Off Grid veya Hibrit solar enerji sistemleri, yedek güç sistemleri, taşınabilir güç istasyonları, elektrikli araçlar veya enerji depolama sistemleri söz konusu olduğunda, bu uygulamaları kullanırken veya bu uygulamalardan yararlanırken bu 3 terim ile çok sık karşılaşırsınız: Şarj Derinliği (DoD: Depth of Discharge), Şarj Durumu (SoC: State of Charge) ve Sağlık Durumu (SoH: State of Health). Bu paylaşımımızda batarya ve akü sistemlerinin kullanıldığı uygulamaları daha iyi anlayabilmeniz için bu terimlerin anlamları üzerinde duracağız.
Şarj Derinliği (DoD: Depth of Discharge) Nedir?
Bir akünün deşarj derinliği (DoD), akünün toplam kapasitesine göre deşarj olan akü yüzdesini gösterir. Deşarj derinliği, tam dolu şarjlı bir aküden deşarj edilmiş olan kapasitenin akünün nominal kapasitesine bölünmesi ile elde edilir.
Örneğin, 200 Ah nominal kapasiteye sahip bir akü 2 saat boyunca 20 amperlik bir akım ile şarj edilir ise, deşarj derinliği 2 saatin sonunda %20 olacaktır. Gelin nasıl hesaplandığına daha yakından bakalım:
Şarj Derinliği (DoD) Hesaplama Örneği
Akülerde Ah veya Amper/Saat oranı hakkında daha fazla bilgi için bu blog yazısına göz atabilirsiniz.
Toplam deşarj edilen akü kapasitesi 40 amper/saat'i (Ah), akünün sahip olduğu 200 amper/saat'lik nominal kapasiteye böldüğümüzde çıkan %20'lik sonuç bize deşarj derinliğini (DoD) gösterir.
Kurşun asit ve AGM aküler gibi birçok akü teknolojisinde deşarj derinliği ile akünün döngü veya çevrim ömrü arasında bir korelasyon vardır. Kurşun asit bazlı çoğu akünün teknik verilerini (datasheet) incelediğimizde karşımıza çoğunlukla aşağıdaki örneğe benzer bir grafik çıkar:
Örnek Şarj Derinliği (DoD) - Döngü Sayısı Grafiği
Döngüsel ömür, akünüzün servis ömrü boyunca dayanabileceği şarj/deşarj döngüsü sayısıdır ve akü kapasitesinin ne kadar kullanıldığına bağlı olarak değişkenlik gösterir. Örnek grafikte de görebileceğiniz gibi, bir aküyü düzenli olarak daha düşük yüzde oranında deşarj ettiğinizde, akünüz maksimum deşarj derinliğine kadar boşaltıldığından daha fazla döngü sayısı performansı gösterecektir. Başka bir deyişle, akünüzün her şarj/deşarj döngüsünde deşarj derinliği azaldıkça kullanım ömrü artar.
Şarj Durumu (SoC: State of Health) Nedir?
Şarj Durumu (SoC), bir akü sisteminde, enerji depolama sisteminde veya bataryalarda depolanan enerjinin tam kapasiteye göre oranını temsil eder. Şarj durumu, genel sistemin performansını ve kullanılabilir enerji miktarını değerlendirmek için kritik bir parametredir. Özellikle ticari veya mesken tipi enerji depolama sistemlerinde ve elektrikli araç teknolojilerinde hayati öneme sahiptir.
Şarj durumu bir akünün veya bataryanın ya da enerji depolama sisteminin mevcutta sahip olduğu enerji miktarının toplam kapasiteye bölünmesi ile bulunur. Deşarj derinliği için vermiş olduğumuz örneğe dönecek olur isek, şarj durumu şu şekilde hesaplanır:
Şarj Durumu (SoC) Hesaplama Örneği
Deşarj sonrası akümüzün sahip olduğu enerji miktarı 160 amper/saat'e düşer. Buradan akümüzün %80 doluluk oranına yani şarj durumuna sahip olduğu hesaplanabilir.
Yukarıdaki vermiş olduğumuz örnekte ne kadar basit görünse de, gerçek hayatta şarj durumunu etkileyen birçok faktörden dolayı şarj durumunu hesaplamak için özel metotlar geliştirilmiştir. Bu metotlardan bahsetmeden önce gelin şarj durumunu etkileyen faktörlere göz atalım.
Akü Kimyası
Günümüzde Kurşun Asit, Lityum-ion ve LifePO4 gibi birçok farklı akü veya batarya türleri bulunmaktadır. Farklı akü türleri farklı akü kimyalarına sahip olduğundan farklı voltaj ve kapasite karakteristiklerine sahiptirler. Örnek vermek gerekir ise, elimizde 12 Volt biri AGM diğeri ise LifePO4 olan iki adet akü olsun. Şarj durumlarını anlamak voltajlarını ölçmek istediğimizde her ikisi için de ölçmüş olduğumuz voltaj değeri 12.5V ise, bu değer AGM akü için %80 SoC, LifePO4 akü için ise yaklaşık %14 SoC değeri ifade etmektedir.
Şarj ve Deşarj Akımı
Bir akünün yüksek akım ile şarj edilmesi SoC seviyesini daha hızlı artırırken, daha yüksek bir akım ile de deşarj etmek SoC değerini daha hızlı düşürecektir. Bu yüzden şarj ve deşarj işlemi için daha yüksek C oranları kullanılması SoC değerinin hesaplanmasını zorlaştırır.
Şarj Voltajı
Şarj voltajı şarj işlemi sırasında akü ve şarj kaynağı arasındaki elektrik potansiyelidir. Daha yüksek bir şarj voltajı SoC'yi daha hızlı artırır.
Sıcaklık
SoC değeri için sıcaklık kritik bir rol oynayan faktörlerden biridir. Akü veya batarya tiplerinin birçoğu yüksek sıcaklıklarda daha yüksek kapasiteye sahip olabildiği gibi daha düşük sıcaklıklarda daha az kullanılabilir kapasite performansı gösterir. Sıcaklığın temel olarak akü veya akü sistemlerine etkisini aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:
Sıcaklığın Şarj Durumuna (SoC) Etkisi
Yaşlanma ve Bozulma
Aküler veya bataryalar yaşlandıkça şarj tutma kabiliyetleri ve buna bağlı olarak kapasiteleri azalır. Bu yüzden eski bir akü veya enerji depolama sisteminin maksimum SoC kapasitesi yeni eşleniğinden daha az kapasiteye sahip olacağı anlamına gelir.
Yukarıda listelemiş olduğumuz faktörlerden dolayı günümüz akü, batarya veya enerji depolama sistemleri için kritik bir öneme sahip olan SoC değerinin hesaplanması için özel metotlar olduğunu söylemiştik. Bu metotlar, SoC değerini tahmin etmek için doğrudan ölçümlerden matematiksel modellere kadar çeşitli teknikler kullanırlar. SoC değerini tahmin etmek veya hesaplamak için yaygın olarak kullanılan metotları aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:
Ah (Amper-Saat) Metodu: Paylaşmış olduğumuz SoC hesaplama örneğindeki gibi bu yöntem bir aküye eklenen veya çıkarılan amper-saat miktarını ölçerek şarj durumunu hesaplar ve kalan şarj miktarının tahmin edilmesini sağlar.
Açık Devre Voltajı (OCV) Metodu: Şarj durumunu belirlemek için şarj durumu - voltaj ilişkisini kullanarak akünün açık devre voltajını ölçmeye dayanan SoC seviyesini belirleme yöntemidir.
Teknolojinin hızla gelişip değiştiği günümüz dünyasında akü dünyasında gezinmek insanın başını döndürebilir. Özellikle de akülerin voltaj seviyelerini ve bunların etkilerini anlamak ilk başta çok karışık görünebilir. Sizler için temel bir kılavuz veya rehber olması açısından mevcut akü piyasasındaki 4 temel akü çeşidi için voltaj tabloları paylaşacağız. Bu tablolar anlamak akülerinizin sağlığını verimliliğini ve performansını korumak akü voltajını ölçmek ve değerlendirmek isteyenler için çok yardımcı olacaktır.
Coulomb Sayımı: Amper saat sayımı ve akım entegrasyonu olarak da bilinen bu yöntem, SoC hesaplama yöntemleri arasında en yaygın kullanılan yöntemlerdendir. Bu yöntem, akü içerisinde kalan kapasiteyi sadece aküye aktarılan veya aküden çıkan şarjı ölçerek hesaplar.
İç Direnç Metodu: Akülerin iç dirençleri ile sahip oldukları kapasite birbiriyle ilişkilidir. Bu ilişkiyi kullanarak SoC seviyesini hesaplama yöntemi iç direnç metodudur.
Kalman Filtreleme Metodu: Ağırlıklı olarak lityum-ion bataryaların SoC seviyelerini hesaplamak için kullanılan bu yöntemde matematiksel algoritma kullanılır. Akü üzerinde yapılan ölçümler ile sistem dinamiklerini bir araya getirerek SoC seviyesi için doğru tahmin sunar.
Sağlık Durumu (SoH: State of Health) Nedir?
Sağlık durumu (SoH) bir akünün mevcut kullanılabilir kapasitesi ile satın alındığı zamanki ilk nominal kapasitesi arasındaki karşılaştırmayı temsil eder. SoH, akünün beklenen ömrü ve potansiyel değiştirme tarihi ile ilgili fikir verir. Örneğin, yeni satın aldığınız 200 Ah kapasiteli bir akünün kullanılabilir maksimum kapasitesi 5000 şarj/deşarj işlemi sonucu 100 Ah'e düşmüş ise, akünüzün sağlık durumu %50 seviyesine düşmüş demektir.
Sağlık Durumu (SoH) Hesaplama Örneği
Sonuç Olarak
Elektrikli bir araç kullanacaksanız, evinize bir hibrit enerji depolama sistemi kuracaksanız veya tamamen şebekeden bağımsız bir off grid sistemi tasarlamak istiyorsanız, kısacası akü veya batarya teknolojilerin yer aldığı her türlü uygulamadan daha yüksek performans almak istiyorsanız, SoC, DoD ve SoH terimlerini anlamanız çok faydalı olacaktır.
Mullinix GE Serisi 12V 100Ah AGM Jel Akü
Mullinix GE serisi ile sunulan AGM Jel akülerde AGM seperatör ve yüksek kalay alaşımı pozitif plaka ile birlikte Kolloidal Silika Jel elektrolit kullanılmaktadır. Bu üçlü kombinasyon GE serisini performans olarak diğer AGM veya diğer jel akülerden ayırmaktadır.