Monitoring systemów bateryjnych BACS

Decydując się na wdrożenie systemu zasilania gwarantowanego zazwyczaj zaczynamy od zasilacza UPS wraz z zestawem baterii zapewniającym wymaganą autonomię. W niektórych przypadkach korzystamy tylko z siłowni DC wraz z zestawem akumulatorów jako magazynem energii. Te rozwiązania zapewniają ciągłość zasilania przynajmniej w założonym zakresie czasu, zależnym od ilości energii zgromadzonej w akumulatorach, oraz od kondycji systemu zasilania gwarantowanego.

O ile kontrola stanu zasilaczy UPS lub prostowników DC jest ułatwiona i może być wykonana przez użytkownika za pomocą paneli operatorskich, oprogramowania, czy też kart sieciowych SNMP to monitoring zestawu baterii już nie jest tak łatwy dla użytkownika. Należy podkreślić że czas autonomii zależy przede wszystkim od stanu baterii, a awaria baterii jest jednoznaczna z awarią całego systemu. Oczywiście zasilacze UPS jak i prostowniki DC posiadają coraz bardziej zaawansowane algorytmy ładowania baterii oraz ich kontroli. Niestety kontrola ta kończy się na krótkotrwałych testach rozładowania oraz pomiarze napięcia na końcowych biegunach zestawów. Żadne z tych urządzeń nie kontroluje bezpośrednio każdej z baterii/ogniw.

Pomiar rezystancji wewnętrznej oraz napięcia za pomocą specjalistycznego miernika pozwala nam zobrazować stan poszczególnych baterii/ogniw w szeregu. Zazwyczaj takie pomiary wykonywane są w rocznych okresach czasu podczas prac konserwacyjnych. Jednakże jeśli w międzyczasie któraś bateria ulegnie uszkodzeniu nie mamy o tym fakcie żadnej informacji, ewentualnie dowiadujemy się o tym podczas zaniku zasilania, gdy cały system przestaje działać lub autonomia jest znacznie krótsza od oczekiwanej.

Rozwiązaniem tego typu problemów jest wdrożenie systemu monitoringu baterii BACS (Battery Analysis & Care System) opatentowanego przez firmę Generex i dystrybuowanego przez AG IT Project S.C. System BACS pozwala na monitoring online poszczególnych akumulatorów/ogniw w zestawie.

Monitoring bezpośredni poprzez odczyty parametrów pracy z wyświetlacza UPS. Jest to mało wygodne zwłaszcza w przypadku dużych zasilaczy, dlatego warto skomunikować zasilacz bezpośrednio z komputerem (USB, RS232) i poprzez oprogramowanie monitorować stan zasilacza. Komunikacja taka umożliwia bezpieczne wyłączenie zasilacza w przypadku zaniku zasilania. Wygodniejszym sposobem komunikacji z zasilaczem jest sieć Ethernet. Należy wyposażyć UPS w kartę sieciową SNMP. Do karty można podłączyć również czujnik parametrów środowiska: temperatury i wilgotności.

Monitoring pozwala na pomiar poniższych wartości poszczególnych akumulatorów:

• rezystancji wewnętrznej,
• napięcia,
• temperatury,
• prądów ładowania zestawów baterii.

Wszystkie powyższe parametry wyświetlane są dla użytkownika w formie czytelnej tabeli w przeglądarce internetowej z możliwością informacji poprzez email, sms itp. o awarii poszczególnych akumulatorów lub przekroczeniu zadanych parametrów. Dodatkowo moduł BACS zamontowany na uszkodzonym akumulatorze sygnalizuje awarię czerwoną diodą na obudowie, co ułatwia lokalizację uszkodzonego ogniwa.

Historia pomiarów rejestrowana jest w pamięci kontrolera, dzięki czemu za pomocą wbudowanego serwera www lub oprogramowania można zarządzać danymi systemu. System BACS składa się z modułów instalowanych bezpośrednio na akumulatorach, połączonych magistralą z kontrolerem.

Kontroler pozwala na podłączenie 330 modułów. Kontrolery można łączyć równolegle do 10 szt. co pozwala na monitoring w jednym systemie 3300 szt. akumulatorów/ogniw. Odpowiednie moduły BACS dedykowane są do poszczególnych typów akumulatorów:

• BACS C20 – 12V, 7-600Ah, baterie kwasowo-ołowiowe
• BACS C23 – 16V, 7-600Ah, baterie kwasowo-ołowiowe
• BACS C30 – 6V, 7-900Ah, baterie kwasowo-ołowiowe
• BACS C40 – 2V, 7-5000Ah, baterie kwasowo-ołowiowe, NiCd, NiMH
• BACS C41 – 4V, 7-900Ah, baterie kwasowo-ołowiowe, NiCd, NiMH,Li-Ion

Moduły zasilane są bezpośrednio z akumulatorów na których są zamontowane, natomiast kontroler może być zasilany ze źródła zewnętrznego lub za pomocą przetwornika DC/DC bezpośrednio z monitorowanego zestawu akumulatorów.

Dodatkową funkcjonalnością systemu BACS jest kondycjonowanie napięcia ładowania poszczególnych akumulatorów. System dokonując pomiaru napięć na poszczególnych akumulatorach wylicza wartość średnią, a następnie w modułach zainstalowanych na bateriach o wyższym napięciu niż wyliczona wartość średnia załącza stopniowo rezystory zintegrowane w modułach pomiarowych powodując obniżenie wartości napięcia na monitorowanym akumulatorze. W ten sposób następuje obniżenie napięcia do wyliczonej średniej arytmetycznej, a napięcie na akumulatorach o wartości poniżej średniej automatycznie podnosi swoją wartość do średniej. Proces stabilizacji napięć może trwać od kilku do kilkudziesięciu godzin, zależnie od pojemności baterii.

Funkcja kondycjonowania napięcia ładowania pozwala na równomierną eksploatację akumulatorów oraz równomierne starzenie, co jednocześnie znacznie wydłuża ich żywotność. Dodatkową zaletą takiego rozwiązania jest możliwość wymiany pojedynczych akumulatorów w zestawie nawet po dłuższym czasie użytkowania, pod warunkiem zastąpienia uszkodzonego akumulatora, jednostką o tych samych parametrach, najlepiej tego samego producenta. System zadba aby dostosować napięcie nowego akumulatora do pozostałych akumulatorów – średniej arytmetycznej. Pozwala to uzyskać znaczne oszczędności, gdyż nie ma konieczności wymiany całego zestawu akumulatorów w przypadku uszkodzenia pojedynczych sztuk.

System BACS pozwala na podłączenie modułu przekaźnikowego z wejściami i wyjściami sterowanymi wg określonego scenariusza, co pozwala na automatyzację procesów zarządzania lub zaprogramowanie odpowiedniego wyłączenia systemów po wykryciu awarii lub innego określonego zdarzenia. Do systemu można podłączyć szereg dedykowanych czujników np.:

• czujnik temperatury i wilgotności otoczenia,
• czujnik zalania,
• czujnik dymu,
• czujnik ruchu,
• czujnik otwarcia drzwi,
• czujnik zbicia szyby,
• moduł wejść analogowych 4-20mA,
• sygnalizatory świetlne,
• syreny alarmowe,
• modem GSM.

Kontroler BACS WEB Manager posiada szereg wbudowanych bibliotek pozwalających na monitoring większości typów zasilaczy UPS, pełniąc funkcję ich karty SNMP, a także monitoring agregatów lub static switch-y.

Poniżej opis przykładowego wdrożenia systemu BACS przez AG IT Project S.C. w TVP Lublin. Głównym elementem systemu jest zasilacz UPS Agpower ETX 60 współpracujący z 32 szt. akumulatorów 90Ah/12V. BACS Web Manager w tym przypadku pełni funkcję kontrolera BACS jak również karty SNMP zasilacza UPS, dzięki czemu użytkownicy monitorują pracę systemu zasilania gwarantowanego poprzez jedną aplikację do której uzyskują dostęp przez przeglądarkę internetową. Dodatkowo w sali operatorskiej został zamontowany zdalny panel sygnalizacyjny informujący o stanie pracy systemu oraz jego parametrach jak np. czas autonomii podczas awarii zasilania.

Artykuł ukazał się w nr 6/2016 miesięcznika Elektro Info.
Oryginał do pobrania w pliku PDF.