خلاصه

یک شرکت بین المللی[1] طی یک تحقیق 10 ساله به تجربه قابل توجهی در نگهداری از باتری‌های سرب اسیدی با دریچه تنظیم VRLA دست یافته که این تحقیق منجر به نتایج قابل توجهی در کاهش هزینه نگهداری و همچنین افزایش چشم‌گیر عملکرد سیستم‌های برق اضطراری شده است. به‌علاوه کاربردهای مختلف این نوع باتری‌ها در مخابرات و همچنین مشکلات معمولی مانند خوردگی قطب‌ها، کاهش ظرفیت زودهنگام، تأثیرات منفی دمای بالا بر طول عمر این نوع باتری‌ها و عملکرد سیستم های ذخیره برق یو پی اس به دقت بررسی و مطرح شده است.

الزامات نگهداری خاص نیز با توجه ویژه به هزینه‌ها و بهبود عملکرد به تفصیل بیان شده است. در این تحقیق آزمایشات متنوعی  بر روی تعداد زیادی باتری VRLA انجام شده است که با استفاده از آزمایش هدایت الکتریکی ، نقش شاخص هدایت الکتریکی، آزمایش تخلیه (دشارژ) و تحلیل‌های آزمایشگاهی یک برنامه نگهداری موثر و تعویض به‌هنگام ایجاد شده است. در نهایت، تجربه تکنسین های فنی شرکت British Telecommunications شرح داده شده و راه‌حل‌هایی برای کاهش هزینه نگهداری باتری‌های VRLA و بهبود عملکرد سیستم های برق یو پی اس، ارائه شده‌ است.

مقدمه

از سال ۱۹۸۴ تاکنون، این شرکت مخابراتی با هدف کاهش هزینه‌های نگهداری و ارائه طراحی ایمن‌تر و کاربرپسندتر، استفاده از این نوع باتری‌ها را آغاز کرده است. علاوه بر این، کاربرد این باتری ها در زیر ساخت‌های مخابراتی برای به‌روز کردن برنامه‌های نوسازی دیجیتال و سیستم‌های یکسو کننده باعث تسهیل و تسریع در این برنامه‌ها شده است. عمر مورد انتظار این باتری‌ها ۱۰ سال پیش‌بینی شده و بر همین اساس، برنامه‌های نگهداری و تعویض آن‌ها با یک چرخه‌ی ده‌ساله، در مقایسه با طرح‌های سنتی باتری‌های اسیدی قدیمی، طراحی شده‌اند. با این وجود، به نظر می‌رسد برخی تولیدکنندگان باتری‌های VRLA به‌دلیل به‌کارگیری روش‌های تولید بی‌کیفیت، با نقص‌هایی مواجه هستند. وقوع این خرابی ها و نبود روش اثبات شده‌ای برای تشخیص قبل از خرابی ، برنامه‌های تعمیر و نگهداری را با تاخیر و مشکل مواجه کرده است.  این یک تهدید برای اهداف بلند مدت شرکت مخابراتی بریتیش تلکام بود.

در نتیجه، تحقیقات فوری برای یافتن علت اصلی خرابی این نوع باتری‌ها آغاز شد و خوردگی زودهنگام صفحات سربی در ارزیابی‌های اولیه به‌عنوان مهم‌ترین عامل شناسایی شد. بدیهی است که بهبود کیفیت در ساخت این نوع باتری‌ها، به‌عنوان یک اولویت فوری توسط شرکت و تولیدکنندگان آن دنبال شده است. به‌علاوه تکنیک های نظارتی جدیدی نیز با هدف نگهداری موفقیت آمیز این نوع باتری ها تدوین شده است. این تحقیق ارزشمند و بهبود کیفیت تولیدکنندگان این نوع باتری ها باعث شده تا استفاده مجدد از این باتری‌ها به طور فزاینده‌ای در بسیاری از کاربردها برجسته شده باشد.

کاربردها

در تمامی سیستم‌های برق قدرت و ایستگاه‌های مخابراتی، در صورت قطع منبع تغذیه عمومی از باتری‌ها به‌عنوان منبع اصلی استفاده می‌شود. با توجه به اهمیت باتری‌ها در سیستم‌های مخابراتی اگر مدت زمان سوئیچ بیش از 30 ثانیه طول بکشد یک منبع ثانویه ، یعنی ژنراتور(دیزلی) های اضطراری ،منبع تغذیه اصلی را فراهم کرده و باتری‌ها به صورت آماده به‌کار وارد مدار می‌شوند. جهت افزایش اطمینان، زمان ذخیره‌سازی اسمی باتری‌ها حداقل یک ساعت در نظر گرفته می‌شود. در همه سیستم‌ها باتری‌ها به صورت موازی در یک پیکربندی قرار می‌گیرند. این تأمین بیش از حد، چه در ابتدای کار و چه در زمان تأمین همزمان هنگام تعویض، هزینه‌بر تلقی می‌شود؛ ضمن آن‌که تضمینی نیز برای جلوگیری از خوردگی گروهی سلول‌ها فراهم نمی‌کند.

1.1.4                تجزیه تحلیل خرابی باتری ها

علیرغم هزینه و بررسی ها جهت تولید باتری های VRLA، برای اطمینان بیشتر و کاهش هزینه های نگهداری، بخش زیادی از قطعی ها به‌علت خرابی کامل و درجا باتری‌های VRLA بوده است. قطعی برق کوتاه مدت باتوجه به اهمیت سامانه‌های برقی باعث توقف سامانه برای چندین ساعت و به تبع آن از دست دادن امنیت و درآمد واحد ها می شود. بنابراین بررسی این عدم موفقیت از این نظر حایز اهمیت است که در ادامه به آن اشاره شده است:

خوردگی گروهی قطب های منفی

با دقت بیشتر در بررسی علت قطعی برق، مشخص شد که خوردگی گروهی در قطب منفی، عامل اصلی این اختلال بوده است. این نوع خوردگی به صورت تصادفی ظاهر می‌شود و محصولات یک تولیدکننده خاص را تحت تاثیر قرار داده است. واکنش های الکتروشیمیایی که باعث این نوع خوردگی می شود توسط Berndt توضیح داده شده است. ساختار موازی باعث تشدید این نوع خرابی شده و موجب می شود این نوع خوردگی در کلیه باتری ها به طور یکنواختی انجام شود. وقوع این نوع خرابی باعث ایحاد تردید مصرف‌کنندگان در مصرف باتری های VRLA شده است. با این وجود در بسیاری از سیستم‌های برق اضطراری این مشکل وجود نداشته و سیستم های برق یو پی اس بسیاری دارای طول عمر 10 سال بدون خرابی هستند. این نوع خرابی موجب بی‌کیفیت شدن این نوع باتری‌ها شده و تولید کنندگان را بر آن داشته تا اخیرا تکنیک‌هایی تولید با کیفیت و آلیاژهای مناسب تر را برای رفع این مشکل به‌کار ببرند.  در هر صورت آزمایش‌های متعددی برای تشخیص این مشکل طراحی شده است ولی در نهایت تنها راهکار مقابله با این مشکل، تعویض باتری‌ها می باشد.

از دست دادن زودهنگام ظرفیت ذخیره باتری ها

با نظارت دقیق و جایگزینی زودهنگام باتری‌ها، این نوع از حالت خرابی، دلیلی اصلی از کار افتادن سیستم های برق اضطراری نبود، دلیل آن ارائه ژنراتور های اضطراری و بزرگش شدن بیش از حد تعریف شده ظرفیت باتری هاست. با این حال هزینه بالا را زیر سوال می برد. باتری‌های VRLA با عمر ۸ تا ۱۰ سال در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد و نیاز بسیار کم به نگهداری و تعمیر، نسبت به طرح‌های سنتی باتری‌های اسیدخور که نیاز به نگهداری بالا دارند، مزیت قابل توجهی دارند. از سوی دیگر، الزام تولیدکنندگان به استفاده از آلیاژهای مناسب و تکنیک‌های تولید با کیفیت، استفاده از این نوع باتری‌ها را افزایش داده است.

دما

تعمیر و نگهداری

اثرات دمای بالا بر طول عمر باتری‌های VRLA به‌خوبی مستند شده و توسط سازندگان این باتری‌ها نیز به‌وضوح درک شده است. علاوه بر این، برخی سازمان‌ها و ارگان‌ها در استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده با گازهای برودتی باید طبق استانداردهای زیست‌محیطی به‌صورت کنترل‌شده عمل کنند. این موضوع باعث شده است که طراحی قفسه‌ها و نوع چیدمان باتری‌ها تا حدی در بهبود وضعیت کمک‌کننده باشد. اخیراً، شرکت مخابراتی بریتیش از برنامه شارژ متناوب برای کنترل دما استفاده کرده است که در مقاله‌ای مرتبط با همین موضوع به‌طور کامل شرح داده شده است

علت اصلی استفاده از باتری‌های VRLA، کیفیت بالاتر، نیاز کمتر به نگهداری نسبت به باتری‌های اسیدخور و قیمت مناسب‌تر آن‌ها است. از این رو، تولیدکنندگان با درک بهتر و توجه به نوع خرابی باتری‌ها، هر ماه تلاش می‌کنند کیفیت این نوع باتری‌ها را ارتقا دهند. بررسی وضعیت سلامت باتری نیازمند آزمایش‌ها و تکنیک‌های خاصی است که در ادامه به آن‌ها پرداخته می‌شود.

    تست تخلیه

تست تخلیه سریع باتری به صورت آفلاین به هیچ عنوان توصیه نمی شود. چون باعث ناکارآمدی بدون برنامه سیستم برق اضطراری می‌شود. از اینرو یک شاخص سلامت کارآمدتری مورد نیاز است. آزمایش‌های شرکت مخابراتی بریتیش نشان داده است که تست تخلیه با استفاده از روش Midtronics، ابزاری ارزشمند در تعمیر و نگهداری و شناسایی خرابی‌های جدی باتری‌ها محسوب می‌شود.

  تست رسانایی

تست رسانایی باتری یکی از روش‌های مهم برای ارزیابی عملکرد و سلامت باتری‌ها است. این تست میزان توانایی باتری در انتقال جریان الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کند و به وسیله آن می‌توان وضعیت داخلی باتری و احتمال وجود مشکلاتی مانند خوردگی یا خرابی داخلی را تشخیص داد. معمولاً برای انجام این تست از دستگاه‌های خاصی استفاده می‌شود که مقاومت داخلی باتری را اندازه‌گیری می‌کنند و نتایج به دست آمده به عنوان شاخصی برای عملکرد بهینه باتری به کار می‌رود.

رسانایی باتری ارتباط مستقیم با کیفیت و کارایی آن دارد؛ هر چه رسانایی بالاتر باشد، باتری قادر است جریان بیشتری را با افت ولتاژ کمتر منتقل کند. این ویژگی به ویژه در کاربردهایی که نیاز به جریان بالا دارند مانند خودروها یا سیستم‌های پشتیبان برق بسیار حیاتی است. بنابراین، انجام تست رسانایی به صورت دوره‌ای می‌تواند به پیش‌بینی زمان تعویض باتری و جلوگیری از خرابی ناگهانی کمک کند و عمر مفید باتری را افزایش دهد.

روش انجام

با استفاده از دستگاه تست مقاومت باتری های صنعتی میتوان پارامتر های مقاومت و میزان رسانایی هر یک از باتری های یو پی اسی را بررسی نمود. در این روش، دو پروب دستگاه به ترمینال‌های مثبت و منفی باتری وصل می‌شود. دستگاه سپس یک جریان کوچک و کوتاه از باتری عبور می‌دهد و مقاومت داخلی باتری را اندازه‌گیری می‌کند. این مقاومت داخلی نشان‌دهنده کیفیت و سلامت ساختاری باتری است؛ هرچه مقاومت کمتر باشد، رسانایی باتری بالاتر است و باتری عملکرد بهتری دارد.

قبل از انجام تست، باید باتری در شرایط شارژ کامل قرار داشته باشد و از اتصال صحیح پروب‌ها اطمینان حاصل شود تا نتایج دقیق به دست آید. همچنین، بهتر است دمای باتری در محدوده استاندارد باشد، زیرا دما می‌تواند روی اندازه‌گیری مقاومت داخلی تأثیرگذار باشد. پس از ثبت مقدار مقاومت، با مقایسه آن با استانداردهای مربوط به نوع باتری، می‌توان وضعیت باتری را ارزیابی کرد و تصمیم‌گیری درباره تعمیر، تعویض یا ادامه استفاده از آن را انجام داد.

برنامه جایگزین باتری

یک جنبه مهم که اغلب در تعمیر و نگهداری باتری نادیده گرفته شده، داشتن یک برنامه مناسب برای تعویض باتری ها می باشد. باتری ها به دلیل ماهیت خود نیاز به تعویض دوره‌ای یا تعمیرات گران‌قیمت دارند. باتری‌های VRLA به گونه‌ای طراحی شده‌اند که برای مدت زمان مشخصی با تعمیر و نگهداری کم یا بدون تعمیر به‌کار گرفته و سپس تعویض شوند. زمان‌بندی تعویض برای جلوگیری از خرابی و افزایش هزینه‌ها حیاتی است. مدیریت دقیق مستلزم داشتن یک دسته اطلاعات کاربردی می‌باشد که حاوی جزئیات مهمی مانند: سازنده باتری، سن باتری، نوع کاربری، مکان نگهداری، بار مصرفی و در صورت امکان، نشانه‌ای از وضعیت سلامت باتری باشداندازه‌گیری میزان جریان عبوری در باتری‌ها می‌تواند روند پایش سلامت سیستم را تسهیل کند. شاخص رسانایی (بر حسب درصد) یا همان توانایی عبور جریان می‌تواند برای بررسی کیفیت باتری‌ها از نظر توانایی عبور جریان الکتریسیته ، به‌طور مداوم مورد استفاده قرار گیرد، و در صورتی که این عدد کمتر از 40 تا 50 درصد باشد نشان دهنده ظرفیت کم باتری است. این شاخص در سال‌های ابتدایی تولید باتری (کمتر از 5 سال) نشان از عدم کیفیت ساخت باتری‌های تست شده دارد.

نتیجه گیری

باتری های VRLA به مدت 10 سال در این شرکت مورد استفاده تجاری قرار گرفت، ضمن انجام آزمایشات کیفی ، بررسی ها نشان داد که علت اصلی خرابی زودهنگام ناشی از بی‌کیفیتی باتری‌ها می باشد که با درک تولیدکنندگان و به‌کار بردن تکنیک های تولید مناسب و آلیاژ مناسب و با کیفیت می‌توان به عمر مفید 8 تا 10 سال با حداقل زمان نگهداری و تعمیرنگهداری دست یافته و هزینه ها را کاهش داد. شایان ذکر است فقط در صورت کیفیت ساخت باتری‌ها می‌تواند جایگزین مناسبی برای باتری های سنتی و اسید خور باشد .

[1] British Telecommunications  Tel: 0272 202025; Fax: 0272 257821