Ni-Cd (Nikel-Kadmiyum) Aküler: Çalışma Prensibi, Teknik Özellikleri, Kullanım Alanları, Şarj, Bakım ve Mühendislik Rehberi

Endüstriyel enerji depolama sistemleri • DC güç sistemleri • UPS • Redresör • Akü teknolojileri

1. Ni-Cd akü nedir?

Ni-Cd (Nickel-Cadmium / Nikel-Kadmiyum) aküler, elektrik enerjisini kimyasal enerji biçiminde depolayan ve gerektiğinde yeniden elektrik enerjisine dönüştüren, şarj edilebilir ikincil pil sistemleridir.

Pozitif elektrotlarında nikel esaslı aktif malzeme, negatif elektrotlarında kadmiyum esaslı aktif malzeme ve elektrolit olarak genellikle potasyum hidroksit (KOH) içeren alkali çözelti kullanılır.

Ni-Cd aküler, özellikle yüksek güvenilirlik, uzun servis ömrü, geniş çalışma sıcaklığı aralığı ve zorlu çevre koşullarına dayanıklılık gerektiren endüstriyel uygulamalarda tercih edilmektedir.

Başlıca kullanım alanları arasında enerji santralleri, elektrik dağıtım merkezleri, trafo merkezleri, demir-çelik tesisleri, petrol ve doğal gaz endüstrisi, demiryolu sistemleri, telekomünikasyon altyapıları, UPS sistemleri ve endüstriyel DC güç kaynakları bulunmaktadır.

Kurşun-asit akülerle karşılaştırıldığında Ni-Cd teknolojisinin en önemli avantajları, belirli çalışma koşullarında sunduğu uzun ömür, derin deşarja dayanıklılık ve sıcaklık değişimlerine karşı gösterdiği yüksek toleranstır.

Buna karşılık daha yüksek ilk yatırım maliyeti, kadmiyumun çevresel etkileri ve özel şarj-bakım gereksinimleri tasarım aşamasında dikkate alınmalıdır.

Özellikle kritik endüstriyel tesislerde akü seçimi yalnızca ilk satın alma maliyetine göre değil, sistemin toplam yaşam döngüsü maliyetine, güvenilirlik gereksinimine ve gerçek yük profilinə göre yapılmalıdır.

2. Ni-Cd akülerin temel teknik özellikleri

Aşağıdaki tabloda endüstriyel tip Ni-Cd akülerin genel teknik karakteristikleri verilmiştir.

Belirtilen değerler genel bilgi amaçlıdır. Gerçek çalışma aralıkları, şarj gerilimleri, kapasite, ömür ve deşarj performansı üreticiye ve hücre serisine göre farklılık gösterir.

Örneğin Alcad'ın endüstriyel Ni-Cd ürün dokümanlarında 20 yılı aşan tasarım ömrü ve geniş sıcaklık aralığına sahip özel seriler açıklanmaktadır. alcad.com+1

3. Ni-Cd akülerin çalışma prensibi

Ni-Cd aküler, pozitif ve negatif elektrotlarında gerçekleşen tersinir elektrokimyasal reaksiyonlarla çalışır.

Deşarj sırasında elektrotlarda depolanan kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. Şarj sırasında ise dışarıdan uygulanan elektrik enerjisi, bu reaksiyonların ters yönde gerçekleşmesini sağlar.

3.1. Elektrokimyasal yapı

Bir Ni-Cd hücresi beş temel bileşenden oluşur:

• Pozitif elektrot: Nikel esaslı aktif malzeme içerir.

• Negatif elektrot: Kadmiyum esaslı aktif malzeme içerir.

• Elektrolit: İyon iletimini sağlayan alkali KOH çözeltisidir.

• Separatör: Elektrotların kısa devre oluşturmasını önlerken iyon geçişine izin verir.

• Hücre kabı ve terminaller: Mekanik bütünlüğü ve elektriksel bağlantıyı sağlar.

3.2. Deşarj reaksiyonları

Deşarj sırasında negatif elektrottaki kadmiyum oksitlenirken pozitif elektrottaki nikel oksihidroksit indirgenir.

Negatif elektrot reaksiyonu:

Pozitif elektrot reaksiyonu:

Toplam deşarj reaksiyonu:

Şarj işlemi sırasında bu reaksiyonlar ters yönde gerçekleşir.

3.3. Elektrolitin görevi

Kurşun-asit akülerde sülfürik asit elektroliti aktif elektrokimyasal reaksiyonun doğrudan parçasıdır. Bu nedenle elektrolitin özgül ağırlığı, belirli koşullarda akünün şarj durumu hakkında bilgi verebilir.

Ni-Cd akülerde ise KOH elektroliti esas olarak iyon iletim ortamı görevi görür. Net elektrokimyasal reaksiyonda KOH tüketilmediği için elektrolitin yoğunluğu, normal koşullarda şarj durumuyla kurşun-asit akülerdeki gibi değişmez.

Bu yüzden Ni-Cd akülerde elektrolit yoğunluğu ölçülerek akünün doluluk oranı güvenilir biçimde belirlenemez.

Saft'ın endüstriyel bakım dokümanları da elektrolit yoğunluğunun şarj durumu veya akü sağlığını belirleme yöntemi olarak kullanılmaması gerektiğini açıkça belirtmektedir. saft4u.saft.com+1

4. Ni-Cd akülerin yapısal çeşitleri

Ni-Cd aküler, kullanılan elektrot teknolojisine ve hücre yapısına göre farklı gruplara ayrılır.

4.1. Pocket Plate Ni-Cd aküler

Pocket Plate (cepli plaka) teknolojisi, endüstriyel sabit tesis Ni-Cd akülerde yaygın olarak kullanılan yapılardan biridir.

Aktif malzemeler, delikli metal şeritlerden oluşturulan cepler içerisinde muhafaza edilir. Bu yapı aktif malzemenin mekanik olarak tutulmasını sağlar ve uzun servis ömrünü destekler.

Başlıca özellikleri:

• Uzun tasarım ömrü

• Mekanik darbelere ve titreşime dayanıklılık

• Zorlu çevre koşullarında güvenilir çalışma

• Sabit tesis DC sistemlerine uygunluk

• Modele bağlı olarak yüksek elektrolit rezervi

• Uzun bakım aralıklarına uygun yapı

Başlıca uygulamalar: Trafo merkezleri, enerji santralleri, endüstriyel redresör sistemleri ve demiryolu altyapıları.

4.2. Sinterlenmiş plakalı Ni-Cd aküler

Sinterlenmiş elektrotlar, gözenekli metal bir yapı içerisine aktif malzemenin yerleştirilmesiyle üretilir.

Bu elektrot yapısı yüksek akım aktarımı ve düşük iç direnç gerektiren uygulamalar için avantaj sağlayabilir.

Özellikle yüksek deşarj akımları ve kısa süreli güç gereksinimleri bulunan bazı özel Ni-Cd sistemlerinde kullanılır.

4.3. Fiber plakalı Ni-Cd aküler

Fiber teknolojisinde elektrotların yapısal destek malzemesi, aktif malzemenin tutulmasına uygun lifli bir yapıdan oluşur.

Bu teknolojinin performansı kullanılan malzeme, üretim yöntemi ve hücre tasarımına göre değişir.

Yüksek çevrim dayanımı veya belirli mekanik özelliklerin arandığı özel endüstriyel uygulamalarda değerlendirilebilir.

4.4. Sızdırmaz ve gaz rekombinasyonlu Ni-Cd aküler

Bazı Ni-Cd hücrelerinde şarj sırasında oluşan gazların belirli bir kısmı veya tamamına yakını hücre içerisinde yeniden birleştirilerek su kaybı azaltılır.

Gaz rekombinasyonlu endüstriyel hücreler ile tamamen sızdırmaz küçük Ni-Cd piller aynı ürün sınıfı olarak değerlendirilmemelidir.

IEC 62259 standardı, kısmi gaz rekombinasyonlu prizmatik Ni-Cd hücrelerin tasarım ve test gereksinimlerini ele alır. IEC

5. Endüstriyel Ni-Cd akülerde L, M ve H tipleri

Endüstriyel Ni-Cd aküler, deşarj akımına ve süre gereksinimine göre farklı performans sınıflarında üretilir.

Bu sınıflandırma, özellikle akü kapasite hesabı ve uygun model seçiminde önem taşır.

L Tipi – Low Rate (Düşük Deşarj Akımı)

Görece düşük akımlarla uzun süre enerji sağlayan uygulamalar için tasarlanmıştır. Uzun süreli DC beslemeler ve yedek enerji sistemleri bu sınıfa örnektir.

M Tipi – Medium Rate (Orta Deşarj Akımı)

Hem uzun süreli temel yüklerin hem de belirli kısa süreli yüksek akım ihtiyaçlarının bulunduğu karma yük profillerine uygundur.

H Tipi – High Rate (Yüksek Deşarj Akımı)

Kısa sürede yüksek akım verilmesi gereken uygulamalarda kullanılır. Kesici açma-kapama devreleri, motor kalkışları ve yüksek güçlü kısa süreli DC yükler örnek gösterilebilir.

Bazı üreticiler çok yüksek akımlı uygulamalar için X veya benzeri ek sınıflar da sunmaktadır. Alcad'ın teknik dokümanlarında L, M ve H serilerinin deşarj süreleri ve yük karakteristikleri doğrultusunda ayrıştırıldığı görülmektedir. fiammco.ir

Önemli mühendislik ilkesi: Aynı Ah kapasitesine sahip L, M ve H tipi hücrelerin kısa süreli yüksek akım performansı aynı değildir. Doğru akü seçimi için yalnızca amper-saat değerine değil, üreticinin deşarj tablolarına da bakılmalıdır.

6. Ni-Cd akülerde hücre gerilimi ve DC sistem tasarımı

Ni-Cd akülerin nominal hücre gerilimi 1,2 V DC'dir. Ancak hücrenin gerçek gerilimi şarj durumu, sıcaklık, uygulanan akım ve çalışma koşullarına bağlı olarak değişir.

Hücre geriliminin nominal değerle sınırlı olmadığı, özellikle endüstriyel DC sistem tasarımında kritik bir konudur.

6.1. Hücre başına gerilim değerleri

Bu tablo genel bir Ni-Cd şarj reçetesi değildir. Verilen şarj değerleri, Saft SPH gibi belirli endüstriyel ürünlerde kullanılan örneklerdir. Diğer Ni-Cd serilerinde daha farklı float ve boost gerilimleri gerekebilir. Deşarj sonu gerilimi de yük akımına ve üreticinin performans tablolarına göre seçilmelidir. saft4u.saft.com+1

6.2. Seri bağlı Ni-Cd hücrelerde toplam gerilim

Ni-Cd hücreleri seri bağlanarak farklı nominal DC gerilim seviyeleri oluşturulabilir.

Temel ilişki:

Burada:

• $N$: Seri bağlı hücre sayısı

• $V_{\text{nominal}}$: Toplam nominal DC gerilim

110 V, 125 V ve 220 V gibi endüstriyel DC sistemlerde gerçek hücre sayısı yalnızca nominal gerilim bölünerek belirlenmez. Redresör çıkış gerilimi, yükün çalışma gerilimi toleransı, en düşük deşarj gerilimi ve kablo gerilim düşümü birlikte değerlendirilmelidir.

6.3. Örnek: 110 V DC Ni-Cd akü sistemi

Nominal gerilimi yaklaşık 110 V olan 92 hücreli bir sistem ele alalım.

Ni-Cd Akü Grubu Gerilim Hesaplayıcı

92 hücre

Nominal gerilim

110,4 V

Float gerilimi

128,8 V

Boost gerilimi

133,4 V

Deşarj sonu gerilimi

92,0 V

Örneğin 92 hücreli bir Ni-Cd grubunda nominal gerilim 110,4 V iken, hücre başına 1,45 V şarj uygulandığında toplam akü grubu gerilimi 133,4 V'a yükselir.

Bu nedenle 110 V DC sistemin yükleri yalnızca nominal 110 V'a değil, şarj sırasında oluşabilecek daha yüksek gerilimlere de uygun olmalıdır.

7. Ni-Cd aküler nasıl şarj edilir?

Ni-Cd akülerde şarj işleminin temel amacı, hücrelerin enerji kapasitesini güvenli şekilde geri kazanırken su kaybını, gaz oluşumunu ve gereksiz sıcaklık artışını kontrol altında tutmaktır.

Endüstriyel uygulamalarda genel olarak sabit akım ve akım sınırlamalı sabit gerilim yöntemleri kullanılır.

7.1. Sabit akımla şarj

Sabit akım yönteminde aküye belirli bir akım uygulanır.

Şarj süresince akım ayarlanan değerde tutulurken hücre gerilimi şarj durumuna bağlı olarak yükselir.

Şarj akımı genellikle akünün referans kapasitesine göre ifade edilir.

Örneğin 100 Ah nominal kapasiteye sahip bir akü için:

Buradaki 0,2 C₅ ifadesi, referans kapasitenin beşte birine karşılık gelen akımı belirtir.

Şarj süresi yalnızca Ah/akım oranıyla hesaplanamaz; şarj verimi, başlangıç doluluk durumu ve üreticinin prosedürü de dikkate alınır.

Örnek olarak Saft SPH serisinin belirli işletmeye alma prosedürlerinde 0,2 C₅ akımla 8 saat şarj yöntemi tanımlanmıştır. Bu değer tüm Ni-Cd aküler için uygulanabilir bir kural değildir. saft4u.saft.com

7.2. Sabit gerilimle şarj

Sabit gerilim yönteminde şarj cihazı, belirlenen DC gerilimi sabit tutmaya çalışır.

Akünün şarj durumuna bağlı olarak çekilen akım değişir. Özellikle şarjın ilk aşamalarında akımı sınırlandırmak için redresörün akım limiti kullanılır.

Sabit gerilimli şarj sistemleri, endüstriyel Ni-Cd akülerin sürekli yedek güç amacıyla kullanıldığı tesislerde yaygındır.

7.3. Float ve boost şarj

Float şarj, akünün DC güç sistemiyle sürekli paralel bağlı olduğu ve hazır durumda tutulduğu şarj yöntemidir.

Boost veya yüksek kademe şarj ise belirli koşullarda akünün daha hızlı yeniden şarj edilmesini sağlamak için daha yüksek gerilim uygulanmasıdır.

Örnek bir üretici uygulaması:

Bu değerler Saft SPH serisine özgü örneklerdir. Farklı Ni-Cd serilerinde 1,50 V/hücre ve üzerindeki şarj kademeleri de bulunabilir. saft4u.saft.com+1

Yanlış yüksek kademe ayarı gereksiz gaz oluşumuna ve su tüketimine neden olabilir. Düşük ayar ise şarjın tamamlanmasını geciktirebilir.

7.4. Sıcaklık kompanzasyonu

Akülerin şarj kabulü sıcaklıkla değişebilir.

Düşük sıcaklıklarda şarj reaksiyonları yavaşlayabilir. Yüksek sıcaklıklarda ise gaz oluşumu ve su tüketimi artabilir.

Bu nedenle bazı endüstriyel Ni-Cd serilerinde ortam veya hücre sıcaklığına bağlı şarj gerilimi kompanzasyonu önerilir.

Ancak kurşun-asit aküler için kullanılan sıcaklık kompanzasyon katsayıları doğrudan Ni-Cd akülere uygulanmamalıdır.

Kompanzasyon eğrisi ve sıcaklık sınırları ilgili Ni-Cd modelinin üretici dokümanına göre belirlenmelidir.

8. Ni-Cd akülerde kapasite, C-rate ve deşarj performansı

Bir akünün kapasitesi, tanımlanmış test koşullarında sağlayabildiği elektrik yükü miktarını ifade eder ve amper-saat (Ah) birimiyle gösterilir.

Basit sabit akım ilişkisi:

Burada kapasite C (Ah), akım I (A), süre ise t (saat) olarak ifade edilir.

Örneğin 100 Ah kapasiteye sahip bir akünün teorik olarak 20 A akımı 5 saat sağlayabileceği düşünülebilir.

Ancak gerçek kapasite şu parametrelere bağlıdır:

• Deşarj akımı ve süresi

• Hücre başına son deşarj gerilimi

• Akü sıcaklığı

• Üretici ve hücre teknolojisi

• Akünün yaşı ve bakım durumu

• İlk şarj durumu

• Daha önceki çalışma koşulları

Bu nedenle 100 Ah etiketi taşıyan iki farklı Ni-Cd hücresi, özellikle 1 dakika veya 15 dakika gibi kısa süreli yüksek akım uygulamalarında aynı performansı göstermeyebilir.

8.1. C₅ kapasite kavramı

Endüstriyel Ni-Cd akülerde nominal kapasite çoğunlukla belirli bir referans deşarj süresine göre tanımlanır.

Örneğin C₅, üreticinin belirlediği test şartlarında 5 saatlik kapasite referansıdır.

100 Ah C₅ kapasitede referans akım:

Ancak daha yüksek akımlarda erişilebilir kapasite ve deşarj süresi değişeceğinden, bu değer doğrudan tüm yük profillerine uygulanamaz.

8.2. Deşarj eğrisi

Ni-Cd hücre geriliminin temsili deşarj davranışı

• 0: Hücre gerilimi 1,3 V
• 10: Hücre gerilimi 1,3 V
• 20: Hücre gerilimi 1,3 V
• 30: Hücre gerilimi 1,2 V
• 40: Hücre gerilimi 1,2 V
• 50: Hücre gerilimi 1,2 V
• 60: Hücre gerilimi 1,2 V
• 70: Hücre gerilimi 1,2 V
• 80: Hücre gerilimi 1,2 V
• 90: Hücre gerilimi 1,1 V
• 95: Hücre gerilimi 1,1 V
• 100: Hücre gerilimi 1 V

Şematik eğri: gerçek bir üreticiye veya ölçüm verisine ait değildir.

Akü geriliminin deşarj sonuna doğru hızla düşmesi, gerilim üzerinden kalan kapasiteyi tahmin etmeyi zorlaştırabilir.

Bu nedenle kritik sistemlerde yalnızca akü grup geriliminin izlenmesi yeterli değildir. Hücre bazlı kontrol, kapasite testi ve yük profiline göre değerlendirme önemlidir.

9. Ni-Cd akü kapasitesi nasıl hesaplanır?

Endüstriyel akü kapasite hesabında temel amaç, akünün belirlenen otonomi süresi boyunca bütün kritik DC yükleri besleyebilmesidir.

Bir Ni-Cd akü sisteminin boyutlandırılmasında aşağıdaki veriler gereklidir:

1. Nominal DC sistem gerilimi

2. Minimum ve maksimum izin verilen yük gerilimleri

3. Sürekli yük akımları

4. Kısa süreli yüksek akım çeken yükler

5. Her yükün devrede kalma süresi

6. Ortam sıcaklığı

7. İstenen tasarım ömrü ve yaşlanma payı

8. Deşarj sonu hücre gerilimi

9. Akünün başlangıç şarj durumu

10. Üreticinin ilgili seri için yayınladığı deşarj performans tabloları

9.1. Örnek mühendislik hesabı

110 V DC bir trafo merkezi uygulamasında aşağıdaki yükler bulunduğunu varsayalım:

Basit Ah yaklaşımıyla:

Sürekli yük:

Yardımcı yük:

Kısa süreli yük:

Toplam idealize edilmiş yük:

Bu hesap yalnızca aktarılan toplam elektrik yükünü gösterir. Yüklerin hangi anda çalıştığı, kısa süreli tepe akımın büyüklüğü ve deşarj sonundaki gerilim performansı açısından yeterli değildir.

Örneğin 80 A'lik bir kesici kumanda darbesinin Ah katkısı oldukça küçük olmasına rağmen, bu darbeyi güvenle sağlayabilecek hücre tipi seçilmesi gerekir.

Dolayısıyla bu örnek için doğrudan 100 Ah bir Ni-Cd akü uygun görülmemelidir.

Doğru seçim için üreticinin belirli deşarj süresi ve son gerilimindeki akım tabloları kullanılmalı; sıcaklık, yaşlanma ve gerekli tasarım payları uygulanmalıdır.

EKA Sistem mühendislik yaklaşımı: Kritik DC güç sistemlerinde yalnızca Ah hesabı değil, zaman dilimlerine bölünmüş yük profili, hücre gerilim sınırları, yüksek akım darbeleri ve redresör-akü koordinasyonu birlikte değerlendirilmelidir.

10. Ni-Cd akülerin kullanım alanları

10.1. Trafo merkezleri ve elektrik dağıtım tesisleri

Ni-Cd aküler, koruma röleleri, kesici açma-kapama bobinleri, kontrol devreleri, otomasyon ve haberleşme ekipmanlarının şebeke enerjisinden bağımsız çalışmasını sağlamak amacıyla kullanılabilir.

10.2. Enerji santralleri ve redresör sistemleri

Termik, hidroelektrik, doğal gaz ve diğer enerji üretim tesislerinde kritik DC yardımcı sistemlerin beslenmesinde kullanılır. Redresör arızası veya AC besleme kaybında gerekli DC enerjiyi sağlar.

10.3. Demir-çelik ve ağır sanayi tesisleri

Zorlu sıcaklık koşulları, titreşim ve yüksek işletme sürekliliği gerektiren ağır sanayi ortamlarında uygun Ni-Cd serileri tercih edilebilir.

10.4. Demiryolu ve sinyalizasyon sistemleri

Demiryolu haberleşme, sinyalizasyon, makas kontrol ve yardımcı DC güç uygulamalarında yedek enerji depolama amacıyla kullanılabilir.

10.5. UPS ve kesintisiz güç sistemleri

Uyumluluğu doğrulanmış endüstriyel UPS sistemlerinde akü grubu olarak kullanılabilir. UPS'in şarj algoritması, akü gerilim aralığı ve DC bara tasarımı Ni-Cd teknolojisine uygun olmalıdır.

10.6. Petrol, doğal gaz ve petrokimya tesisleri

Acil durdurma, kontrol, koruma ve güvenlik sistemlerinde elektrik kesintisi sırasında enerji sürekliliği sağlamak için kullanılabilir. Tehlikeli alan sınıflandırması ayrıca dikkate alınmalıdır.

Bu uygulamalarda Ni-Cd teknolojisinin kullanılabilir olması, her sistem için en ekonomik seçenek olduğu anlamına gelmez. İşletme sıcaklığı, gerekli yedekleme süresi, yük karakteristiği ve toplam yaşam döngüsü maliyeti tasarım kararını belirler.

11. Ni-Cd akülerin avantajları

Ni-Cd aküler özellikle endüstriyel sabit tesis uygulamalarında birçok teknik avantaj sunar.

11.1. Uzun servis ömrü

Endüstriyel pocket plate Ni-Cd aküler, uygun işletme koşulları altında 20 yıl ve üzerinde servis ömrü sağlayabilir.

Ancak bu değer üretici tarafından belirlenen tasarım ömrü veya beklenen işletme ömrüdür; her uygulamada garanti edilen bir kullanım süresi değildir.

Gerçek servis ömrü şarj ayarlarına, sıcaklığa, deşarj döngülerine ve bakım kalitesine bağlıdır.

11.2. Geniş çalışma sıcaklığı aralığı

Ni-Cd teknolojisi düşük sıcaklıklarda çalışabilme yeteneğiyle öne çıkar.

Özel olarak tasarlanmış endüstriyel seriler, geleneksel kurşun-asit aküler için zorlayıcı olabilen çevre koşullarında kullanılabilir.

Bununla birlikte düşük sıcaklıkta kullanılabilir kapasite ve şarj kabulü değişebilir. Akünün çalışabiliyor olması, nominal kapasitesinin tamamını sağlayacağı anlamına gelmez.

11.3. Derin deşarja dayanıklılık

Ni-Cd aküler, birçok kurşun-asit aküye göre derin deşarj koşullarını daha iyi tolere edebilir.

Bu özellik, beklenmedik uzun süreli enerji kesintileri yaşanabilen endüstriyel tesislerde önemlidir.

Ancak aşırı derin deşarj, seri bağlı hücrelerden birinin ters polariteye zorlanması veya uzun süre kontrolsüz bırakılması yine hasara neden olabilir.

11.4. Yüksek akım performansı

Uygun Ni-Cd hücre tipleri kısa sürede yüksek akım sağlayabilir.

Bu özellik özellikle elektrik kesicilerinin açma-kapama bobinleri, motor kalkışları ve kısa süreli güçlü DC yüklerde avantaj sağlar.

11.5. Mekanik dayanıklılık

Endüstriyel pocket plate Ni-Cd hücreler titreşim, darbe ve zorlu çalışma koşullarını dikkate alan mekanik tasarımlara sahip olabilir.

Bu nedenle uygun modeller demiryolları, ağır sanayi ve uzak saha uygulamalarında tercih edilebilir.

11.6. Uzun bakım aralıkları

Yüksek elektrolit rezervine sahip belirli Ni-Cd serileri, uzun su tamamlama aralıkları sunar.

Bununla birlikte az bakım gerektirmesi, akünün periyodik kontrol veya kapasite testine ihtiyaç duymadığı anlamına gelmez.

12. Ni-Cd akülerin dezavantajları

Ni-Cd akü seçimi yapılırken teknolojinin avantajları kadar sınırlamaları da değerlendirilmelidir.

Ni-Cd teknolojisinin avantajları en belirgin şekilde yüksek güvenilirlik ve uzun işletme ömrünün öncelikli olduğu uygulamalarda ortaya çıkar.

13. Ni-Cd aküler ile kurşun-asit akülerin karşılaştırılması

Endüstriyel enerji depolama uygulamalarında Ni-Cd aküler çoğunlukla VRLA AGM, GEL ve sulu tip kurşun-asit akülerle karşılaştırılır.

Önemli: Ni-Cd ve kurşun-asit aküler aynı nominal sistem geriliminde çalışacak şekilde tasarlanabilse de doğrudan birbirinin yerine takılabilen ürünler değildir.

Örneğin 110 V DC bir kurşun-asit akü grubunun Ni-Cd ile değiştirilmesi planlandığında hücre sayısı, redresörün float/boost gerilimi, düşük gerilim alarmı ve yüklerin DC gerilim toleransları yeniden değerlendirilmelidir.

14. Ni-Cd akülerde hafıza etkisi (Memory Effect)

Ni-Cd teknolojisiyle ilgili en yaygın konulardan biri hafıza etkisidir.

Hafıza etkisi, geçmişte belirli şarj-deşarj örüntüleri altında bazı Ni-Cd hücrelerde gözlemlenen gerilim değişimi olgusuyla ilişkilidir.

Ancak tüketici tipi küçük Ni-Cd pillerdeki davranışların doğrudan endüstriyel pocket plate akülere uygulanması doğru değildir.

Endüstriyel sabit tesis Ni-Cd akülerde uzun süre float şarj altında beklemenin ardından float effect olarak adlandırılan geçici gerilim depresyonu görülebilir. Bu olgu klasik hafıza etkisinden farklıdır.

Enerji depolama üzerine hazırlanan Sandia teknik kaynağı ve Saft'ın konuya ilişkin teknik değerlendirmesi, bu ayrımın önemini açıklamaktadır. Sandia National Laboratories+1

Bu nedenle kapasite kaybı görülen bir endüstriyel Ni-Cd akünün otomatik olarak hafıza etkisi yaşadığı varsayılmamalıdır.

Sorunun kaynağı yanlış şarj gerilimi, yetersiz şarj, hücre bozulması, bağlantı direnci, sıcaklık veya gerçek kapasite kaybı olabilir.

15. Ni-Cd akülerin periyodik bakımı

Ni-Cd akülerin uzun süre güvenilir çalışabilmesi için planlı bakım uygulanmalıdır.

Bakım sıklığı üreticinin talimatlarına, tesisin kritik önemine ve geçmiş kontrol sonuçlarına göre belirlenmelidir.

15.1. Görsel kontroller

Periyodik kontrollerde aşağıdaki hususlar incelenmelidir:

• Hücre kaplarında çatlak, deformasyon veya sızıntı

• Terminallerde korozyon ve gevşek bağlantı

• Hücrelerde anormal sıcaklık farklılıkları

• Elektrolit seviyeleri

• Akü raflarında mekanik hasar

• Hücre etiketleri ve kutup işaretleri

• Şarj cihazı ve alarm durumları

• Akü odasının havalandırma koşulları

15.2. Elektrolit seviyesi kontrolü

Havalandırmalı Ni-Cd akülerde elektrolit seviyesi üreticinin belirlediği minimum ve maksimum sınırlar arasında tutulmalıdır.

Su kaybı oluştuğunda üreticinin istediği kalitede distile veya deiyonize su kullanılmalıdır.

Normal su kaybını gidermek amacıyla KOH elektroliti veya asit eklenmemelidir.

Elektrolit eksikliği, taşma, kontaminasyon veya karbonatlaşma şüphesinde yapılacak işlem ayrıca değerlendirilmelidir.

15.3. Elektrolit yoğunluğu ölçümü

Kurşun-asit akülerde yaygın olan yoğunluk kontrolünün Ni-Cd akülerde aynı biçimde uygulanması doğru değildir.

Elektrolit yoğunluğu, Ni-Cd akülerde kalan kapasiteyi veya şarj durumunu doğrudan göstermez.

İlk dolum sonrasında elektrolit yoğunluğunun rutin olarak ölçülmesinin gerekli olmadığını belirten üretici bakım talimatları bulunmaktadır. Manualzz

Bununla birlikte elektrolitin saflığı, kirlenmesi veya karbonatlaşması belirli durumlarda laboratuvar analizi gerektirebilir.

15.4. Bağlantı ve terminal kontrolleri

Hücreler arası bağlantılarda yüksek temas direnci oluşması, özellikle kısa süreli yüksek akım uygulamalarında gerilim düşümüne ve lokal ısınmaya neden olabilir.

Bu nedenle:

• Terminal bağlantıları gözle kontrol edilmeli,

• Gerekli elektriksel ölçümler yapılmalı,

• Bağlantıların sıkılığı üretici tork değerlerine göre doğrulanmalı,

• Korozyon oluşumu takip edilmeli,

• Uygun koşullarda termal görüntüleme ile sıcak noktalar araştırılmalıdır.

Enerjili bağlantılarda müdahale yalnızca yetkin personel tarafından, uygun iş güvenliği prosedürleriyle yapılmalıdır.

15.5. Kapasite testi

Kapasite testi, Ni-Cd akünün belirli şartlarda ne kadar enerji sağlayabildiğini ortaya koyan en önemli kontrollerden biridir.

Testten önce akünün başlangıç şarj koşulları doğrulanmalı ve üreticinin tanımladığı test prosedürü izlenmelidir.

Test sırasında:

1. Başlangıç hücre gerilimleri kaydedilir.

2. Akü ve ortam sıcaklığı belirlenir.

3. Tanımlanan test akımı uygulanır.

4. Hücre gerilimleri ve toplam akü gerilimi izlenir.

5. Belirlenen deşarj sonu kriterine ulaşıldığında test sonlandırılır.

6. Gerçek kapasite, nominal referans kapasiteyle karşılaştırılır.

7. Akü uygun prosedürle yeniden şarj edilir.

Kritik tesislerde kapasite testi, yedek enerji kaynağı ve yük sürekliliği planı hazırlanarak gerçekleştirilmelidir.

Örnek bakım planı

Tablo örnek bir planlama yaklaşımıdır. Üretici talimatlarının veya tesis için geçerli standartların yerine geçmez.

16. Ni-Cd akülerde görülen arızalar ve olası nedenleri

Ni-Cd akülerde yalnızca toplam grup gerilimine bakılarak kesin arıza teşhisi yapılmamalıdır. Toplam gerilim normal görünürken bir veya birkaç hücre sorunlu olabilir.

17. Ni-Cd akülerde elektrolit değişimi gerekli midir?

Normal işletme koşullarında Ni-Cd akü elektrolitinin belirli aralıklarla tamamen değiştirilmesi genel bir bakım zorunluluğu değildir.

Uygun koşullarda kullanılan endüstriyel hücrelerde elektrolit uzun süre görevini sürdürebilir.

Ancak karbonatlaşma, ciddi kontaminasyon veya üretici tarafından tanımlanmış özel durumlar elektrolit değişimi gerektirebilir.

KOH elektrolitinin atmosferdeki karbondioksitle etkileşmesi sonucunda karbonat oluşumu meydana gelebilir. Aşırı karbonatlaşma, uygun olmayan çalışma koşullarında akünün performansını etkileyebilir.

Elektrolit değişimi yalnızca üretici prosedürü doğrultusunda, kimyasal güvenlik tedbirleri alınarak ve yetkin personel tarafından gerçekleştirilmelidir.

IEC 60993, havalandırmalı Ni-Cd akülerde kullanılacak elektrolitlerin özelliklerine ilişkin teknik gereksinimleri ele alır. Electrolyte for Nickel-Cadmium

18. Ni-Cd akülerde iş güvenliği

Ni-Cd aküler kimyasal, elektriksel ve mekanik tehlikeler içerebilir.

Özellikle büyük endüstriyel akü banklarında kısa devre akımları oldukça yüksek seviyelere ulaşabilir.

Bu nedenle bakım ve işletme çalışmalarında uygun kişisel koruyucu donanım, izole el aletleri, elektriksel ayırma prosedürleri ve gerekli ölçüm ekipmanları kullanılmalıdır.

Başlıca riskler şunlardır:

Kimyasal tehlike: KOH elektroliti kuvvetli alkalidir ve ciltte veya gözlerde ciddi kimyasal yanıklara neden olabilir.

Kısa devre tehlikesi: Hücre terminalleri arasındaki düşük dirençli bağlantı çok yüksek akımlara ve elektrik arkına yol açabilir.

Gaz oluşumu: Özellikle havalandırmalı hücrelerde şarj sırasında hidrojen ve oksijen oluşabilir. Havalandırma yetersizliği tehlikeli gaz birikimine neden olabilir.

Kadmiyum riski: Kadmiyum ve kadmiyum bileşikleri insan sağlığına ve çevreye zararlıdır. Hasarlı aküler ve atık malzemeler uygun yöntemlerle yönetilmelidir.

Akü odası havalandırması, ilgili hücrelerin gaz oluşum verileri ve uygulanabilir standartlara göre projelendirilmelidir.

19. Ni-Cd akülerin çevresel etkileri ve geri dönüşüm

Ni-Cd akülerin çevresel açıdan en önemli özelliği kadmiyum içermeleridir.

Kadmiyum, uygun şekilde yönetilmediğinde insan sağlığı ve çevre için ciddi risk oluşturabilir.

Bu nedenle kullanım ömrünü tamamlamış Ni-Cd aküler evsel atıklarla birlikte bertaraf edilmemelidir.

Atık aküler yetkili toplama ve geri kazanım süreçlerine yönlendirilmelidir.

Geri dönüşüm işlemlerinde nikel, kadmiyum ve diğer uygun malzemelerin geri kazanılması mümkündür.

Avrupa Birliği'nin 2023/1542 sayılı Pil ve Atık Pil Tüzüğü, pil kategorileri için ürün güvenliği, sürdürülebilirlik, zararlı maddeler, etiketleme ve atık yönetimi hükümleri getirmektedir. Kadmiyum kısıtlamaları pil kategorisine göre farklılaştığından, taşınabilir piller için uygulanan sınırların bütün endüstriyel Ni-Cd aküleri yasakladığı düşünülmemelidir. EUR-Lex+1

Türkiye'de ise atık Ni-Cd akülerin yönetiminde yürürlükteki ulusal atık, tehlikeli atık ve ilgili akümülatör mevzuatı dikkate alınmalıdır.

20. Ni-Cd akülerde uygulanan standartlar

Ni-Cd akülerin seçimi, kabul testleri, bakımı ve değerlendirilmesinde uluslararası standartlar önemli rol oynar.

IEC 60623 standardının 2026 yılında yayımlanan altıncı baskısında iç DC direnç testi, darbe gücü hesabı, sabit güç ölçümü ve dayanıklılık parametreleri gibi konularda güncellemeler bulunmaktadır. IEC

Standartlara uygunluk değerlendirmesinde ilgili projenin şartnamesinde istenen baskı ve test koşulları esas alınmalıdır.

21. Ni-Cd akü satın alırken nelere dikkat edilmelidir?

Endüstriyel Ni-Cd akü satın alma sürecinde yalnızca nominal gerilim ve Ah kapasitesinin belirtilmesi yeterli değildir.

Doğru ürün seçimi için aşağıdaki teknik özellikler değerlendirilmelidir:

• Uygulamanın yük profili ve gerekli otonomi süresi

• L, M, H veya diğer uygun deşarj sınıfı

• Hücre başına son deşarj gerilimi

• Üretici kapasite ve deşarj tabloları

• İşletme sıcaklığı ve kapasite düzeltme faktörleri

• Akülerin başlangıç şarj durumu

• Redresörün şarj gerilim aralığı

• Akü grubunun yüksek ve düşük gerilim sınırları

• Hücreler arası bağlantı, raf ve montaj özellikleri

• Garanti koşulları ve beklenen tasarım ömrü

• Üretici teknik kataloğu ve ilgili test raporları

• Servis, bakım, yedek parça ve geri dönüşüm olanakları

Özellikle enerji santrali ve trafo merkezi projelerinde akülerin yalnızca kapasite değerine göre değil, gerçek yük profiline göre doğrulanmış deşarj performansına göre seçilmesi gerekir.

22. Ni-Cd aküler hakkında sık sorulan sorular

Ni-Cd akü ile Ni-MH akü aynı mıdır?

Hayır. Her iki teknoloji de nikel esaslı pozitif elektrot kullansa da Ni-Cd akülerde negatif aktif malzeme kadmiyum, Ni-MH akülerde ise metal hidrür yapısıdır. Şarj ve işletme karakteristikleri farklıdır.

Ni-Cd aküler kaç volt olur?

Tek bir Ni-Cd hücresinin nominal gerilimi 1,2 V'tur. Hücreler seri bağlanarak 12 V, 24 V, 48 V, 110 V ve 220 V gibi DC sistemler oluşturulabilir.

Ni-Cd akülerin ömrü kaç yıldır?

Endüstriyel sabit tesis tiplerinde 20 yıl ve üzeri tasarım ömrü sunan modeller bulunmaktadır. Gerçek servis ömrü işletme koşullarına bağlıdır.

Ni-Cd akülere saf su eklenir mi?

Su takviyesine uygun havalandırmalı Ni-Cd hücrelerde, üreticinin talimatlarına uygun distile veya deiyonize su kullanılabilir. Tamamen sızdırmaz hücreler açılarak su ilave edilmemelidir.

Ni-Cd aküye asit eklenir mi?

Hayır. Ni-Cd aküler alkali elektrolitle çalışır. Sülfürik asit ilavesi aküye ciddi zarar verebilir ve tehlikeli kimyasal reaksiyonlara neden olabilir.

Ni-Cd akülerin kapasitesi nasıl ölçülür?

Üreticinin belirlediği test koşullarında kontrollü kapasite deşarj testi uygulanarak ölçülür. Yalnızca açık devre gerilimi ölçmek yeterli değildir.

Ni-Cd aküler UPS sistemlerinde kullanılabilir mi?

Evet, ancak UPS'in DC gerilim aralığı, şarj yöntemi, akım kapasitesi ve akü yönetimi Ni-Cd teknolojisiyle uyumlu olmalıdır.

Ni-Cd akülerde hafıza etkisi var mıdır?

Bazı Ni-Cd teknolojilerinde hafıza etkisiyle ilişkili davranışlar görülmekle birlikte, endüstriyel sabit tesis akülerindeki kapasite veya gerilim değişikliklerini otomatik olarak hafıza etkisine bağlamak doğru değildir.

Ni-Cd aküler kurşun-asit akülerden daha mı iyidir?

Her uygulama için değil. Ni-Cd teknolojisi geniş sıcaklık aralığı, uzun servis ömrü ve zorlu işletme koşullarında avantaj sağlayabilir. Kurşun-asit aküler ise daha düşük ilk yatırım maliyeti nedeniyle birçok uygulamada ekonomik açıdan uygun olabilir.

Ni-Cd aküler geri dönüştürülebilir mi?

Evet. Nikel, kadmiyum ve diğer malzemeler uygun endüstriyel geri kazanım süreçleriyle işlenebilir. Atık akülerin yetkili geri dönüşüm kuruluşlarına teslim edilmesi gerekir.

23. EKA Sistem ile Ni-Cd akü ve endüstriyel DC güç çözümleri

Endüstriyel enerji sistemlerinde akü seçimi, güç kaynağının güvenilirliğini doğrudan etkileyen önemli bir mühendislik konusudur.

Doğru Ni-Cd akü sisteminin belirlenmesinde yalnızca akü kapasitesi değil; redresör özellikleri, DC yük profili, sistemin çalışma gerilim aralığı, yedekleme süresi ve çevresel koşullar birlikte değerlendirilmelidir.

EKA Sistem'in endüstriyel güç elektroniği, redresör, UPS ve akü sistemlerine yönelik çalışma alanları kapsamında Ni-Cd akü uygulamaları aşağıdaki hizmet başlıklarıyla ele alınabilir:

• Ni-Cd akü sistemi projelendirme ve kapasite hesapları

• Endüstriyel akü ve redresör uyumluluk değerlendirmesi

• Mevcut DC sistemlerin modernizasyonu

• Akü grubu kontrol ve kapasite testleri

• Periyodik bakım ve arıza tespiti

• Akü rafı ve bağlantı sistemlerinin değerlendirilmesi

• Mevcut akü sistemleri için yenileme ve muadil ürün seçimi

Doğru tasarlanmış bir Ni-Cd akü sistemi, kritik endüstriyel tesislerde enerji sürekliliğinin korunmasına ve elektrik kesintisi risklerinin azaltılmasına katkı sağlar.

Ni-Cd akü seçimi, kapasite hesabı, bakım veya mevcut DC güç sisteminizin yenilenmesi hakkında bilgi almak için EKA Sistem ile iletişime geçebilirsiniz.

Teknik kaynaklar

Bu rehberin hazırlanmasında kullanılan başlıca kaynaklar:

• IEC 60623:2026 — Endüstriyel havalandırmalı Ni-Cd akü standartları.

• Alcad teknik bilgi sayfası — Endüstriyel Ni-Cd akülerin özellikleri.

• Saft SPH teknik dokümanı — Şarj, işletmeye alma ve bakım.

• IEC 62259 — Gaz rekombinasyonlu Ni-Cd hücreler.

• IEEE 1106 — Sabit tesis Ni-Cd akü bakım ve test uygulamaları.

• AB Pil ve Atık Pil Tüzüğü — Çevre, ürün güvenliği ve atık yönetimi.