02122863335
Reşitpaşa Mah. Katar Cad. ARI 6 Enerji Teknokenti No: 2 /49 D:209 Sarıyer/ İstanbul
ilker.aydin@batkon.com

Baz İstasyon Akü Yönetim Sistemi - Telco BMS

Mevcut durumda Türkiye’deki GSM baz istasyon sahalarında kullanılmakta olan Telco Rectifier sistemleri “tek grup” akü ile çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Sadece tek akü grubu kol akımını ölçüp sınırlayabilir.

Bu yapıları nedeniyle 2V / 500 Ah VRLA hücreler (24 adet) kullanılması gerekirken, yer kısıtlaması nedeniyle 12V VRLA aküler 4’er seri ve 3 veya 5’er paralel bağlanarak (12-20 akü) 48V / 300-500 Ah kapasitede enerji depolama sağlanmaktadır.

 

Rectifier tek koldaki akımı sınırlayarak “Sabit akım-CC” ve yüzdürme şarj gerilimi “CV” yöntemi ile şarj yapar. İster tek grup ister paralel 3-5 grup olsun Rectifier tek tek akülerin gerilim ve sıcaklıklarından haberdar değildir.

 

Dolayısı ile mevcut durumda sahalarda bir "Batarya Yönetim Sistemi" (BMS) kullanılmamaktadır. VRLA akülerin paralel gruplar halinde şarj edilmesi durumunda grupların şarj akımını eşit olarak bölüşmesi beklenir. Ancak akü üretim farklılıkları ve farklı yaşlanma etkileri nedeniyle akü grupları akımı eşit paylaşmaz.

Çevrim sayısı arttıkça oluşan iç direnç farklılıkları nedeniyle gruplar eşit şarj olmaz. Deşarj konumunda bu dengesizlik akü gruplarının erken yaşlanmasına ve beklenen 400 Ah yedeklemenin altına düşülmesine neden olur.

Sorunlu aküler, bulunduğu grubu ve toplamda yedekleme sistemini etkiler Asimetrik yaşlanma sebebiyle oluşan kapasite farkları nedeniyle aküler overcharge olabilir ve rectifer bunu önleyemez. Kapasite farkları nedeniyle aküler üretici tarafından önerilen akımların çok üstünde akımlarla şarj olabilir ve rectifer bunu önleyemez.

Ah kapasiteleri ve dolayısı ile İç direnç farklılıkları nedeniyle gruplar eşit şarj olmaz. Ohm kanunu gereği paralel kollardaki eşdeğer direnç değerleri ile ters orantılı olarak akım kollara dağıtılır. Bu bağlamda iç dirençleri özdeş olmayan aküler, kol akımlarında düzensizlik yaratmak suretiyle bazı kollardaki akülerin belirlenen akım sınırının üzerinde akımla şarj edilmesine sebep olur.

Örneğin Rectifier’da 40 A ile sınırlanan akım, şarjın sonuna doğru iç dirençleri yaşlanma nedeniyle yüksek (kapasitesi düşmüş) olan ilk üç koldaki akülerden dolayı üç kola 2 A, diğer dördüncü kola ise 34A olarak dağılabilir. Bu da dördüncü koldaki akülerin üretici tarafından önerilenin 3.5 katı akımla şarjına dolayısı ile erken yaşlanmasına neden olur.

Bu nedenle operatörler eski akülerle yeni aküleri aynı sistemde paralel bağlayıp kullanmak istemezler. Birkaç akü bile arızalı olsa tüm aküleri söküp yenileri ile değiştirmek durumunda kalırlar.

 

ÇÖZÜM = TELCO BMS

Telco BMS sistemi Rectifier tarafından belirlenen akım sınırı ve tampon şarj gerilimini kullanarak BCU (Battery Control Unit) modüllerine bağlı 8 adete kadar 48V akü grubunu ayrı akım değerleri ile şarj eder. Aynı zamanda gruplardaki her 12V VRLA akünün gerilim ve sıcaklık değerlerini de izleyebilir. BCU Modülleri akım sınırlama ve gerilim/sıcaklık ölçümlerini yaparak RS485 seri haberleşme üzerinden Modbus-benzeri Ascii protokolü ile MPC (Main Process Controller) Modülüne iletir. MPC Modülü tüm sistemi kontrol eder ve akım sınırlama ve şarj kesme kararlarını vererek BCU Modüllerine iletir. MPC aynı zamanda USB ve Ethernet arayüzü ile PC veya dahili GPRS modem ile haberleşebilir.

BCU modülü üzerinden akım ve gerilimi kontrol edilen akü grubundaki herhangi bir akü yaşlanma veya asimetrik kapasite nedeniyle şarj sırasında 14V’un üzerine çıkarsa BCU Modülü grup Vfloat gerilimine henüz ulaşmamış bile olsa akım sınırlama değerini aşağı çekerek ilgili akünün geriliminin 14V’u aşmasına ve overcharge olmasına engel olur. Gruptaki herhangi bir akünün sıcaklığı belirlenen değeri aşarsa BCU akımı azaltır ve eğer sıcaklık düşmez ise şarjı tamamıyla kesebilir.

Farklı BCU’lara bağlanan akü grupları farklı kapasitelerde bile olsa (bir veya daha fazla grup yeni akü diğer gruplar eski akü) sorun oluşmaz. Bir bakıma “ayrı şarj cihazları” ile şarj yapıldığından dengesizlikler yüzünden akülerin fazla akım veya gerilimler ile şarj edilerek erken yaşlandırılmalarını engellenir.

Deşarj yönünde herhangi bir akım sınırlaması yapılmamakla birlikte, bu durumundayken akülerin birbirlerine doğru akım akıtmaları dolayısı ile yüksek şarj durumda olanın diğerlerini şarj etmeye çalışması engellenir. Akımların sadece yük yönünde akmasına izin verilir.

Herhangi bir akünün deşarj sırasında gerilimi 10.8 V (1.8V / Cell) altına düşerse akünün overdischarge olup aşırı sülfatlaşarak zarar görememesi için o gurubun akımı kesilir ve grup daha fazla deşarj edilmez. Yük, durumu daha iyi olan akü gruplarından beslenmeye devam eder.

Telco BMS programlama işlemleri sahada, MPC modülü üzerindeki 2x16 karakter LCD ekran ve 4 tuşlu menü arayüzü ile yapılır.

Sistem ile ilgili tüm parametreler MPC modülündeki LCD menüsü üzerinden saha teknisyeni tarafından ayarlanır ve sistemin çalışma rejimi belirlenir. Sistem çalışmaya başladıktan sonra da mevcut batarya durumları ve akım gerilim değerli LCD ekran üzerinden izlenebilir.

BÇO bakım teknisyeni sahaya geldiğinde LCD menüsünden hangi akülerin sorunlu olduğu ve değiştirilmesi gerektiğini bilir. Eğer istenirse durumu konfirme etmek için Uzdenetim merkezini arayarak yetkin bir mühendisin sisteme bağlanıp akülerin durumlarını incelemesi ve değişmesi gereken akü veya akü gruplarının kararını merkezden vermesini isteyebilir. Diğer yandan saha mühendisi de bilgisayarını MPC’deki USB porta bağlayarak aynı verileri inceleyebilir ve değiştirme kararını verebilir.

Eğer grupların güç kabloları ile gerilim/sıcaklık ölçüm probları yanlış gruplara takılmış ise Telco BMS bunu fark eder ve LCD ekrandan montaj teknisyenini uyarır

Telco BMS sisteminde MPC Modülüne opsiyonel olarak takılabilen GSM-DB kartı ile sistem GSM/GPRS şebekesi üzerinden Operasyon ve Bakım Merkezindeki sunucu ile bağlantı kurabilir. Sunucu üzerinden periyodik olarak sistem durumu ve verileri izlenebilir. Yetkin bir uzdenetim mühendisi tarafından sistem parametreleri uzaktan ayarlanabilir.

Üretim prosesleri aynı da olsa 12V VRLA aküler arasında ufak performans farkları vardır. Dolayısı ile 4 adet seri bağlanan 12V VRLA akünün hepsi birebir aynı Ah kapasitesinde olmazlar. Şarj deşarj çevrim sayısı arttıkça bu asimetri daha da artabilir ve kapasitesi düşük olan akülerin aşırı şarj olmasına yol açabilir. 4’lü seri grup yüzdürme şarjı gerilimine henüz ulaşmadan kapasitesi düşük olan akü dolmuş olacağı için rectifier akımı azalmaz. Diğer aküler henüz 13-13.5V’lardayken düşük kapasiteli akü gerilimi daha da artarak 14V’ların üzerine çıkar ve akü gaz çıkararak elektrolit kaybeder. Elektrolit kaybeden akü kapasitesi daha da düşer ve bir sonraki çevrimde sorun daha da derinleşir.

Telco BMS sisteminde her BCU modülünde bulunan “Aktif Dengeleme Devresi ” sayesinde şarj sırasında 14V’a ulaşıldığı için durdurulan şarj işlemi sonrasında gerilimi yüksek olan akülerden enerji alınarak gerilimi düşük olan akülere aktarılır. İşlem sonrasında gruptaki tüm akülerin gerilim seviyesi eşitlenir.

Gerilimleri üst sınırda eşitlenen aküler deşarja alındıklarında en düşük kapasiteli akü 10.8V’a düşene kadar deşarj edildikten sonra yeniden şarja alındığında artık eskisi kadar dengesizlik yaşanmaz. MPC Modülü dengesizlikleri takip ederek gerektiğinde BCU’ya komut göndermek suretiyle dengeleme işlemini tekrarlatabilir.

Telco BMS’in portlarından bir veya daha fazlasına Lityum (Lityum Demir Fosfat, Lityum Mangan Oksit, Lityum Cobalt Oksit vs.) batarya sistemi bağlanabilir.  İstenirse iki port paralel bağlanarak akım sınırı 50A ile Lityum batarya hızlı şarj edilebilir. LCD menüden sistemi «Normal» moddan «Hibrid» moda geçirilerek bu çalışma sistemi uygulanabilir.

Elektrik kesintilerinde öncelikle Lityum batarya deşarj edilir. Lityum batarya %100 deşarj olunca VRLA gruplar devreye alınır. Hibrit çalışma sayesinde VRLA akülerin, örneğin 2 saatten kısa elektrik kesintilerinde cycle edilmesine gerek kalmaz ve akülerin kullanım ömürleri uzar. Lityum-VRLA Hibrit kontrol sistemi olarak poziyonlanan Modular Telco BMS sayesinde sahadaki tüm akülerin Lityum’a çevrilmesine gerek kalmadan, hem Lityum’un yüksek çevrim ve hızlı şarj avantajından hem de VRLA akülerin düşük maliyetinden bir optimizasyon yapılabilir.

 

TELCO BMS NEDEN GEREKLİDİR?

Telco BMS 12V / (92, 100, 150 vb) Ah VRLA akülerin kullanım ömürlerini uzatır.
Gereksiz yere hurdaya akü ayrılmasını engeller.
Seri bağlı 12V VRLA akülerin aralarındaki gerilim dengesizliklerini aktif dengeleme yöntemi ile giderir.
Sahalar ile depolar arasında ağır akülerin taşınması sorununu azaltır.
Uzdenetim sistemi sayesinde merkezden sahadaki akülerin durumu izlenebilir ve arızalar henüz oluşmadan fark edilip periyodik bakımlarda olası sorunların çözümü sağlanır.
Sahadaki rectifier’ların default parametrelerle çalıştırılması veya teknisyenlerin yanlış parametre ayarlamasının önüne geçilir.
Lityum ve VRLA akülerin birlikte “Hibrit” şekilde kullanılabilmelerini sağlar
Toplamda; GSM Operatörünün “Operasyonel Giderlerini” azaltır
 

Teknik Veriler:

Fiziksel Boyutlar:

MPC: 5 x 11 x 15 cm (Yükseklik x En x Derinlik), 450 gr
BCU: 5 x 11 x 30.5 cm (Yükseklik x En x Derinlik), 1250 gr
 

Elektriksel:

Giriş Gerilimi: -42…-56V DC
Çıkış Gerilimi: -42…-55V DC
Şarj Akımı: 0 … 25 A (Grup başına)
Deşarj Akımı 0 … 60 A (Grup başına)


Çevresel:

Çalışma Sıcaklığı: 0 .. 50 0C
Bağıl Nem: %90 RH


Arayüzler:

USB-A 2.0 bilgisayar arayüzü
RS485 arayüzü (Telekom saha yönetim sistemlerine bağlantı için)
16 karakter 2 satır LCD ekran ve 4 butonlu menü sistemi
Kuru kontak alarm röle çıkışı
Ethernet RJ45 (10/100 Mbps) arayüzü ile Uzdenetim Sunucusu bağlantısı

İlgili Görseller