوع برای کابردهایی که نیاز به زمان ذخیره ۱ ساعت و یا کم تر دارند، است. 

علاوه بر این طرح ها که به طور معمول کاربردهای شناور یا آماده به کار ساکن را تامین می کنند باتری هایی برای سایر کاربردها نیز وجود دارد. از چنین باتری هایی به ندرت در UPS استفاده می شود. 

۳-۸-۱۰- باتری های سرب اسیدی منفذ دار (VLA) 

۱-۳-۸-۱۰- کلیات 

سلول های VLA با الکترولیت مایع ساخته میشوند که کاملاً فضای بین صفحاتی را که در فاصله نزدیکی از هم قرار گرفته اند را پر میکند و به صورت کامل صفحات را پوشش می دهد (غوطه ور می کند). الکترولیت تماس یکنواختی با صفحات دارد. بسته به ضخامت صفحه (از بین فاکتورهای دیگر) سلول های این طرح به دلیل کم بودن مقاومت داخلی شان می توانند یک جریان بسیار زیاد و کوتاه مدت ایجاد کنند (به استاندارد 1184 IEEE مراجعه شود). 

۲-۳-۸-۱۰- ولتاژ 

سلول سرب - اسیدی کاملاً شارژ شده دارای ولتاژ مدار باز تقریباً ۲/۱۰ ولت است که به صورت تابعی از گرانش ویژه و دمای سلول تغییر می کند. ولتاژ مدار باز با گرانش ویژه افزایش و با دما کاهش مییابد و به طور معمول از ۲/۰۶ ولت بر سلول تا ۲/۱۰ ولت بر سلول است. ولتاژهای شناور از ۲/۱۵ ولت بر سلول تا ۲/۳۰ ولت بر سلول بسته به نوع طراحی سلول دما و توصیه های تولید کننده متغیر است. 

۳-۳-۸-۱۰- ساختار 

باتری های سرب اسیدی بر اساس ساختار صفحانشان و (در صورت وجود) عناصر آلیاژی که برای تقویت ساختمان این صفحات به کار گرفته شده است، توصیف می شوند. تاکنون چندین طرح برای بهبود مشخصه های کارایی آنها نظیر چرخه شارژ و دشارژ و طول عمر مورد انتظار ابداع شده است. با این حال، هر یک از طرح ها محدودیت های خاص خود را در بهره برداری سلول ایجاد می کند (ر.ک به بخش 2.C در استاندارد 1184 IEEE).

۴-۸-۱۰- باتریهای سرب اسیدی دارای دریچه خود تنظیم (VRLA) 

۱-۴-۸-۱۰- کلیات 

سلول های VRLA به استثنای دریچه ای که در صورت لزوم برای کاهش فشار بیش از حد داخلی باز می شود، آب بندی می شوند. این سلول ها روشی برای باز ترکیب گازها به منظور محدود کردن مصرف آب فراهم می کنند. روش مذکور این است که به اکسیژن خروجی از صفحه مثبت اجازه می دهند به سمت صفحه منفی برود و در آنجا واکنش باز ترکیب رخ می دهد. دریچه به منظور بهینه کردن بازده باز ترکیب فشار داخلی را تنظیم می کند. از این رو، واژه “دارای دریچه خود تنظیم” به آن اطلاق می شود. 

سلول های VRLA نسبت به دمای عملکرد بالا و شرایط بد حساس تر هستند. در موارد استثنایی این شرایط می تواند منجر به وقوع پدیده گریز حرارتی شود. (رک به پیوست C از استاندارد 1184 IEEE) 

۲-۴-۸-۱۰- ولتاژ 

یک سلول VRLA کاملاً شارژ شده دارای ولتاژ مدار بازی تقریباً برابر با ۲/۱۵ ولت است که به صورت تابعی از گرانش ویژه و دمای سلول تغییر می کند. ولتاژ مدار باز با گرانش ویژه افزایش و با دما کاهش می یابد و ممکن است از ۲/۰۶ ولت بر سلول تا ۲/۱۷ ولت بر سلول باشد. ولتاژ شناور از ۲/۲۰ ولت بر سلول تا ۲/۳۵ ولت بر سلول، بسته به نوع طراحی سلول دما و توصیه های تولید کننده ی آن متغیر است. 

۳-۴-۸-۱۰- عدم تحرک الکترولیت 

یکی از الزامات باز ترکیب موثر این است که الکترولیت بی حرکت باشد. برای دستیابی به این امر، دو روش وجود دارد که تحت عنوان الکترولیت جذب شده و الکترولیت ژل دار شناخته می شوند. 

۱-۳-۴-۸-۱۰- سیستم های الکترولیت جذب شده 

سلول های VRLA این طرح متشکل از یک حجم کنترل شده از الکترولیت مایع موجود در یک جدا کننده بسیار جاذب شبیه به بلاتر، می باشد که بین صفحاتی که در فاصله کمی از هم دیگر هستند، قرار گرفته است. این جدا کننده بی بافت، الکترولیت را به طور یکنواخت توزیع می کند و آن را در تماس با صفحه فعال مواد نگه می دارد، در عین حال به اکسیژن خروجی در هنگام شارژ اجازه عبور می دهد. سلول هایی با فناوری الکترولیت جذب شده ذاتاً مقاومت داخلی کمی دارند و می توانند برای تأمین یک جریان با نرخ بسیار زیاد و کوتاه مدت طراحی شوند. سلول های دارای الکترولیت جذب شده به عنوان انواع صفحه شیشه ای جذبی (AGM) نیز شناخته می شوند. 

۲-۳-۴-۸-۱۰- سیستم های الکترولیت ژل دار 

سلولهای VRLA این طرح مشابه طرحهای منفذ دار هستند با این تفاوت که الکترولیت به ژل تبدیل شده است تا آن را بی حرکت کند. آنه ا می توانند جریان با نرخ بسیار زیاد و کوتاه مدت را فراهم کنند، اما به دلیل مقاومت داخلی بالاتر آن ها به اندازه طراحی الکترولیت جذب شده موثر نیستند. اگرچه، رسانایی گرمایی بالاتر در طرح های ژله ای باعث می شود تا آن ها برای کاربردهای دمای بالا نسبت به سلول های الکترولیت جذب شده ی معادل از شرایط مناسب تری برخوردار باشند. برای یک ظرفیت مشخص سلول الکترولیت ژله ای معمولا سنگین تر و بزرگتر از یک سلول الکترولیت جذب شده است. 

۴-۴-۸-۱۰- دریچه ها و شعله گیرها 

هر کدام از تکنیک های بی حرکت سازی الکترولیت ها که انتخاب شده باشد، این طراحی سلول از یک کاهش فشار استفاده می کند. این دریچه طراحی شده است تا :

    الف) حداکثر فشار داخل سلول را محدود کند. 

    ب) از ورود اکسیژن جو به سلول و دشارژ صفحات منفی جلوگیری کند. 

اگر این دریچه با سایر آب بندی ها خراب شود سلول فرآیند شکل دادن یک سلول منفذ دار آزاد کردن گازها و در نهایت خشک شدن را شروع می کند. 

شرایطی از عملکرد سلول وجود دارد که ممکن است ترکیب های قابل انفجاری از هیدروژن و اکسیژن وجود داشته باشد؛ بنابراین شعله گیر باید تهیه شود. 

۵-۴-۸-۱۰- تهویه 

سلول های دارای دریچه خود تنظیم باید در محیط کنترل شده ای قرار گیرند که دارای تهویه مناسب باشد و نباید در جریان حرارتی تجهیزات الکترونیکی داخل محفظه یکسانی قرار گیرند. تهویه مناسب سلول در اطراف جداره سلول برای کاهش احتمال گریز حرارتی توصیه می شود. طی عملکرد باز ترکیب عادی، سلول های دارای دریچه خود تنظیم به طور متناوب مقادیر کمی از هیدروژن تخلیه می کنند و مقداری هیدروژن نیز ممکن است از طریق بدنه پلاستیکی بخش شود. زمانی که باتری بیش از حد شارژ می شود مقادیر بیشتری گاز ساطع می شود. کاربران باید مشخصات تولید کنندگان را بررسی کنند تا تعیین کنند که آیا تهویه اضافی برای یک کاربرد خاص مورد نیاز هست یا خیر؟ 

شارژ کردن بیش از مقدار ولتاژ توصیه شده توسط سازنده یا کار در دمای بالا بدون کاهش ولتاژ شناور برای جبران درجه حرارت بالا، ممکن است منجر به تخلیه هیدروژن و اکسیژن از سلول شود. 

۵-۸-۱۰- باتری های منفذدار نیکل - کادمیم 

۱-۵-۸-۱۰- کلیات 

باتری های نیکل - کادمیم از یک الکترولیت قلیایی (هیدروکسید پتاسیم) استفاده می کنند. مواد فعال نیکل اکسی هیدروکسید (NiOOH) در صفحه مثبت و فلز کادمیم (Cd) در صفحه منفی هستند. 

الکترولیت موجود در باتری نیکل - کادمیم در واکنش کلی سلول نقش ندارد، بنابراین مقدار گرانش ویژه در هنگام شارژ و دشارژ تغییر نمی کند. الکترولیت توانایی خود را در انتقال یون ها بین صفحات سلول مستقل از سطح بار حفظ می کند و همچنین به عنوان یک نگهدارنده ی اجزای فولادی در ساختار مکانیکی سلول عمل می کند. 

این نوع باتری ها در برابر فشارهای مکانیکی و الکتریکی مقاوم هستند، به خوبی در یک محدوده دمایی گسترده کار می کنند و می توانند دشارژ مکرر کم عمق یا عمیق را تحمل کنند. 

۲-۵-۸-۱۰- مشخصات 

سلول نیکل - کادمیم ولتاژ مدار باری تقریباً برابر با ۱/۳۰ ولت و یک ولتاژ دشارژ اسمی برابر با ۱/۲۰ ولت دارد. توصیه های سازندگان طیف وسیعی از ولتاژهای شناور ۱/۴۰ ولت بر سلول تا ۱/۴۷ ولت بر سلول و ولتاژهای با سرعت بالا ۱/۴۵ ولت بر سلول تا ۱/۶۵ ولت بر سلول را بسته به نوع طراحی اختصاصی آن ها و الزامات کاربرد بیان می کند. سلول های نیکل - کادمیم می توانند بدون آسیب دیدن سرعت شارژ بسیار بالا را تحمل کنند. برخی طرح ها می توانند بدون کاهش در عمر بهره برداری سال ها در انبار نگهداری شوند. 

سلول می تواند یک دشارژ کامل را تقریباً بدون هیچ زوال دایمی در ظرفیت یا عمرش تحمل کند. بسته به تعداد سلول های استفاده شده ولتاژ دشارژ پایانی نوعی در این کاربرد ممکن است از ۱/۰۰ ولت بر سلول تا ۱/۱۰ ولت بر سلول متغیر باشد، توصیه می شود همواره از کمترین ولتاژ دشارژ پایانی و بیشترین تعداد سلول های ممکنی که در دستور العمل سازنده برای نحوه شارژ کردن پیشنهاد شده است، استفاده کنید. این کار منجر به انتخاب اقتصادی ترین باتری برای کاربرد مورد نظرتان می شود. 

۳-۵-۸-۱۰- ساختار 

برای باتری های منفذ دار نیکل - کادمیم بسته به نوع صفحاتشان چندین طرح در دسترس هستند. از پرکاربردترین طرح ها می توان به صفحه جیبی، صفحه فیبری (یا الیافی)، صفحه پخته شده و صفحه پیوند خورده پلاستیکی اشاره کرد. (ر.ک به پیوست D از استاندارد 1184 IEEE). 

سلول های نیکل - کادمیم با صفحاتی در ضخامت های مختلف طراحی شده اند. برای انواع طولانی مدت با نرخ دشارژ پایین صفحات ضخیم (۳ میلی متر تا ۴ میلی متر) استفاده می شود. سلول های با نرخ دشارژ متوسط، که اغلب در کاربردهایی که ترکیبی از جریان دشارژ پایین و بالا مورد نیاز است به کار می روند، صفحات نازک تری (۲ میلی متر تا ۳ میلی متر) دارند. برای انواع کوتاه مدت با نرخ دشارژ بالا که بیشتر به میزان سطح در دسترس صفحه فعال بستگی دارد. تا مقدار کل مواد فعال صفحات نازک (0/8 میلی متر تا ۱٫۵ میلی متر) استفاده می شود. 

۶-۸-۱۰- باتری بدون منفذ نیکل - کادمیم 

سلول های نیکل کادمیم بدون منفذ به طور معمول در وسایل الکترونیکی و تجهیزات مصرفی مانند ابزار قدرت بیسیم استفاده می شوند. ظرفیت آنها محدود است و بنابراین عمدتا در کاربردهای دارای UPS کوچک استفاده می شوند. 

سلول ها به طور معمول از الکترودهای متخلخل یا چسب خورده ساخته می شوند که با یک جدا کننده برای تشکیل یک گروه صفحه استوانه ای به دور هم پیچیده می شوند. منافذ ظرف سلول کاملاً پوشانده شده است و در شرایط کار عادی هیچ گازی نشت نمی کند. طرح های بازترکیبی نیز برای ظرفیت های بزرگ تر موجود است. ساختار آن ها شبیه سلول های منفذ دار است که مضاف بر آن دارای یک جدا کننده خاص می باشد که اجازه باز ترکیب گازهای شارژ را می دهد.