Una cadena de bateria pot semblar normal fins i tot quan una cel·la o bloc comença a deteriorar-se. Aquesta és la diferència central entre el monitoratge de la bateria a nivell de cèl·lula i el monitoratge de la bateria a nivell de cadena: un mostra l'estat de cada bateria, mentre que l'altre mostra el comportament combinat de la cadena completa.
Tots dos nivells de monitorització proporcionen informació útil, però responen a diferents preguntes de manteniment. Aquesta guia explica què mesura cada enfocament, quins errors pot revelar i com triar l'arquitectura de monitorització adequada per als sistemes de SAI, subestacions, llocs de telecomunicacions, xarxes de transport i aplicacions d'energia crítica industrial.
Sistema de control de la bateria DFUN a nivell cel·lular
Què és el seguiment de la bateria a nivell de cadena?
El control de la bateria a nivell de cadena mesura el comportament elèctric de la cadena completa de la bateria connectada en sèrie. Depenent del disseny del sistema, pot supervisar:
Tensió total de cadena
Corrent de càrrega i descàrrega
Corrent flotant
Ripple current i ripple voltage
Temperatura i humitat ambientals
Condicions d'aïllament o fuites
Durada de la descàrrega i esdeveniments a nivell de cadena
Aquesta informació ajuda els operadors a determinar si el carregador i la cadena de la bateria funcionen dins del rang esperat. Pot identificar condicions com ara una tensió total anormal, una descàrrega inesperada, un corrent excessiu, problemes amb el carregador o una cadena que no comparteix el corrent correctament amb les cordes paral·leles.
Tanmateix, el monitoratge a nivell de cadena normalment no identifica quina bateria individual va provocar el canvi. Un tècnic pot saber que la cadena té un problema, però encara necessita mesuraments manuals per localitzar la cèl·lula o el bloc afectat.
Què és el monitoratge de la bateria a nivell cel·lular?
El seguiment de la bateria a nivell de cèl·lula utilitza un sensor individual o un canal de mesura per a cada cel·la o bloc de bateria. Depenent de la química de la bateria i de la solució seleccionada, el sistema pot registrar:
Tensió de cel·la individual o bloc
Resistència interna o impedància
Temperatura terminal de la bateria
Connexió o resistència entre cèl·lules
Nivell d'electròlits per a bateries inundades compatibles
Condicions de fuites
Tendències històriques i desviació d'altres bateries de la corda
En lloc de mostrar només un valor per a la cadena completa, un sistema de control de la bateria a nivell cel·lular mostra com es comporta cada bateria. Això fa que sigui més fàcil identificar una cel·la feble, una temperatura anormal, una resistència creixent, un desequilibri de tensió o un problema de connexió abans que es faci visible a nivell de cadena.
Sensors de bateria de nivell cel·lular DFUN instal·lats en bateries estacionàries individuals
Per què la tensió de corda normal pot amagar una bateria feble
En una cadena de bateria connectada en sèrie, la tensió total és la suma de totes les tensions individuals de la bateria. Si una bateria té un voltatge anormal, altres bateries i el carregador poden compensar temporalment, deixant la tensió total de la cadena dins d'un rang aparentment acceptable.
Per exemple, el carregador pot mantenir la tensió de flotació global esperada mentre els blocs individuals funcionen a diferents voltatges. Una bateria pot estar poc carregada mentre que una altra està exposada a una tensió de flotació més alta. La lectura completa de la cadena per si sola no mostra aquesta distribució.
La mateixa limitació esdevé especialment important durant la descàrrega. La bateria més feble pot arribar a la seva condició de baixa tensió abans que la resta de la cadena, limitant el rendiment utilitzable de tot el banc de bateries tot i que la bateria mitjana encara sembla sana.
Bateria individual feble oculta per la tensió total normal de la cadena
Monitorització de la bateria a nivell de cèl·lula vs. a nivell de cadena
Resolució de mesura
El seguiment a nivell de cadena proporciona una vista combinada de la cadena completa. El monitoratge a nivell cel·lular proporciona una visió independent de cada cel·la o bloc monitoritzat.
Detecció de fallades
El monitoratge a nivell de corda pot detectar anomalies generals de tensió, corrent, descàrrega, càrrega i ambientals. El monitoratge a nivell cel·lular també pot revelar diferències entre bateries individuals, com ara la desviació de tensió, l'augment de la resistència i l'augment local de la temperatura.
Localització de la falla
Una alarma a nivell de cadena indica que cal investigar més. Una alarma a nivell de cèl·lula pot identificar el lloc afectat, la cadena i la posició de la bateria, ajudant els equips de manteniment a localitzar el problema més ràpidament.
Anàlisi històrica
Les tendències de cadenes mostren com es comporta tot el banc de bateries al llarg del temps. Les tendències a nivell cel·lular permeten als operadors comparar una bateria amb la seva línia de base i amb les bateries veïnes de la mateixa cadena.
Requisits d'instal·lació i dades
Els sistemes a nivell de corda solen requerir menys punts de mesura, menys cablejat i menys dades emmagatzemades. Els sistemes a nivell cel·lular requereixen sensors addicionals, treballs d'instal·lació, adreçament, comunicació i gestió de dades, però proporcionen informació de diagnòstic més detallada.
Aplicacions més adequades
El monitoratge a nivell de cadena pot ser adequat per a la supervisió bàsica o instal·lacions de baix risc. El monitoratge a nivell cel·lular s'adapta millor a aplicacions crítiques o remotes on la fallada d'una bateria pot afectar la continuïtat del servei, la seguretat o la resposta d'emergència.
Quins problemes pot detectar cada nivell de monitorització?
Problemes visibles a nivell de cadena
Tensió total de cadena anormal
Corrent de càrrega o descàrrega inesperada
Pèrdua d'una cadena de bateria completa
Distribució desigual de corrent entre cadenes paral·leles
Corrent o tensió d'ondulació excessiva
Temperatura o humitat ambient anormals
Esdeveniments de descàrrega de cadena i durada
Problemes millor identificats a nivell cel·lular
Una cel·la o bloc amb una tensió flotant anormal
Augment de la resistència interna o la impedància
Una bateria escalfa més que les bateries veïnes
Desequilibri de tensió dins de la corda
Una bateria feble que arriba a la baixa tensió abans d'hora durant la descàrrega
Una connexió fluixa o deteriorada
Pèrdua de comunicació amb un sensor de bateria individual
Cap mesura única demostra la capacitat disponible o la vida útil restant d'una bateria. La tensió, la resistència, la temperatura i el corrent s'han d'avaluar juntament amb les tendències històriques, les inspeccions, les recomanacions del fabricant i les proves de capacitat adequades.
Per què els sistemes d'alimentació crítics solen necessitar els dos nivells
El monitoratge a nivell cel·lular i a nivell de cadena no s'ha de tractar com a tecnologies competidores. Normalment els combina una arquitectura estacionària completa de monitorització de bateries.
Els sensors individuals mesuren la tensió, la resistència i la temperatura del nivell de la bateria. Un dispositiu de corda mesura la tensió i el corrent totals. Un controlador o passarel·la recull les dades, aplica la lògica d'alarma, emmagatzema registres històrics i transfereix informació a una interfície local o a una plataforma de gestió centralitzada.
Aquesta arquitectura combinada permet als operadors respondre a dues preguntes diferents:
Què està passant amb el sistema de bateries? La tensió i el corrent a nivell de corda mostren l'esdeveniment de funcionament general.
Quina bateria requereix atenció? Les dades a nivell cel·lular identifiquen la bateria anormal i la seva tendència.
el tauler de control de DFUN BMS que mostra dades a nivell de cadena i de voltatge de la bateria individual.
Quan és adequat el seguiment a nivell de cadena?
Es pot considerar un seguiment a nivell de cadena quan:
La instal·lació de la bateria és petita i fàcil d'inspeccionar manualment
La càrrega protegida té una menor conseqüència de fallada
El requisit principal és detectar la càrrega, la descàrrega i les condicions generals de la cadena
El personal format pot realitzar mesures freqüents de la bateria individual
El projecte és una fase de seguiment inicial amb un pla definit per a una futura ampliació
Fins i tot en aquestes aplicacions, segueixen sent necessàries mesures periòdiques de cèl·lules o blocs. La supervisió de la cadena no s'ha d'interpretar com una confirmació que totes les bateries de la cadena estan en bon estat.
Quan es recomana la monitorització de la bateria a nivell cel·lular?
El seguiment a nivell cel·lular és especialment valuós quan:
La bateria admet un centre de dades, una subestació, una xarxa de telecomunicacions, un ferrocarril, un aeroport, un hospital, una instal·lació de petroli i gas o una altra càrrega crítica.
La instal·lació conté cadenes llargues o múltiples cadenes paral·leles
Els llocs no són tripulats, són remots o són cars de visitar
Els equips de manteniment han d'identificar la bateria exacta associada a una alarma
Les dades històriques són necessàries per al manteniment basat en condicions
Cal comparar la temperatura de la bateria i les tendències de la resistència interna
L'operador necessita un seguiment centralitzat en diversos llocs
S'ha de registrar el rendiment de la bateria durant una descàrrega real o programada
El valor de la supervisió a nivell cel·lular augmenta amb la criticitat, l'escala, la distància i la complexitat del manteniment de la instal·lació de la bateria.
Exemples d'aplicació
Centres de dades i sistemes UPS
La tensió i el corrent de la cadena confirmen l'esdeveniment general de càrrega o descàrrega, mentre que les dades a nivell de cèl·lula ajuden a localitzar un bloc feble de 12 V abans que afecti el temps d'execució del SAI. La integració amb un DCIM o una plataforma de gestió de xarxa pot centralitzar alarmes i informes.
Subestacions i serveis elèctrics
Els sistemes de corrent continu de la subestació poden contenir un gran nombre de cèl·lules de plom-àcid de 2 V o Ni-Cd d'1,2 V. El monitoratge a nivell de cèl·lula admet la comparació de voltatge i temperatura a tot el banc, mentre que el corrent i la tensió a nivell de cadena mostren el comportament del carregador i del sistema de CC.
Telecomunicacions
Els llocs de telecomunicacions remots de 48 V es beneficien de la localització de fallades a nivell cel·lular perquè les visites de manteniment són costoses. Les mesures de cadena proporcionen visibilitat dels esdeveniments de càrrega i descàrrega, mentre que el programari centralitzat ajuda els equips a prioritzar quins llocs requereixen atenció.
Instal·lacions industrials i de transport
Ferrocarrils, aeroports, petroli i gas i les instal·lacions de fabricació poden operar diversos sistemes de bateries distribuïdes. La combinació dels dos nivells ajuda els equips de manteniment a gestionar els esdeveniments de tot el sistema sense perdre la visibilitat de les bateries individuals.
Sala de bateries estacionària equipada amb un sistema de monitorització a nivell de cèl·lula DFUN
La supervisió no substitueix la prova de capacitat
El monitoratge a nivell cel·lular millora la visibilitat, però no mesura directament la capacitat d'amperes-hora utilitzable del banc de bateries complet. Les tendències de la resistència interna i la tensió poden ajudar a identificar les bateries que requereixen investigació, mentre que una prova de descàrrega realitzada correctament verifica la capacitat de la bateria per suportar una càrrega especificada en condicions definides.
Per a aplicacions crítiques, l'estratègia de manteniment hauria de combinar la supervisió contínua, la inspecció visual, les comprovacions de connexió, les instruccions del fabricant i la verificació de la capacitat programada.
Com triar l'arquitectura de monitorització adequada
Abans de seleccionar un sistema, recopila la informació següent del projecte:
Identificar l'aplicació i la conseqüència de la fallada de la bateria.
Confirmeu la química de la bateria, la tensió nominal, la capacitat i el fabricant.
Anoteu el nombre de cel·les o blocs de cada cadena.
Anoteu el nombre de cordes i si funcionen en paral·lel.
Definiu els paràmetres necessaris a nivell de cel·la i de cadena.
Definiu els destinataris de les alarmes i el temps de resposta necessari.
Confirmeu els requisits d'integració com ara Modbus, SNMP, MQTT o IEC 61850.
Determineu si el sistema ha de suportar una expansió futura o diversos llocs.
Per a moltes instal·lacions d'energia crítiques, el disseny més útil no és el monitoratge a nivell de cèl·lula o a nivell de cadena. És un sistema integrat que utilitza tots dos.
Preguntes freqüents
És millor el monitoratge de la bateria a nivell de cèl·lula que el monitoratge a nivell de cadena?
El monitoratge a nivell de cèl·lula proporciona una detecció i localització de fallades més detallada, però la tensió i el corrent a nivell de cadena segueixen sent essencials per entendre el funcionament general de la bateria. Els sistemes crítics normalment es beneficien de la combinació dels dos nivells.
El voltatge de cadena pot identificar una bateria feble?
No fiable. La tensió total de la cadena pot romandre dins del rang esperat mentre una bateria sigui anormal. Les tendències individuals de tensió, resistència, temperatura i descàrrega proporcionen informació més útil per localitzar una bateria feble.
Què mesura el monitoratge de la bateria a nivell cel·lular?
Depenent del tipus de bateria i del sistema, pot mesurar la tensió individual, la resistència interna o la impedància, la temperatura, la resistència de connexió, el nivell d'electròlits i les condicions de fuites.
Cada bateria necessita el seu propi sensor?
Molts sistemes a nivell cel·lular utilitzen un sensor per a cada cel·la o bloc. Altres arquitectures poden utilitzar mòduls de mesura multicanal. El disseny correcte depèn de la tensió de la bateria, la química, el nombre de bateries i els paràmetres necessaris.
El monitoratge a nivell cel·lular pot predir el temps exacte de funcionament de la bateria?
Cap paràmetre supervisat pot garantir el temps d'execució exacte. El monitoratge identifica les condicions de funcionament i les tendències de degradació, mentre que la capacitat o el temps d'execució disponibles s'han de verificar mitjançant una prova de descàrrega adequada.
Les dades a nivell cel·lular es poden integrar amb SCADA o DCIM?
Sí. Un controlador o passarel·la pot agregar dades individuals de bateria i cadena i transferir mesures i alarmes seleccionades mitjançant protocols compatibles. La compatibilitat i la llista de punts de dades requerida s'han de confirmar durant el disseny del sistema.
Creeu una solució completa de monitorització de la bateria amb DFUN
DFUN ofereix solucions de monitorització de bateries a nivell de cèl·lula i de cadena per a centres de dades, serveis d'energia, telecomunicacions, transport i sistemes d'alimentació crítics industrials. Les configuracions disponibles admeten sensors de bateria individuals, mesurament de cordes, tendències històriques, alarmes configurables, gestió centralitzada i integració amb protocols industrials comuns.
Envieu a DFUN la vostra química de la bateria, la tensió de la cèl·lula o del bloc, el nombre de bateries, el nombre de cadenes i el protocol de comunicació necessari. El nostre equip d'enginyers us pot ajudar a desenvolupar una arquitectura de monitorització adequada a la vostra aplicació.
