Меню

Система контроля разряда аккумулятора



Мониторинг АКБ: решения на любой вкус

Со всех концов нашей страны и даже из-за ее границ приходят нам все новые запросы: хотим оборудование для мониторинга АКБ! Среди вполне себе стандартных запросов мониторинга встречаются и такие, над которыми разработчики ломают голову. И вот результат: за последние годы наше оборудование стало применяться чаще на самых различных объектах, а качество его работы значительно улучшилось. У компании «Технотроникс» появился уникальный опыт внедрения и использования системы контроля АКБ, которым и хотелось бы сегодня поделиться.

Но прежде разберемся, что есть что в нашей системе мониторинга АКБ.

Теоретический базис

Система контроля аккумуляторных батарей от «Технотроникс» предназначена для поэлементного контроля напряжения и температуры аккумуляторов, а также измерения тока заряда/разряда в каждой группе батарей. Система состоит из следующих частей:

  1. Аккумулятор – наименование одной отдельной батареи в системе аккумуляторных батарей. Может иметь различные габариты, напряжение (2В/6В/12В) и емкость (4,7…1000 Ач). По подключению к аккумуляторам существует два основных варианта — через ножевые клеммы (рис. 1) и под болт/гайку М5…М12 (рис. 2)

Рис. 1 Подключение к аккумулятору через ножевые клеммы

Рис. 1 Подключение к аккумулятору через ножевые клеммы

Рис. 2 Подключение к аккумулятору под болт/гайку М5. М12

Рис. 2 Подключение к аккумулятору под болт/гайку М5. М12

  1. Группа аккумуляторных батарей (АКБ) – несколько последовательно соединенных аккумуляторов (рис. 3), которые могут заряжаться или разряжаться. На объектах часто используется несколько групп АКБ (рис. 4), объединенных параллельно друг другу для увеличения общей емкости. При этом может измеряться либо общий ток всех групп, либо каждой в отдельности. Размещаются АКБ открыто на полках в стеллажах или встраиваются в шкафы и корпуса приборов.

Рис. 3 Последовательное соединение АКБ

Рис. 3 Последовательное соединение АКБ

Рис. 4 Параллельное соединение групп АКБ

Рис. 4 Параллельное соединение групп АКБ

  1. Модуль МКА4+. Измеряет температуру и напряжение аккумулятора, а также ток заряда/разряда и передает полученные данные на АКБ-12/485. К одному МКА4+ подключается либо до 5 аккумуляторов любого номинала, либо 4 аккумулятора и 1 датчик тока, либо только датчик тока.
  1. Устройство АКБ-12/485 – интерфейсный контроллер, позволяющий принимать данные и затем передавать их напрямую в Диспетчерский Центр (ДЦ) по каналам связи Ethernet или RS-485. Также позволяет просматривать состояние аккумуляторов в WEB-интерфейсе при настройке и в процессе эксплуатации без установки программного обеспечения. К одному АКБ-12/485 можно подключить до 10 МКА4+. В результате при полной загрузке АКБ-12/485 возможен как контроль до 50 батарей, так и мониторинг 45 батарей + измерение тока заряда/разряда в каждой группе. Количество контроллеров в системе может быть любым.
  1. Программное обеспечение (ПО). Может использоваться ПО «Технотроникс.SQL», собирающее и архивирующее данные, позволяющее их просматривать и анализировать. Также может использоваться и любое стороннее ПО на базе протоколов SNMP или Modbus-TCP, Modbus-RTU. При необходимости для обмена данными может использоваться канал GSM-GPRS с помощью внешнего модуля КУБ-Инфра/GSM (RS-485, Modbus-RTU).

Рис. 5 Система контроля АКБ

Рис. 5 Система контроля АКБ

Способы реализации

  • мониторинг АКБ на небольших объектах

Сюда входят базовые станции сотовой связи, небольшие серверные и ЦОД, а также различные маломощные объекты связи типа АТС или, к примеру, объекты с автономным питанием от солнца и ветра. Для них характерны 2-3 группы батарей или 4-8-12 АКБ на одном объекте. Чаще всего – это 8 батарей с напряжением 12 В, собранные в две параллельные группы по 48 В. При этом к одному контроллеру АКБ-12/485 подключается до 2 модулей МКА4+.

Рис. 6 Пример мониторинга АКБ на небольших объектах

Рис. 6 Пример мониторинга АКБ на небольших объектах

  • мониторинг АКБ на средних объектах

Данный вариант подходит для средних размеров ЦОД и разных телекоммуникационных объектов повышенной мощности, у которых по 20-40 батарей в группе, а к одному АКБ-12/485 подключается до 10 МКА4+.

  • мониторинг АКБ на крупных объектах

В данную группу объектов входят крупные и очень мощные ЦОД, крупные энергетические объекты типа газовых электростанций с группами по 80 и более батарей, с большим количеством АКБ-12/485, на каждый из которых приходится 10 МКА 4+

Система мониторинга АКБ от «Технотроникс» отличается универсальностью: один и тот же аппаратно-программный комплекс в различных конфигурациях применим на самых различных объектах, как больших, так и малых. Специальная линейка датчиков тока призвана контролировать процесс заряда/разряда батарей самых разных емкостей. По разрядному току можно оценить потенциальное время функционирования объекта с АКБ в случае отключения внешнего питания. Таким образом наша система информирует заказчиков обо всех процессах и позволяет сохранить батареи в качественном рабочем состоянии.

Как сделать расчет

Вы уже определились с системой мониторинга АКБ от «Технотроникс», но не знаете, как сделать расчет? Или все еще сомневаетесь в своем выборе? Не беда! Наши коммерческие и технические специалисты сделают бесплатно предварительный расчет стоимости системы под ваш проект, а также ответят на любые ваши вопросы.

Что нам нужно знать о вашей системе:

  • напряжение каждой аккумуляторной батареи, тип клемм;
  • общее количество батарей в одной группе;
  • количество групп батарей;
  • нужно ли на вашем объекте измерять ток и если нужно, то какой (общий или группы);
  • максимум тока заряда и разряда;
  • программное обеспечение ДЦ (ПО «Технотроникс.SQL», Zabbix (SNMP), SCADA (Modbus))

После получения исходных данных наши специалисты оперативно сделают расчет по вашему объекту. Окончательное решение за вами.

Источник

Защита аккумулятора от глубокого разряда

По работе, время от времени ездим в лес и закапываем всякое электронное барахло. Это барахло питается от свинцового аккумулятора и работает на одной зарядке месяцев 8-10. В случае несвоевременной замены аккумулятору может поплохеть. Глубокий разряд и особенно глубокий разряд слабыми токами плохо сказывается на здоровье химических источников энергии. Для их защиты нам и понадобился блок защиты аккумулятора от «глубокого» разряда.

Читайте также:  Аккумулятор для asus zenfone t00j

В интернете куча различных схем отключающих нагрузку при разряде аккумулятора, но найти подходящий так и не удалось. Либо схемные решения вызывают сомнения в надежной работе, либо они попросту уж очень много кушают. Так что поиски решения продлились некоторое время.И вот в закромах магазина ЧИП И ДИП коллега нашел «шедевр» российской электроники: КР1117СП10. Монитор питания рассчитанный на 10 вольт. На базе этой микросхемы и сделали наш блок защиты. Принципиальная схема блока защиты приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема блока защиты аккумулятора.

В качестве детектора снижения напряжения используется КР1171СП10 (DA1). В качестве коммутирующего элемента используется полевой N канальный транзистор VT1. Пока напряжение аккумулятора выше порогового значения микросхема DA1 ни как не влияет на работу схемы, транзистор VT1 полностью открыт, напряжение подается на нагрузку Rн. Если напряжение аккумуляторной батареи G1 падает ниже порогового значения на выводе 3 микросхемы DA1 появляется низкий уровень напряжения, шунтирующий затвор транзистора VT1, что приводит к его закрытию и отключению нагрузки Rн.В дежурном режиме, согласно документации на микросхему, блок защиты должен потреблять не более 20мкА. Реальные измерения при напряжении аккумулятора 12,5 В показали 11 мкА. Обладая столь низким собственным потреблением, устройство защиты практически не влияет на продолжительность работы аккумуляторной батареи. Однако есть и ложка дегтя. При срабатывании защиты потребление возрастает на порядок, до 300 мкА, согласно документации. Неприятно, но терпимо.
Для придания законченного вида и защиты устройства от внешних воздействий, методом FDM 3D печати был изготовлен корпус. 3D модель, готовое устройство и пример подключения к аккумулятору изображены на рисунках 2, 3 и 4 соответственно.

Источник

Контроль аккумуляторных батарей: наш прорыв 2017 года!

Мониторингом аккумуляторных батарей мы начали заниматься более 5 лет назад, выпустив устройства, обеспечивающие контроль напряжения и температуры на каждом аккумуляторе.

В нашей номенклатуре имелись устройства, которые позволяли строить отдельную самостоятельную систему контроля АКБ и ведомые блоки, которые можно было подключать к нашим контроллерам типа КУБ.

2017 год стал прорывом для темы мониторинга аккумуляторных батарей. Мы модернизировали существующую систему, сделав её дешевле, универсальнее, проще в монтаже и функциональней (появился контроль тока заряда/разряда!). И даже успели пройти тестовую эксплуатацию! В теме контроля АКБ флагманом выступила Беларусь, а именно Газпром и Белтелеком. Вот как комментирует необходимость в мониторинге и результаты тестовой эксплуатации наш партнёр в Белоруссии.

Интервью с ведущим инженером ОАО «Связьинвест» г. Минск Липкиным Владимиром

— Аккумуляторная батарея отвечает за энергобезопасность объекта, обеспечивая работу оборудования при пропадании первичного напряжения. Батарея, как правило, рассчитывается, исходя из нагрузки на объекте, чтобы обеспечить некое минимально гарантированное время работы объекта от этой батареи. Как правило, при сдаче батареи в эксплуатацию, она работает на объекте целый час, а уже через 1-2 года это время составляет всего 20-30 минут. Это ли не повод задуматься – а всё ли в порядке с моей батареей, — ведь нагрузка за это время не изменилась? Почему время работы батареи, рассчитанной, к примеру, на 5 лет, уже через 1-2 года сократилось вдвое? Реальная картина на наших объектах энергетики – 75% всех АКБ не соответствуют действующим нормам. 75%! Да, они внешне в отличном состоянии, они протерты от пыли, пронумерованы, к ним обеспечен удобный подход, но только работать при пропадании первичного питания они будут как минимум в 2-3 раза меньше, чем заявлено. А некоторые и вообще проработают считанные минуты.

— В чём может быть причина деградации батарей?

— А в том, что, к примеру, неделю до этого температура на объекте была очень высокой и это просто на глазах «убивало» аккумуляторы – об этом все догадываются, но никто толком не знает, так как объект необслуживаемый, объектов много и на все приехать и проверить/проветрить — невозможно. Поставить на все объекты кондиционеры и пусть они работают непрерывно? Тогда кто даст столько денег на оплату электроэнергии для всех объектов? А зимой?

— Какие ещё факторы влияют, кроме температуры?

— Плохой контакт перемычек между банками или короткое замыкание между пластинами аккумулятора. А бывают ситуации, когда аккумулятор «отваливается» из группы по причине поломки борна. К сожалению, все эти случаи становятся известны по факту, когда всё оборудование объекта уже отключилось. А вот Ваша система мониторинга АКБ позволяет это выяснить заранее, не дожидаясь плачевного финала.

Да и сами аккумуляторы бывают от недобросовестных Производителей. Уже через некоторое время использования системы поэлементного контроля АКБ всем становится понятно, что аккумуляторы «полное шило» и от такой марки лучше держаться подальше, даже если цены привлекательнее, чем у конкурентов. Без анализа, пустив всё на самотёк, Вы об этом можете долго не узнать, а когда узнаете, может быть уже поздно.

Читайте также:  Нужно быстро зарядить аккумулятор

— Насколько губительна некорректная эксплуатация для батарей?

— Расскажу случай из практики. Заказчик купил партию аккумуляторов, а через 3 месяца пытается вернуть их по гарантии. Аккумуляторы при этом выглядят ужасно – у них перекошены корпуса, они безобразно вздуты. В таких случаях приходится выезжать на место для выяснения причин форс-мажора. И что может оказаться? Начнем с того, что в процессе работы параметры самого бесперебойника необходимо калибровать. Калибровка производится периодически с учетом типа аккумуляторов и их срока эксплуатации. Так вот, заменив аккумуляторы, просто забывают откалибровать систему под новый тип АКБ, и само зарядное устройство начинает работать с аккумуляторами, не учитывая, что они уже другие. Соответственно, применяются не те токи и напряжения, и это с первой минуты начинает «уничтожать» аккумуляторы. К примеру, на аккумуляторы может подаваться циклическое выравнивающее напряжение уровнем 14,7В, которое должно длиться по времени не более 24-х часов, но напряжение подается непрерывно. Это приводит к нагреву аккумуляторов, бывает, что и до 100 градусов – аккумуляторы закипают, плавится пластик, они вздуваются. Также могут быть нарушены зарядные токи, указанные для данного типа аккумуляторов. Это тоже частые ситуации. Таким образом, аккумуляторы выходят из строя, и их замена не решит проблему — можно снова уничтожить партию аккумуляторов. Система поэлементного контроля АКБ на начальных этапах позволит отследить такие ситуации и своевременно устранить их.

— Вы успели поэксплуатировать и «старую», и модернизированную систему мониторинга АКБ от Технотроникс. Какое у вас впечатление?

— Новая, без сомнения, удобнее и, по факту, дешевле, благодаря тому, что одним устройством, можно контролировать большее количество батарей.

Что мне нравится. Во-первых, система гибка к перенастройке, она не зависит от номинала батарей, которые эксплуатируются, и внепланово могут быть заменены на другой тип и производителя. Во-вторых, появилась возможность локального контроля за системой в процессе монтажа через WEB-интерфейс АКБ-12/485. Больше не нужно постоянно держать связь с диспетчерским центром, чтобы настроить систему. Рабочие нюансы «вылазят» всегда и хотелось бы их устранить заранее, а не когда система уже сдана на контроль диспетчеру.

Также появилась возможность измерять «неограниченное» количество постоянных токов на любых сегментах аккумуляторной батареи. Раньше мы могли измерить ток группы только с помощью датчика постоянного тока, который подключался на ЭПУ485. А в силу того, что аккумуляторная обычно находится на отдалении от нагрузки, то задействовать блок ЭПУ485 для других целей не получалось. Опять же, часто выходное напряжение системы электропитания собирается из нескольких групп АКБ, и ток хотелось бы измерять в каждой группе, не всегда один блок ЭПУ485 справлялся с такой задачей.

Ещё очень радуют изменения в программной части. Компания «Технотроникс» обещает нам отдельную утилиту для обработки данных, получаемых системой поэлементного контроля. В этом, действительно, есть острая потребность, так как для окончательных выводов недостаточно данных за сегодня. Необходимо собрать и проанализировать данные батареи, грубо говоря, от начала установки её на объекте, до актуального момента, чтобы понять, насколько батарея «изношена» и пригодна к эксплуатации.

Что даёт мониторинг АКБ от Технотроникс?

Непрерывные измерения напряжения, температуры, токов заряда/разряда аккумуляторных батарей и их анализ в ПО, позволят энергетику выявить объекты, где имеются:

В) однозначно аварийные батареи, подлежащие оперативной замене;
Б) разбаланс отдельных батарей или асимметрия, которая способна, в перспективе, привести к деградации АКБ.

В итоге, эксплуатирующий персонал сможет своевременно провести работы по замене или ремонту «подозрительных» батарей, выезжая на объекты прицельно на основании данных системы мониторинга.

Преимущества системы контроля АКБ от Технотроникс

  1. Адаптация к батареям любого номинала (на 2/6/12 Вольт). Устройства контроля могут быть настроены на АБ 12В, 6В, 2В непосредственно на объекте путём установки соответствующих джамперов на плате.
  2. Масштабирование на любое количество батарей и групп батарей (48В, 60В и другие).
  3. Три вида программной интеграции – Технотроникс.SQL, SNMP, Modbus. Система работает с нашим ПО «Технотроникс.SQL» и с любым программным обеспечением на базе протокола SNMP или Modbus.
  4. Наличие двух каналов связи: LAN-подключение и интерфейс RS-485. Система может передавать данные о состоянии АКБ в Центр по Ethernet и по RS-485 (Modbus RTU Modbus TCP).
  5. Наличие WEB-интерфейса у устройств контроля, что позволяет просматривать данные о состоянии АКБ без установки ПО.
  6. Помимо основных функций – контроль напряжения и температуры — опциональное измерение тока заряда/разряда батареи.
  7. Удобное подключение датчиков к клеммам АКБ.
  8. Каскадное подключение устройств контроля АКБ, что резко упрощает монтаж и минимизирует вероятность ошибок при монтаже системы контроля АКБ.

Состав и структура системы

Рис. 1. Схема работы системы мониторинга АКБ

Система контроля АКБ состоит из следующих частей (рис. 1):

  1. Программное обеспечение (как мы уже говорили, это ПО «Технотроникс.SQL», а также любое ПО, работающее по протоколам SNMP или Modbus).
  2. Устройство передачи данных АКБ-12/485, которое, имея на борту одновременно Ethernet и RS-485, позволяет передавать данные напрямую в Центр мониторинга по Ethernet или подключаться к контроллеру высшего уровня по RS-485, который, в свою очередь, передаст данные в Центр.
  3. Модуль МКА4+, к которому непосредственно подключаются батареи любого номинала (2В/6В/12В). МКА 4+ измеряет напряжение, температуру АКБ, ток заряда/разряда и передает полученные данные на АКБ-12/485.
Читайте также:  Зарядка для аккумулятора автомобиля владивосток

Как Вы видите на рис. 1, к одному устройству АКБ-12/485 можно будет подключить до 10 МКА4+. В свою очередь, к МКА4+ можно будет подключить до 5 аккумуляторных батарей либо 4 батареи + 1 датчик тока для измерения тока заряда/разряда в ветке. Отсюда, собственно, и название МКА4+. Как результат, при полной загрузке системы (1 АКБ-12/48 + 10 МКА4+) будет возможен контроль до 50 батарей!

Однако, хотим заметить, что вариант подключения четырёх батарей и датчика тока к одному модулю МКА4+ является достаточно распространённым, но всё же частным случаем (группа 48В из 4-х 12В батарей). Во всех остальных случаях для соблюдения условия равномерности нагрузки на аккумуляторные батареи датчик тока требуется подключать на 5 канал отдельного модуля МКА4+. Об этом подробнее в разделе «Примеры организации мониторинга АКБ».

Дополнительная возможность АКБ-12/485

Кроме выполнения функций первичного концентратора данных и передачи их в центр, блок АКБ-12/485 имеет функцию контроля температуры помещения. Климатический датчик, подключенный к устройству, отдельно измеряет температуру в помещении аккумуляторной комнаты и передает полученные данные в центр. Кроме того, температура банок может отслеживаться с учетом температуры помещения.

Примеры организации мониторинга АКБ

ПРИМЕР №1 Мониторинг 2-х веток аккумуляторных батарей общей емкостью 48В, составленных из банок 12В

Система организована из 2 веток аккумуляторных батарей, каждая ветка состоит из 12В батарей общей ёмкостью 48В. Требуется измерять напряжение и температуру на каждой банке и ток заряда/разряда на каждой ветке.
Варианты применения модуля МКА4+: «4 канала U и t + 1 канал I».

ВНИМАНИЕ! Данный вариант является единственным исключением, когда можно подключать на 1 модуль МКА4+ измерение I заряда/разряда и измерение U и t.

Это объясняется выполнением 2 условий:

— возможностью использования для одной ветки одного модуля МКА4+
— возможностью питания модуля МКА4+ от целой ветки батарей

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ, ТОКА ЗАРЯДА/РАЗРЯДА

Кличество банок в одной ветке (48/12) = 4 шт.
На один блок МКА4+ подключается по 4 банки и 1 датчик тока
Количество модулей МКА4+ для одной ветки ((4+1/5) = 1 шт.
Количество модулей МКА4+ для двух веток (1*2)=2 шт.
Количество точек контроля тока в одной ветке = 1 шт.
Количество датчиков тока для двух веток = 2 шт.
Количество устройств АКБ-12/485= 1 шт.

ДЛЯ ПИТАНИЯ УСТРОЙСТВА акб-12/485 применяется Конвертер «SD-15C-12» — 1 шт.

ПРИМЕР №2 Мониторинг 2-х веток аккумуляторных батарей общей емкостью 48В, составленных из банок 2В

Система организована из 2 веток аккумуляторных батарей, каждая ветка состоит из 2В батарей общей ёмкостью 48В. Требуется измерять напряжение и температуру на каждой банке и ток заряда/разряда на каждой ветке.

Варианты применения модуля МКА4+: «4 канала U и t + 1 канал свободный» и «1 канал I + 4 канала свободных».

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ

Количество банок в одной ветке (48/2)=24 шт.
На один блок МКА4+ подключается по 4 банки.
Количество модулей МКА4+ для одной ветки (24/4)=6 шт.
Количество модулей МКА4+ для двух веток (6*2)=12 шт.

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА

Количество точек контроля тока в одной ветке=1 шт.
На один блок МКА4+ подключается 1 точка контроля тока
Количество модулей МКА4+ для двух веток (1*2)=2 шт.
Количество датчиков тока для двух веток = 2 шт.
Количество устройств АКБ-12/485= 2 шт.

ДЛЯ ПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ АКБ-12/485 И МКА4+ (ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА)

Источник

Индикатор разряда для любого аккумулятора

Данная схема характеризуется четким порогом включения при достижении установленного уровня напряжения. Этот индикатор универсален, имеет потенциометр для выставления заданного значения и может работать с любым аккумулятором в диапазоне 3-16 В.

Понадобится

  • Два транзистора PN2222, структуры NPN.
  • Светодиод 3 В.
  • Переменный резистор 10 кОм.
  • Два резистора 4,7 кОм.
  • По одному резистору 56 кОм и 460 Ом.

Особых требований к деталям нет, все без лишних проблем меняются на аналогичные. В плане резисторов — отклонение от номинала может быть на 10 процентов. Это не страшно, берите близкие по значению.

Изготовление универсального индикатора разряда

Берем транзисторы и разгибаем вывода.

Припаиваем к одному к его базе резистор на 4,7 кОм.

Далее берем второй и коллектором припаиваем к этому же резистору.

Теперь припаиваем еще резистор на 4,7 кОм.

Далее паяем на 56 кОм слева и 460 Ом справа.

В дело идет светодиод.

Полная схема со всеми обозначениями.

Как работает схема?

Потенциометром устанавливается уровень срабатывания, это уже решили. На транзисторе слева собран пороговый элемент, на транзисторе справа — ключ для светодиода.
К примеру, выставим уровень срабатывания 3,5 В. Если напряжение на схеме выше, скажем 3,6 В, то первый транзистор открыт, а ключ заперт. Светодиод в данном случае не горит. Индикатор потребляет минимальный ток.
Если напряжение упало ниже порогового значения, и составляет, скажем 3,48 В, то первый транзистор закрывается и открывается ключ. В результате мы видим свечение светодиода, показывающее условно, что аккумулятор разряжен.

Также схема отлично работает в диапазоне 12 В.

Что дает возможность использовать индикатор для любых аккумуляторов или батарей в промежутке 3-12 В.

Источник