UPS Aküsü: Ömrü Nasıl Hesaplanır, Ne Zaman Değişir, Nasıl Test Edilir?

Bir UPS’in elektroniği on yıl sorunsuz çalışabilir. Ama aynı cihazın içindeki akü, çoğu zaman bu sürenin yarısına bile ulaşamaz. Sahadaki UPS arızalarının büyük bölümü de doğrudan aküyle ilgilidir: kesinti anında devreye girmeyen, birkaç saniyede kapanan ya da hiç şarj tutmayan akü grupları. Sorun şu ki akü yorgunluğu dışarıdan görünmez. UPS yeşil ışığını yakar, ekranda her şey normal görünür. Asıl test elektrik kesildiği anda yapılır ve o noktada sürpriz yaşamak kimsenin istediği bir şey değil. Bu yazıda akünün içinde neler olduğunu, ömrünü neyin belirlediğini ve sağlığını nasıl ölçebileceğinizi adım adım anlatıyoruz.

UPS’lerde kullanılan akü tipleri

VRLA (Valf Regulâlö Kurşun Asit) aküler ev, ofis ve orta güçteki UPS’lerin standardıdır. Halk arasında “kuru akü” ya da “bakımsız akü” denir. Şarj sırasında oluşan oksijen ve hidrojen, akünün içinde yeniden suya dönüşür (rekombinasyon). Bu yüzden su eklemek gerekmez. Gaz basıncı aşırı yükselirse üst kısımdaki emniyet valfi açılır.

VRLA akülerin iki alt tipi vardır:

• AGM (Absorbent Glass Mat): Elektrolit, plakalar arasındaki cam elyaf keçeye emdirilmiştir. İç direnci düşüktür, kısa sürede yüksek akım verebilir. Bu özelliği onu 5-15 dakikalık yedekleme yapan UPS’ler için ideal kılar. Piyasadaki 12 V 7 Ah ve 9 Ah UPS akülerinin neredeyse tamamı AGM’dir.
• Jel akü: Elektrolit silika ile jelleştirilmiştir. Derin deşarja ve yüksek sıcaklığa daha dayanıklıdır, ancak yüksek akım kapasitesi AGM’ye göre düşüktür. Uzun süreli yedekleme ve solar uygulamalarda tercih edilir.

Lityum iyon (özellikle LiFePO4) aküler ise veri merkezlerinde ve yeni nesil enerji depolama sistemlerinde hızla yaygınlaşıyor. Aynı enerjiyi yaklaşık üçte bir ağırlıkta saklar, binlerce çevrime dayanır ve yüksek sıcaklıktan kurşun asit kadar etkilenmez. Karşılığında bir batarya yönetim sistemi (BMS) gerektirir ve ilk yatırım maliyeti daha yüksektir. Konuyu Lityum Akü Nedir? Lityum Akü Türleri Nelerdir? yazımızda ayrıntılı olarak inceledik.

“Tasarım ömrü” ile “servis ömrü” aynı şey değil

Akü etiketinde ya da katalogda yazan “5 yıl” veya “10-12 yıl” ifadesi tasarım ömrüdür. Avrupa akü üreticileri birliği EUROBAT, VRLA aküleri tasarım ömrüne göre sınıflandırır: 3-5 yıl (standart ticari), 6-9 yıl (genel amaçlı), 10-12 yıl (yüksek performans) ve 12 yıl üzeri (uzun ömürlü). Bu değerler laboratuvar koşullarında, 20-25 °C ortam sıcaklığında ve sürekli şarjda (float) bekleme varsayımıyla belirlenir.

Servis ömrü ise akünün sahada gerçekten iş gördüğü süredir. Sektörde kabul gören kriter, akü kapasitesinin nominal değerin %80’ine düştüğü anı ömrün sonu olarak kabul etmektir. Bu eşikten sonra kapasite kaybı hızlanır ve akü birkaç ay içinde tamamen işlevsiz hale gelebilir.

Tasarım ömrü 5 yıl olan standart bir UPS aküsünün gerçek hayatta 3-4 yılda değişime gelmesi bu yüzden şaşırtıcı değildir.

Sıcaklık: ömrü belirleyen bir numaralı faktör

Kurşun asit akülerde yaşlanmanın ana nedeni pozitif plaka ızgarasının korozyonudur. Bu kimyasal reaksiyonun hızı da sıcaklıkla katlanarak artar. Pratikte kullanılan kural şudur: 25 °C’nin üzerindeki her 8-10 °C’lik artış, akü ömrünü yaklaşık yarıya indirir.

Sıcaklığın bir etkisi daha var. Yüksek sıcaklıkta akünün iç direnci düşer, şarj akımı artar, bu da daha fazla ısı üretir. Bu döngü kontrol edilmezse termal kaçak (thermal runaway) oluşur. Akü şişer, deforme olur ve en kötü senaryoda kabini hasar görür. Kaliteli UPS’lerin şarj devrelerinde sıcaklık kompanzasyonu bulunmasının nedeni budur: sıcaklık yükseldikçe float şarj gerilimi bir miktar düşürülür.

Aküyü içeriden öldüren diğer mekanizmalar

Sülfatlanma. Deşarj sırasında plakalarda kurşun sülfat oluşur. Normal şarjda bu tekrar çözünür. Ancak akü uzun süre boş ya da yarı dolu bekletilirse sülfat kristalleşir ve sertleşir. Kristalleşmiş sülfat aktif yüzeyi kapladığı için kapasite kalıcı olarak düşer.

Kuruma (dry-out). VRLA akülerde rekombinasyon %100 verimli değildir. Her yıl çok az miktarda su kaybı olur. Yüksek sıcaklık ve aşırı şarj gerilimi bu kaybı hızlandırır. Elektrolit azaldıkça iç direnç yükselir.

Derin deşarj. Aküyü sık sık tamamen boşaltmak çevrim ömrünü ciddi biçimde tüketir. Standart bir AGM akü %100 deşarj derinliğinde birkaç yüz çevrim dayanırken, %30 derinlikte bu sayı birkaç katına çıkar. Elektrik kesintilerinin sık yaşandığı bölgelerde akülerin daha çabuk bitmesinin nedeni budur.

Yanlış şarj gerilimi. 12 V’luk bir VRLA akü için tipik float gerilimi 20 °C’de 13,5-13,8 V aralığındadır (hücre başına yaklaşık 2,25-2,30 V). Bu değerin sürekli üzerinde kalmak kurumayı ve korozyonu hızlandırır. Altında kalmak ise sülfatlanmaya yol açar. Arızalı bir şarj devresi, yeni takılan aküleri de kısa sürede bitirir.

Yedekleme süresi neden “Ah × V” hesabıyla çıkmıyor?

Bu soru çok sık gelir. İki adet 12 V 7 Ah akü kullanan 1000 VA’lık bir UPS’i düşünelim. Kabaca hesap: 2 × 12 V × 7 Ah = 168 Wh. 600 W yükte bunun 16-17 dakika gitmesi beklenir. Gerçekte ise süre çoğu zaman 5-8 dakika civarındadır.

Nedeni şu: akü kapasiteleri genellikle 20 saatlik deşarj oranına (C20) göre verilir. Yani 7 Ah’lik akü, 20 saat boyunca 0,35 A verebilir demektir. Deşarj akımı yükseldikçe kullanılabilir kapasite düşer. Bu olay Peukert etkisi olarak bilinir. 10 dakika gibi kısa sürede boşalan bir akü, etiket kapasitesinin ancak yarısını ya da daha azını verebilir. İnvertör verimi ve kesme gerilimi de hesaba katıldığında aradaki fark daha da açılır.

Bu yüzden yedekleme süresini hesaplarken akü üreticisinin “sabit güç deşarj tablolarını” (W/hücre) ya da UPS üreticisinin süre-yük grafiklerini kullanmak gerekir. Tunçmatik ürünlerine ait katalogları ve kullanım kılavuzlarını İndirme Merkezi‘nden indirebilirsiniz.

Akü sağlığı nasıl test edilir?

Akü testleri basitten karmaşığa dört seviyede düşünülebilir.

1. Görsel kontrol. Gövdede şişme, çatlak, sızıntı veya kutup başlarında beyaz-yeşilimsi oksit birikimi var mı? Şişmiş bir akü, termal stres veya aşırı şarj yaşamış demektir ve test etmeden değiştirilmelidir.

2. Açık devre gerilimi (OCV). Şarj kesildikten en az birkaç saat sonra ölçülür. Tam dolu 12 V’luk bir VRLA akü yaklaşık 12,8 V gösterir. 12,4 V civarı yaklaşık %70-75, 12,2 V civarı yaklaşık %50 doluluk anlamına gelir. Ancak dikkat: OCV size akünün ne kadar dolu olduğunu söyler, ne kadar sağlıklı olduğunu değil. Ömrünü tamamlamış bir akü da 12,8 V gösterebilir ama yük altında saniyeler içinde çöker.

3. İç direnç / iletkenlik ölçümü. Akü sağlığını sahada ölçmenin en pratik yoludur. Özel akü test cihazlarıyla birkaç saniyede yapılır ve aküyü deşarj etmeyi gerektirmez. Bir akünün iç direnci, ilk devreye alındığı andaki referans değerine göre belirgin şekilde artmışsa (genellikle %25-50 aralığı uyarı eşiği olarak kabul edilir) kapasite kaybı başlamış demektir. Aynı gruptaki akülerin birbirine göre değerleri de çok öğreticidir: grubun ortalamasından sapan tek akü, zayıf halkadır.

4. Kapasite (deşarj) testi. Akü grubu kontrollü bir yükle, belirlenen kesme gerilimine kadar boşaltılır ve geçen süre ölçülür. Gerçek kapasiteyi gösteren tek kesin yöntemdir. Zaman alır ve test sırasında yedekleme kapasitesi azalır; bu yüzden kritik sistemlerde planlı bakım kapsamında ve genellikle yılda bir yapılır.

Ev ve küçük ofis kullanıcıları için pratik bir yöntem: altı ayda bir, önemli işleri kaydettikten sonra UPS’in şebeke fişini çekin ve normal yükte kaç dakika dayandığını not alın. Bu süre ilk ölçümünüzün yarısına indiyse akü değişimi yaklaşmış demektir.

Seri akü gruplarında zayıf halka problemi

Büyük online UPS’lerde aküler yüksek DC bara gerilimine ulaşmak için seri bağlanır. 6 kVA’lık bir cihazda 16-20 adet, üç fazlı sistemlerde 30-40 adet akü tek bir zincir oluşturabilir. Seri devrede akım tüm akülerden aynı anda geçer. Tek bir akü zayıfladığında:

• Deşarjda ilk o akü tükenir ve grubun toplam süresini belirler.
• Şarjda diğerleri dolarken zayıf akü dolamaz; eşit dağılmayan gerilim diğer akülerin aşırı şarj olmasına neden olur.
• Sonuçta tek bir arızalı akü, grubun tamamının erken ölmesine yol açar.

Bu yüzden akü grupları tek tek değil, grup halinde değiştirilir. Yeni akülerin aynı marka, aynı model ve mümkünse aynı üretim partisinden olmasına dikkat edilir. Sadece birkaç ay önce kurulmuş bir grupta arızalanan tek bir akü istisnadır; bu durumda tekil değişim kabul edilebilir.

Depolama ve uzun süre kullanılmayan UPS’ler

VRLA aküler 20 °C’de ayda yaklaşık %2-3 kendiliğinden deşarj olur. Sıcaklık arttıkça bu oran da yükselir. Depoda bekleyen yedek aküler ya da sezonluk kapatılan işletmelerdeki UPS’ler için:

• Aküleri depoya tam dolu kaldırın.
• Serin ve kuru bir ortamda saklayın.
• Her 3-6 ayda bir şarj edin ya da açık devre gerilimi 12,4 V’un altına düşmeden önce tazeleme şarjı yapın.

Soğuk bir ortamdan sıcak bir odaya getirilen UPS’i hemen çalıştırmayın. İç yüzeylerde yoğuşan nemin buharlaşması için en az bir saat bekleyin.

Önerilen bakım takvimi

Kurumsal sistemlerde akü yönetimi bir süreçtir

Bir banka şubesinde, hastane yoğun bakımında ya da üretim hattında akü kontrolü “akılımıza gelince” yapılacak bir iş olamaz. Tunçmatik’in bakım programları kapsamında UPS’ler, seçilen sözleşmeye göre yılda 2 veya 3 kez koruyucu bakımdan geçer. Aküler tek tek ölçülür, zayıf akü erkenden tespit edilir ve grubun geri kalanı korunur. Fan, kondansatör gibi ömürlü parçaların durumu da aynı ziyarette kontrol edilir.

Tunçmatik’in Türkiye genelindeki 58 teknik servis noktası, özellikle 6 kVA ve üzeri sistemler için yerinde destek sağlar. UPS izleme hizmetiyle de cihazlar yerel ağ ya da internet üzerinden takip edilebilir. Böylece bir akü sorunu, elektrik kesildiği anda değil, haftalar öncesinden fark edilir.

Cihazınızı servise göndermeniz gerekiyorsa Ürün Sevk Formu‘nu, yeni bir sistem kurulumu planlıyorsanız Kurulum Talep Formu‘nu kullanabilirsiniz. Kritik yükler için doğru UPS topolojisini seçmek konusunda ise Veri Merkezleri için UPS Seçimi: Kritik Noktalar ve UPS mi, Gerilim Regülatörü mü? yazılarımızı okuyabilirsiniz.

Akü değiştirirken dikkat edilecekler

• Etiket değerlerine (gerilim, kapasite, terminal tipi, boyut) birebir uyan akü kullanın. Farklı iç dirence sahip muadil aküler şarj devresini zorlayabilir.
• Üretim tarihine bakın. Rafta bir yıldan uzun beklemiş akü, takıldığı gün yaşlanmış demektir.
• Kutup başlarını üreticinin önerdiği torkla sıkın. Gevşek bağlantı ısınır, aşırı sıkılan terminal ise çatlayabilir.
• Yüksek gerilimli akü gruplarında (özellikle 100 V DC üzeri) değişimi mutlaka yetkili servise yaptırın.
• Eski aküleri çöpe atmayın. Kurşun asit aküler tehlikeli atık sınıfındadır ve lisanslı geri dönüşüm noktalarına teslim edilmelidir.

Son söz

UPS’inizin güvenilirliği, içindeki en zayıf akü kadardır. Aküyü serin tutmak, düzenli ölçmek ve zamanı geldiğinde grup halinde değiştirmek, kesinti anında yaşanacak sürprizlerin neredeyse tamamını ortadan kaldırır. Akü grubunuzun durumundan emin değilseniz Tunçmatik teknik ekibiyle iletişime geçin ya da 7/24 destek hattı 0850 201 68 77’yi arayın.