مانیتورها و تسترهای باتری

مانیتورها و تسترهای باتری سلامت و قابلیت عملکرد باتری ها را تعیین می کنند . گاهی اوقات به عنوان دستگاه های مدیریت باتری شناخته می شوند، آنها می توانند سطوح شارژ، نشانه های ولتاژ و دما یا سایر شرایط را به عنوان بخشی از سیستم های پیچیده مدیریت باتری (BMS) نظارت کنند. به عنوان مثال، در یک نیروگاه، باتری های پشتیبان آخرین خط دفاعی در برابر خاموش شدن هستند. یک سیستم مدیریت باتری قابلیت اطمینان را تضمین می کند و یک جزء حیاتی برای عملکرد موثر است.

نمایش تمام تولیدکنندگان مانیتور و آزمایش کننده باتری

هدف دستگاه های مدیریت باتری اطمینان از عملکرد باتری و به حداکثر رساندن طول عمر است. چندین تغییر وجود دارد، از مانیتورهای باتری هوشمند پیچیده گرفته تا V-مترهای ساده و Ah-counters که مصرف ظرفیت را اندازه گیری می کنند.

دستگاه های مدیریت باتری در صورت مشاهده هرگونه کاهش عملکرد باتری، بازخوردی را برای اقدامات اصلاحی ارائه می دهند. آنها همچنین داده هایی مانند وضعیت شارژ باتری را ارائه می دهند. این دستگاه ها طول عمر باتری را افزایش می دهند و منجر به صرفه جویی در هزینه می شوند.

انواع مانیتور و تستر باتری

مانیتورهای پیچیده می توانند متغیرهایی مانند راندمان و دما Peukert را تنظیم کنند. این عوامل تاثیرات قابل توجهی بر ظرفیت شارژ باتری دارند. انواع مانیتور باتری عبارتند از:

ولت متر : این دستگاه ها سطح ولتاژ باتری را می خوانند، اما عواملی مانند تأثیر شارژ بر ظرفیت باتری را تنظیم نمی کنند که می تواند منجر به عدم دقت در اندازه گیری شارژ باتری شود. باتری های چرخه عمیق زمانی که به طور مکرر بیش از حد دشارژ می شوند، طول عمر خود را کاهش می دهند. یک ولت متر برای نظارت بر باتری می تواند طول عمر موثر باتری را با ارائه خوانش نادرست کاهش دهد.

Ah-counters : اندازه گیری ساده ای از ساعات شارژ موجود در باتری را ارائه می دهد. با این حال، این واحدها راندمان Peukert را محاسبه نمی کنند، که احتمالاً منجر به تحمل اندازه گیری می شود.

مانیتورهای باتری چند منظوره : با استفاده از راندمان، دما و سایر متغیرها مانند آمار شارژ، این مانیتورها اطلاعات دقیقی در مورد وضعیت عملکرد و ظرفیت باتری ارائه می دهند.

تنظیم کننده های غیرفعال : این دستگاه ها با دور زدن جریان شارژ در صورت رسیدن ولتاژ یک سلول به یک سطح خاص، به تعادل باتری ها یا سلول ها کمک می کنند. ولتاژ به تنهایی میزان شارژ باتری را به طور دقیق منعکس نمی کند و کارایی آنها را محدود می کند.

تنظیم کننده های فعال : این مانیتورها برای متعادل کردن بار، بار باتری را روشن یا خاموش می کنند. مدل‌های کمتر پیچیده‌تر از ولتاژ سلول برای انجام این کار استفاده می‌کنند، در حالی که مدل‌های پیشرفته‌تر پارامترهای دیگر را ارزیابی می‌کنند.

سیستم های مدیریت باتری کامل از ترکیبی از دستگاه های فوق به همراه صفحه نمایش یا عملکرد برای نظارت و تعادل مداوم استفاده می کنند. این سیستم ها سه نوع کلی هستند:

توزیع شده : در این سیستم ها یک کابل ارتباطی باتری و کنترلر را با یک برد BMS در هر سلول متصل می کند. آنها ساده ترین نصب و مونتاژ هستند و معمولاً گران ترین هستند.

متمرکز : یک سیستم متمرکز از مجموعه ای از سیم ها برای اتصال سلول های باتری با یک کنترل کننده استفاده می کند. آنها کم‌هزینه‌ترین نوع BMS هستند، و همچنین به دلیل تعداد زیادی سیم مورد نیاز، نگهداری از آن‌ها سخت‌ترین آنهاست.

ماژولار : چندین کنترلر با قابلیت ارتباط استفاده می شود که هر کدام تعدادی از سلول ها را نظارت می کنند. سیستم های مدولار بر اساس هزینه، سهولت کار و مونتاژ بین سیستم های توزیع شده و متمرکز طبقه بندی می شوند.

عملیات

ظرفیت باتری بر حسب آمپر ساعت (Ah) محاسبه می شود. به عنوان مثال، اگر یک باتری بتواند جریانی برابر با 10 آمپر را برای 10 ساعت ارائه دهد، 100 آمپر ساعت (10 x 10 = 100) درجه بندی می شود. مانیتورها و تسترهای باتری، جریان ورودی و خروجی باتری و همچنین مقادیر دیگر را اندازه گیری می کنند. این دستگاه محاسبه می کند که چقدر انرژی از باتری گرفته شده یا به آن اضافه می شود. با این حال، تکیه بر آمپر ساعت ها تصویر دقیقی از ظرفیت شارژ باتری ارائه نمی دهد. دما، سن باتری و جریان تخلیه همگی در ظرفیت باتری نقش دارند. در نتیجه، باتری ممکن است با توجه به درجه آمپر ساعت آن، به طور کامل و سریع‌تر از حد انتظار تخلیه شود. این راندمان Peukert نامیده می شود. دمای پایین می تواند ظرفیت باتری را حتی بیشتر کاهش دهد.

مانیتورها و تسترهای باتری پیشرفته، آمپر ساعت حذف شده از باتری و خوانش وضعیت شارژ (SOC) را نشان می دهند که بازده و دما Peukert را جبران می کند. دستگاه ها پارامترهای مهمی مانند ولتاژ، جریان و دمای داخلی و محیط را گزارش می دهند. اگر مانیتور تشخیص دهد عملکرد باتری ضعیف است، داده ها برای ایجاد زنگ هشدار یا قطع باتری ارسال می شود.

مشخصات

مانیتورهای باتری انواع شرایط کارکرد باتری را ردیابی می کنند از جمله:

ولتاژ : ولتاژ کل و همچنین ولتاژ سلول جداگانه. حداقل و حداکثر ولتاژ منتسب به ولتاژ شیری سلولی یا دوره ای.

دما : دمای ورودی خنک کننده، دمای متوسط، دمای خروجی مایع خنک کننده و دمای سلول جداگانه.

وضعیت شارژ : این پارامتر میزان شارژ باتری را اندازه گیری می کند.

وضعیت سلامت : شرایط سلامت کلی برای اندازه گیری زنده بودن کلی باتری ارزیابی می شود.

جریان خنک کننده : این اندازه گیری در باتری هایی که توسط هوا یا سیال خنک می شوند استفاده می شود.

جریان جریان : جریان ورودی یا خروجی از باتری را اندازه گیری می کند.

مانیتور باتری در ارتباط با BMS ممکن است مقادیر را با استفاده از ورودی بالا محاسبه کند، از جمله:

• حداکثر جریان تخلیه که به عنوان حد جریان تخلیه بیان می شود

• حداکثر جریان شارژ که در قالب حد جریان شارژ بیان می شود

• انرژی (کیلووات ساعت) که از زمان آخرین شارژ یا چرخه شارژ تحویل داده شده است

• امپدانس داخلی سلول (مقاومت)، که ولتاژ مدار باز را منعکس می کند

• شارژ (Ah) که تحویل یا ذخیره شده است (همچنین به آن شمارنده کولن نیز گفته می شود)

• کل زمان کار از اولین استفاده

• کل انرژی که از اولین استفاده تحویل داده شده است

• کل زمان کارکرد از نقطه اولین استفاده

• تعداد کل چرخه ها

مانیتور ممکن است اطلاعاتی را که جمع آوری یا محاسبه می کند به وسیله روش های ارتباطی مختلف به یک دستگاه خارجی گزارش دهد. در ارتباط با BMS، به جلوگیری از کار ناایمن باتری کمک می کند. این شرایط عبارتند از:

• جریان بیش از حد

• اضافه ولتاژ در طول چرخه شارژ

• کاهش ولتاژ در طول چرخه تخلیه

• دمای بیش از حد

• زیر دما

• فشار بیش از حد

• تشخیص عیوب یا نشتی

اگر شرایط عملکرد باتری ناایمن شناسایی شود، یک BMS ممکن است اقداماتی را برای جلوگیری از عملیات باتری خارج از پارامترهای ایمن انجام دهد:

• دارای سوئیچ است که در صورت شناسایی سطوح عملیاتی ناایمن خاموش می شود

• کاهش استفاده از وسایل متصل به باتری یا قطع کامل آنها

• انجام اقداماتی برای تعدیل عوامل محیطی مانند فن درگیر، بخاری، تهویه مطبوع یا سیستم های خنک کننده مایع

یک BMS با ورودی از مانیتور باتری، استفاده از باتری را با متعادل کردن سلول‌های باتری بهینه می‌کند تا ولتاژ یکسانی را حفظ کنند (که به عنوان حالت شارژ نیز شناخته می‌شود). این تعادل توسط:

• تخلیه انرژی از سلول هایی با بالاترین بار با اتصال آنها به یک بار، اغلب از طریق تنظیم کننده های غیرفعال

• انتقال انرژی از سلول های پر بار به سلول های کم شارژ

• کاهش جریان شارژ به طوری که به سلول‌هایی که کاملاً شارژ شده‌اند آسیب نرساند، در حالی که همچنان به سلول‌های با شارژ کم اجازه می‌دهد شارژ شوند.

• شارژ به صورت مدولار 

انتخاب

 ابتدا، تعیین کنید که آیا دستگاه باید بخشی از یک سیستم مدیریت باتری کامل باشد که بتواند هم برای نظارت و هم تنظیم شارژ و عملکرد باتری اقدام کند. این نشان می دهد که آیا یک مانیتور باتری مستقل مناسب است یا خیر. همچنین وجود یک سیستم مدیریت باتری یکپارچه از قبل موجود را تأیید می کند. در مواردی که هیچ سیستم یکپارچه ای وجود ندارد، اطلاعات ارائه شده به تعیین اینکه آیا می توان از آن استفاده کرد یا مورد نیاز است کمک می کند. مانیتورهای باتری مستقل که متغیرهایی را در نظر می گیرند که بر ظرفیت عملیاتی تأثیر می گذارند، مانند راندمان Peukert، بسیار مهم هستند.

استانداردها

IEEE 1491 - راهنمای انتخاب و استفاده از تجهیزات مانیتورینگ باتری در کاربردهای ثابت

منبع

globalspec