セルレベルとストリングレベルのバッテリー監視: どちらが必要ですか?

1 つのセルまたはブロックが劣化し始めている場合でも、バッテリー ストリングは正常に見えることがあります。これが、の主な違いです セルレベルのバッテリー監視とストリングレベルのバッテリー監視 。1 つは各バッテリーの状態を示し、もう 1 つはストリング全体の組み合わせた動作を示します。

どちらのレベルの監視でも有益な情報が提供されますが、メンテナンスに関するさまざまな質問に答えられます。このガイドでは、各アプローチが何を測定するのか、どの障害を明らかにできるのか、UPS システム、変電所、通信サイト、輸送ネットワーク、産業用重要電力アプリケーションに適切な監視アーキテクチャを選択する方法について説明します。

ストリングレベルのバッテリー監視とは何ですか?

ストリングレベルのバッテリー監視では、直列接続されたバッテリーストリング全体の電気的動作を測定します。システム設計に応じて、以下を監視する場合があります。

• 合計ストリング電圧
• 充放電電流
• 浮遊電流
• リプル電流とリプル電圧
• 周囲温度と湿度
• 絶縁または漏れの状態
• 放電期間と弦レベルのイベント

この情報は、オペレータが充電器とバッテリ ストリングが予想範囲内で動作しているかどうかを判断するのに役立ちます。異常な総電圧、予期せぬ放電、過電流、充電器の問題、並列ストリングと電流を正しく共有していないストリングなどの状態を識別できます。

ただし、ストリングレベルの監視では、通常、どのバッテリーが変化を引き起こしたかを特定することはできません。技術者は、文字列に問題があることはわかっていても、影響を受けるセルまたはブロックを特定するために手動で測定する必要がある場合があります。

セルレベルのバッテリー監視とは何ですか?

セルレベルのバッテリー監視では、セルまたはバッテリーブロックごとに個別のセンサーまたは測定チャネルを使用します。バッテリーの化学的性質と選択したソリューションに応じて、システムは以下を記録する場合があります。

• 個々のセルまたはブロックの電圧
• 内部抵抗またはインピーダンス
• バッテリー端子温度
• 接続抵抗またはセル間抵抗
• サポートされている浸水バッテリーの電解液レベル
• 漏れの状況
• 過去の傾向とストリング内の他のバッテリーからの逸脱

完全な文字列に対して 1 つの値だけを表示するのではなく、 セルレベルのバッテリー監視システムは、 すべてのバッテリーがどのように動作しているかを表示します。これにより、セルの弱さ、異常な温度、抵抗の上昇、電圧の不均衡、または接続の問題を、ストリングレベルで明らかになる前に特定しやすくなります。

通常のストリング電圧が弱ったバッテリーを隠すことができる理由

直列接続されたバッテリ ストリングでは、合計電圧は個々のバッテリ電圧をすべて合計したものになります。 1 つのバッテリーに異常な電圧がある場合、他のバッテリーと充電器が一時的に補償し、ストリングの合計電圧を明らかに許容範囲内に保つことができます。

たとえば、個々のブロックが異なる電圧で動作している間、充電器は予想される全体のフロート電圧を維持する場合があります。 1 つのバッテリーが充電不足である一方で、別のバッテリーがより高いフロート電圧にさらされている可能性があります。完全な文字列の読み取りだけでは、この分布は示されません。

同じ制限は、退院中に特に重要になります。最も弱いバッテリーは、残りのバッテリーよりも早く低電圧状態に達する可能性があり、平均的なバッテリーがまだ健全に見えても、バッテリー バンク全体の使用可能なパフォーマンスが制限されます。

セルレベルとストリングレベルのバッテリー監視

測定分解能

文字列レベルの監視では、 完全な文字列を 1 つにまとめたビューが提供されます。 セルレベルの監視では、 監視対象のすべてのセルまたはブロックを個別に表示できます。

故障検出

ストリングレベルの監視により、全体的な電圧、電流、放電、充電、および環境の異常を検出できます。セルレベルのモニタリングにより、電圧偏差、抵抗増加、局所的な温度上昇など、個々のバッテリー間の違いも明らかになります。

故障箇所

文字列レベルのアラームは、さらなる調査が必要であることを示します。セルレベルのアラームは、影響を受けるサイト、ストリング、バッテリーの位置を特定できるため、メンテナンス チームが問題をより迅速に特定できるようになります。

歴史分析

ストリング トレンドは、バッテリー バンク全体が時間の経過とともにどのように動作するかを示します。セルレベルの傾向により、オペレーターは 1 つのバッテリーをそのベースラインと比較したり、同じストリング内の隣接するバッテリーと比較したりできます。

インストールとデータの要件

通常、ストリングレベルのシステムでは、必要な測定ポイント、配線、保存されるデータが少なくなります。セルレベルのシステムでは、追加のセンサー、設置作業、アドレス指定、通信、およびデータ管理が必要ですが、より詳細な診断情報が提供されます。

最適なアプリケーション

ストリングレベルの監視は、基本的な監視またはリスクの低い設置に適している場合があります。セルレベルの監視は、1 つのバッテリの故障がサービスの継続性、安全性、または緊急対応に影響を与える可能性がある重要なアプリケーションやリモート アプリケーションに適しています。

各監視レベルでどの問題を検出できますか?

文字列レベルで見える問題

• 異常な総ストリング電圧
• 予期しない充電または放電電流
• 1 本のバッテリーストリングが完全に紛失した場合
• 並列ストリング間での不均一な電流共有
• 過大なリップル電流または電圧
• 室温や湿度の異常
• ストリング放電イベントと期間

細胞レベルで問題をより正確に特定

• 異常なフロート電圧のある 1 つのセルまたはブロック
• 内部抵抗またはインピーダンスの増加
• 周囲のバッテリーよりも発熱するバッテリー
• ストリング内の電圧の不均衡
• 弱ったバッテリーが放電中に早期に低電圧に達する
• 接続が緩んでいるか劣化している
• 個々のバッテリー センサーとの通信が失われる

バッテリーの利用可能な容量や残りの耐用年数を単一の測定で証明することはできません。電圧、抵抗、温度、電流は、過去の傾向、検査、メーカーの推奨事項、および適切な容量テストとともに評価する必要があります。

重要な電力システムには通常両方のレベルが必要な理由

セルレベルおよびストリングレベルのモニタリングを競合するテクノロジーとして扱うべきではありません。完全な固定バッテリ監視アーキテクチャでは、通常、これらを組み合わせます。

個々のセンサーはバッテリーレベルの電圧、抵抗、温度を測定します。ストリングデバイスは総電圧と電流を測定します。コントローラーまたはゲートウェイはデータを収集し、アラーム ロジックを適用し、履歴記録を保存し、ローカル インターフェイスまたは集中管理プラットフォームに情報を転送します。

この組み合わせたアーキテクチャにより、オペレーターは 2 つの異なる質問に答えることができます:

• バッテリーシステムに何が起こっているのでしょうか? ストリングレベルの電圧と電流は、全体的な動作イベントを示します。
• 注意が必要なバッテリーはどれですか? セルレベルのデータにより、異常なバッテリーとその傾向が特定されます。

文字列レベルの監視が適切なのはどのような場合ですか?

文字列レベルの監視は、次の場合に考慮されることがあります。

• バッテリーの取り付けが小さく、手動で簡単に検査できます
• 保護された負荷は故障の影響が少ない
• 主な要件は、充電、放電、およびストリング全体の状態を検出することです
• 訓練を受けた担当者は個別のバッテリー測定を頻繁に実行できます
• このプロジェクトは、将来の拡張に向けた明確な計画を備えた初期モニタリング段階です。

このようなアプリケーションでも、定期的なセルまたはブロックの測定は依然として必要です。ストリングの監視は、ストリング内のすべてのバッテリーが正常であることを確認するものとして解釈されるべきではありません。

セルレベルのバッテリー監視が推奨されるのはどのような場合ですか?

セルレベルのモニタリングは、次の場合に特に価値があります。

• バッテリーは、データセンター、変電所、通信ネットワーク、鉄道、空港、病院、石油およびガス施設、またはその他の重要な負荷をサポートします。
• インストールには長い文字列または複数の並列文字列が含まれています
• サイトが無人であるか、遠隔地であるか、アクセスに費用がかかる
• メンテナンスチームは、アラームに関連する正確なバッテリーを特定する必要があります
• 状態ベースのメンテナンスには履歴データが必要です
• バッテリー温度と内部抵抗の傾向を比較する必要がある
• オペレーターは複数のサイトにわたる集中監視を必要としています
• 実際の放電または計画された放電中のバッテリー性能を記録する必要がある

セルレベルの監視の価値は、バッテリー設置の重要性、規模、遠隔性、およびメンテナンスの複雑さに応じて増大します。

応用例

データセンターとUPSシステム

ストリングの電圧と電流は全体的な充電または放電イベントを確認し、セルレベルのデータは UPS の実行時間に影響を与える前に弱い 12V ブロックを特定するのに役立ちます。 DCIM またはネットワーク管理プラットフォームとの統合により、アラームとレポートを一元化できます。

電力会社および変電所

変電所の DC システムには、2V 鉛蓄電池または 1.2V ニカド電池が多数含まれている場合があります。セルレベルのモニタリングはバンク全体の電圧と温度の比較をサポートし、ストリングレベルの電流と電圧は充電器とDCシステムの動作を示します。

電気通信

リモートの 48V 通信サイトでは、保守訪問に費用がかかるため、セル レベルで障害の位置を特定することでメリットが得られます。ストリング測定により、充電および放電イベントを可視化できる一方、一元化されたソフトウェアにより、チームはどのサイトに注意が必要かを優先順位付けすることができます。

交通・産業施設

鉄道、空港、石油とガス、製造施設では、複数の分散型バッテリー システムが運用されている場合があります。両方のレベルを組み合わせることで、メンテナンス チームは個々のバッテリーの可視性を失うことなくシステム全体のイベントを管理できます。

モニタリングは容量テストに代わるものではありません

セルレベルの監視により可視性が向上しますが、バッテリーバンク全体の使用可能なアンペア時容量を直接測定するわけではありません。内部抵抗と電圧の傾向は、調査が必要なバッテリーを特定するのに役立ちます。一方、適切に実施された放電テストは、定義された条件下で指定された負荷をサポートするバッテリーの能力を検証します。

重要なアプリケーションの場合、メンテナンス戦略では、継続的な監視、目視検査、接続チェック、メーカーのガイダンス、および計画された容量検証を組み合わせる必要があります。

適切な監視アーキテクチャを選択する方法

システムを選択する前に、次のプロジェクト情報を収集してください。

1. バッテリー故障の用途と結果を特定します。
2. バッテリーの化学的性質、公称電圧、容量、メーカーを確認してください。
3. 各文字列内のセルまたはブロックの数を記録します。
4. ストリングの数と、それらが並列で動作するかどうかを記録します。
5. 必要なセルレベルおよび文字列レベルのパラメータを定義します。
6. アラーム受信者と必要な応答時間を定義します。
7. Modbus、SNMP、MQTT、IEC 61850 などの統合要件を確認します。
8. システムが将来の拡張や複数のサイトをサポートする必要があるかどうかを決定します。

多くの重要な電力設備にとって、最も有用な設計はセルレベル または ストリングレベルの監視ではありません。両方を利用した統合システムです。

よくある質問

セルレベルのバッテリー監視はストリングレベルの監視よりも優れていますか?

セルレベルの監視により、より詳細な障害検出と位置特定が可能になりますが、バッテリー全体の動作を理解するためには、ストリングレベルの電圧と電流が依然として不可欠です。通常、重要なシステムでは両方のレベルを組み合わせることでメリットが得られます。

弦の電圧でバッテリーが弱っていることを特定できますか?

確実ではありません。 1 つのバッテリーに異常がある間、ストリングの合計電圧は予想範囲内に留まる可能性があります。個々の電圧、抵抗、温度、放電傾向は、弱ったバッテリーを特定するためのより有用な情報を提供します。

セルレベルのバッテリー監視では何を測定しますか?

バッテリーの種類とシステムに応じて、個々の電圧、内部抵抗またはインピーダンス、温度、接続抵抗、電解液レベル、漏れ状態を測定できます。

すべてのバッテリーには独自のセンサーが必要ですか?

多くのセルレベルシステムは、セルまたはブロックごとに 1 つのセンサーを使用します。他のアーキテクチャでは、マルチチャネル測定モジュールを使用する場合があります。正しい設計は、バッテリーの電圧、化学的性質、バッテリーの数、および必要なパラメーターによって異なります。

セルレベルの監視で正確なバッテリー稼働時間を予測できますか?

単一の監視パラメータでは正確な実行時間を保証することはできません。モニタリングにより動作条件と劣化傾向を特定し、適切な放電テストを通じて利用可能な容量または稼働時間を検証する必要があります。

セルレベルのデータをSCADAまたはDCIMと統合できますか?

はい。コントローラーまたはゲートウェイは、個々のバッテリーとストリングのデータを集約し、サポートされているプロトコルを通じて選択した測定値とアラームを転送できます。互換性と必要なデータポイントのリストは、システム設計時に確認する必要があります。

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DFUN は、データセンター、電力会社、電気通信、輸送、および産業に重要な電力システム向けに、セルレベルおよびストリングレベルのバッテリー監視ソリューションを提供します。利用可能な構成は、個別のバッテリー センサー、ストリング測定、履歴傾向、構成可能なアラーム、集中管理、および一般的な産業プロトコルとの統合をサポートします。

バッテリーの化学的性質、セルまたはブロックの電圧、バッテリーの数、ストリングの数、必要な通信プロトコルを DFUN に送信します。当社のエンジニアリング チームは、お客様のアプリケーションに適した監視アーキテクチャの開発を支援します。