SmartShunt – mjerni član za nadzor baterija

U sustavima napajanja električnom energijom koji sadrže bateriju, bilo klasičnu – olovnu, bilo modernu – LFP bateriju, uvijek se postavlja pitanje koliko (još) ima energije u bateriji? Nitko to ne može reći samo gledajući bateriju izvana, ali niti uz mjerenje napona baterije u radu! Životni vijek baterije je uvjetovan procesima punjenja i pražnjenja energije kao i okolnom temperaturom baterije. Trenutačni nadzor samo napona baterije će pružiti informaciju da možda baterija nije razlog neočekivanih poteškoća u instalaciji. No tek trajnim uvidom i trajnim nadziranjem stanja baterije kroz vrijeme uz praćenje i napona i struje baterije može se unaprijed poduzeti akcije za izbjegavanje uvijek neugodnih iznenađenja.

Foto: Schrack Technik

Spoj SmartShunt-a u instalaciju

SmartShunt (Victron energy) je nadzornik baterije, zapravo mjerni član za nadzor baterije koje će vam pružajući detaljan uvid u stanje baterije osigurati vrijeme za pravovremenu preventivnu akciju i tako omogućiti dulji životni vijek baterije. Nadzornik će se isplatiti sam od sebe, a sigurno ponešto vrijedi i ušteda „živaca“. Slika 1. prikazuje 3 dostupne izvedbe mjernog člana i to za nazivne struje do: 500 A, 1000 A i 2000 A. SmartShunt mjeri napon i struju baterije. Osnovom mjerenja nadzornik računa stanje napunjenosti, procjenjuje stalno koliko će se još baterija moći prazniti trenutnim intenzitetom, sprema vrijednosti i događaje u sebe (najdublje pražnjenje, prosječno pražnjenje, broj ciklusa punjenja i slično). SmartShunt je logičan nastavak BMV serije nadzornika baterije i odmah na prvi pogled je vidljivo da SmartShunt uređaj nema zaslon već ima samo mjerni član i elektroniku za obradu mjerenih veličina te digitalnu komunikaciju s okolinom kroz VE.direct i Bluetooth sučelje.

Foto: Schrack Technik

Uz uređaj pri isporuci dolaze i dva crvena spojna kabela. Za učvršćenje se koriste dva provrta promjera 5,5 mm na podnožju SmartShunt-a. SmartShunt elektronika je u izvedbi IP21 dakle nije vodonepropusna i mora biti ugrađena na suho mjesto. SmartShunt ima tri osnovna priključka i jedan dodatni. Priključak minus pola baterije spaja se s priključkom „To battery minus“ označenom na SmartShunt-u (M10 vijak). Na ovom priključku, kao i na minus polu baterije ne smije biti drugih vodiča jer SmartShunt neće ispravno mjeriti struju iz i u bateriju. Ideja je upravo da sva struja koja ulazi u bateriju ili izlazi iz baterije prolazi kroz SmartShunt. Svako zaobilaženje SmartShunta-a može imati za posljedicu da izmjereni i izračunati podaci u nadzorniku ne odgovaraju stvarnom stanju u instalaciji. Sva trošila i punjači se priključuju na SmartShunt na mjestu označenom sa „System minus“ (M10 vijak). Za napajanje elektronike SmartShunt-a je potrebno osigurati spoj priključka Vbatt+ s plus polom baterije. Za to je predviđen jedan od dva crvena kabela isporučena uz uređaj koji na jednom kraju imaju stopicu M8, a na drugom kraju spojni tuljak. Na tom kabelu je ugrađen i tromi osigurač. Kada se spoji SmartShunt na plus pol baterije, Bluetooth LED počinje treptati i mjerni član je u radu. Priključenje je prikazano na slici 2.

Foto: Schrack Technik

SmartShunt ima još jedan pomoćni „Aux“ ulaz. Preko ovog dodatnog mjernog ulaza može se mjeriti napon još jedne baterije. Ovo je prikladno ako u sustavu imamo bateriju opće namjene koju nadgledamo detaljno i primjerice startnu bateriju (na plovilu ili vozilu) koju nadgledamo samo preko mjerenja napona. Zato se koristi drugi crveni spojni kabel koji dolazi u isporuci. Važno je da obje baterije moraju imati zajednički minus. Spoj je prikazan na slici 3.

Foto: Schrack Technik

„Aux“ ulaz može biti iskorišten i za mjerenje temperature baterije, zapravo mjeri se temperatura spojnog vijka baterije. Za to se koristi poseban dvožični osjetnik koji se naručuje posebno. Crveni vodič osjetnika ima isto funkciju napajanja SmartShunt-a i taj vodič sadrži i topivi osigurač. Crni vodič osjetnika se spaja na „Aux“ ulaz. Osjetnik temperature se nalazi montiran u stopicu koja se priključuje na plus pol. Spoj osjetnika temperature prikazuje se na slici 4. Ako se koristi osjetnik temperature tada oba crvena kabela koja dolaze u isporuci ostaju kao višak.

Foto: Schrack Technik

„Aux“ ulaz se može koristiti i za mjerenje napona međuspoja dvije serijski povezane baterije. Baterije se povezuju u seriju radi postizanja višeg napona. Nadziranjem napona međuspoja, recimo u 24 ili 48 voltnim baterijama, može se otkriti neispravna baterija u serijskom spoju dvije baterije i time možda spriječiti uništenje druge u tom trenutku još ispravne baterije u serijskom spoju. Za ovaj spoj koriste se oba priključna crvena kabela koji se dobivaju uz isporuku, slika 5. Na slici 5 desno je još jednom skrenuta pažnja kako je izuzetno važno da pri spoju baterija u paralelu sve paralelne grane imaju isti otpor ožičenja. Jedino tako će se struja punjenja ispravno raspodijeliti na paralelne grane jer će svaka grana imati ciljano isti otpor. Naime ako samo jedna grana ima veći otpor, ta će se grana slabije puniti i ta će baterija ubrzano stariti. Isti otpor postiže se tako da imamo zajedničku sabirnicu po polu baterije od koje do svake paralelne grane baterija vode jednako dugački vodiči jednakog presjeka.

Foto: Schrack Technik

Parametriranje Smartshunta-a

Dočim je SmartShunt spojen u instalaciju može se pristupiti podešenju parametara i konačno praćenju stanja baterije. Za komunikaciju preko Bluetooth sučelja potreban je pametni telefon i VictronConnect App besplatna programska aplikacija dostupna za Android, iOS, MacOS i Windows operativne sustave. Može se povući s poveznice. U aplikaciji se potraži u popisu pronađenih uređaja na Bluetooth sučelju upravo SmartShunt. Unese se lozinka koja je po tvorničkom postavu „000000“. Po prvom priključenju preko Bluetooth sučelja bit ćete pitani za ažuriranje „firmware“, bilo Bluetooth sučelja, bilo SmartShunt-a. Ovo ažuriranje osigurava da imate najnovije programe u uređaju i bez njega nećete moći provesti parametriranje.

Tvorničko podešenje SmartShunt-a je priređeno za kiselinske, GEL ili AGM olovne baterije. Za LFP baterije ćete morati podesiti koji parametar više. Osnovni parametri za olovne baterije su: kapacitet baterije, napon napunjene baterije, stanje napunjenosti baterije s kojim želimo krenuti pri prvom puštanju u pogon i funkcija dodatnog „Aux“ ulaza. Kapacitet baterije je tvornički podešen na 200 Ah. SmartShunt ne identificira sam napon baterije na koju je priključen i podešenje je nužno provesti ručno. Tvornički je podešeno stanje napunjenosti 100%, no ono se može postaviti na koliko se želi shodno početnom stanu baterije. No čak i ako se krivo podesi na početku, po procesu sinkronizacije nakon prvog punjenja će se uspostaviti ispravno stanje napunjenosti. Pomoćni ulaz mora biti parametriran za obradu napona druge baterije ili za obradu napona međuspoja baterija ili za obradu mjerenja temperature baterije. Ako ćete SmartShunt upotrijebiti u sustavu s LFP baterijama, tada morate obratiti pažnju na dodatna podešenja jer su LFP baterije preskupe da ne biste uložili nekoliko minuta čitanja!

Na slici 6. su prikazani ekrani prilikom podešenja parametara baterije. Zaslon označen s 1) ima pokazni karakter- prikazuju se stanje napunjenosti, napon, struja, snaga, kapacitet baterije predan trošilima i moguće vrijeme napajanja trošila ostvarivo s trenutnom razinom potrošnje, a do unaprijed postavljenog praga dozvoljenog pražnjenja. Stanje napunjenosti (eng. state of charge) prati struju koja ulazi i izlazi iz baterije i integrira je kroz vrijeme. SmartShunt vodi računa da se uz pražnjenje većom strujom od nazivne struje nelinearno smanjuje nazivni kapacitet baterije, dakle kapacitet baterije zavisi o intenzitetu struje pražnjenja! Da ne bi bilo pre jednostavno pri punjenju sva energija se ne pretvara u iskoristivu u bateriji pospremljenu energiju za trošila. Praznija baterija se puni efikasno – gotovo sva energija će biti na pospremljena. Skoro napunjena baterija se puni izuzetno neefikasno – vrlo malo energije će biti pospremljeno u bateriju, većina električne energije će se pretvoriti u toplinsku energiju. I šećer na kraju: to sve zavisi i o trenutnoj temperaturi baterije! Znajući ovo, sada postaje jasno zašto obično mjerenje napona baterije uz nepoznatu trenutnu potrošnju nije zapravo pokazatelj stanja napunjenosti baterije. SmartShunt pak uzima u obzir u svojem proračunu stanja napunjenosti sve ove utjecaje i daje informaciju izravno na vaš pametni telefon! Potpuno ispražnjena baterija će imati stanje napunjenosti 0%, potpuno puna će imati 100% stanje napunjenosti. Stanje napunjenosti je najpreciznija i najpouzdanija informacija o bateriji. Za pouzdanost podatka o stanju napunjenosti nužna je sinkronizacija mjernog člana i stvarnog stanja napunjenosti baterije. SmartShunt će zaključiti da je baterija 100% napunjena i postavit će stanje napunjenosti (eng. state of charge, SOC) na 100% na pokazivaču ako bude:

• napon baterije veći od razine postavljene u parametru charged voltage (13.2 V za 12 V olovnu bateriju; 26,4 V za 24 V olovnu bateriju i 52,8 V za 48 V olovnu bateriju),
• struja punjenja manja od razine postavljene u parametru tail current (primjerice 4% kapaciteta, dakle 8 A za 200 Ah bateriju),
• stanje napona i struje iz prethodna dva uvjeta traje dulje od zadanog u parametru charged detection time (primjerice 3 minute).

Dobro je i bitno da se sinkronizacije događaju što češće da ne bi došlo do otklizavanja računskih vrijednosti. Naime samo ako je stanje na pokazivaču bilo usklađeno na 100% onda u narednom vremenskom periodu možemo reći da je pokazivanje točno. Uslijed malih pogrešaka mjerenja i računa moglo bi bez sinkronizacije doći s vremenom do razlikovanja stvarnog stanja baterije i stanja pokazivanja!

Negativna struja na zaslonu će značiti da struja ide iz baterije dakle da se energija predaje trošilima. Pozitivna struja će značiti da energija ulazi u bateriju. Predznaci će vrijediti i za račun kapaciteta baterije predan trošilima: ako baterija predaje 3 h struju od 12 A, tada će kapacitet predan trošilima biti -36 Ah. Posljednja informacija na zaslonu 1) je vrijednost vezana uz pomoćni ulaz – dakle zavisno o izabranoj funkciji pomoćnog ulaza vidjet će se napon startne baterije ili napon serijskog međuspoja baterija ili temperatura baterije.

Foto: Schrack Technik

Zaslon na slici 6. označen s 2) i 3) vodi do parametara za podešenje. Zaslon na slici 6. označen s 4) vodi do uvida u događaje iz povijesti rada SmartShunt-a na konkretnoj bateriji: najdublje pražnjenje, prosječno pražnjenje, zadnje pražnjenje, zbrojena sva pražnjenja. Također prati se ukupno izvučena energije iz baterije kao i ukupno prema bateriji upućena energija. Prati se i broj ciklusa punjenja. Ciklus se broji svaki puta kada je stanje napunjenosti palo ispod 65% i onda potom poraslo preko 90% napunjenosti. Prati se i broj sinkronizacija. Sinkronizacija se broji uvijek kada stanje napunjenosti padne ispod 90% pa se onda potom dogode uvjeti sinikronzacije. Prati se i vrijeme proteklo od posljednjeg cjelovitog punjenja, te broj potpunih pražnjenja (pri čemu baterija dođe do stanja napunjenosti 0%). Prati se i izmjereni minimalni i maksimalni napon baterije u radu, kao i broj prijavljenih alarma podnapona ili prenapona baterije te alarma premašenih ili podbačenih postavljenih razina stanja napunjenosti baterije. Zaslon na slici 6. označen s 5) omogućava grafičko praćenje stanja baterije kroz vrijeme.

Osim preko pametnog telefona Smartshunt se može parametrirati, a onda i pratiti stanje baterije i na osobnom računalu uz instaliranu VictronConnect besplatnu aplikaciju, slika 7. Za to je potreban VE.direct/USB kabel za spajanje dostupan u raznim duljinama. Svi prikazu su na računalu kao i na pametnom telefonu.

Foto: Schrack Technik

U radu SmartShunt je moguće povezati preko VE.direct sučelja i s GX nadzornim uređajima, slika 8. GX nadzorni uređaji omogućavaju prikaz vrijednosti i parametriranje samog SmartShunt-a lokalno na zaslonu GX uređaja. No posebno je interesantno uspostavljanje daljinskog nadzora preko „Victron Remote Monitoring; VRM“ online portala. Besplatnom prijavom GX nadzornika na VRM portal vidjet ćete bateriju, ali i ostale uređaje u vašoj instalaciji daljinski preko interneta i to „doma iz fotelje“.

Foto: Schrack Technik

SmartShunt pruža i dodatnu mogućnost povezivanja preko Bluetooth sučelja u mikromrežu s ostalim uređajima u sustavu. Tako priključen SmartShunt može bežično i trajno slati informaciju o temperaturi baterije prema MPPT regulatoru punjenja. MPPT regulator punjenja će informaciju o temperaturi koristiti za trajno prilagođavanje napona punjenja na temperaturu baterije. Prilagodbom napona punjenja prema temperaturi baterije smanjuje se plinjenje baterije pri punjenju što će se odraziti u produljenju životnog vijeka baterije. Postupak umreženja je prikazan na slici 9. Preko VictronConnect aplikacije na SmartShuntu se kreira mikromreža željenog imena (koraci 1-4). Potom se na VictronConnectu potraže drugi uređaji u Bluetooth okolini, uđe se programski u njih i pridruži ih se mikromreži imena koju smo netom uspostavili (koraci 5,6,7). Tako dobivamo na istoj mikromreži u našem konkretnom primjeru dva uređaja koji automatski kreću razmjenjivati podatke. Ova mikromreža ostaje trajno definirana, dakle i kada na pametnom telefonu izađete iz aplikacije VictronConnect.

Foto: Schrack Technik

Najčešće pogreške spajanja SmartShunt-a

Slika 10. prikazuje dvije najčešće greške spoja mjernog člana za nadzor baterije u instalaciju. Uobičajeno je da struja (i energija) koja ide prema trošilima ima minus predznak, a struja (i energija) koja ide u bateriju plus predznak. Ako se zamijene priključne stezaljke SmartShunt-a (slika 10. gornji red, lijeva slika) uređaj će raditi, ali predznaci će biti pogrešni. Ako se to uoči potrebno je zamijeniti kabele na stezaljkama SmartShunt-a (slika 10. gornji red, desna slika). Veza između minus pola i Smartshunt-a smije sadržavati samo jedan kabel, ne smije biti posebnih odlaznih kabela na minus polu baterije kao niti na stezaljci SmartShunt-a. Takvi kabeli će ukazivati na postojanje uređaja koji ili pune ili prazne bateriju no njihova struja neće biti registrirana u SmartShunt-u (slika 10. donji red, lijevo)! Ispravan spoj svih mogućih punjača i trošila na bateriju opremljenu SmartShunt-om prikazan je na slici 10. donji red, desno.

Foto: Schrack Technik

Zaključak

U ovom nastavku smo podsjetili na važnost postojanja mjernog člana za nadzor stanja baterije i prikazali SmartShunt rješenje. SmartShunt će pratiti stanje jedne baterije, a preko pomoćnog ulaza može pratiti napon druge baterije ili napon međuspoja serijski povezanih baterija ili temperaturu baterije. Parametriranje uređaja i praćenje stanja baterije moguće je provesti preko pametnog telefona i Bluetooth sučelja, odnosno preko osobnog računala. Moguće je i spajanje na nadzorno računalo sustava serije GX pa onda preko njega i uključenje cijelog sustava pa i Smartshunt-a na besplatni on line Internet portal za udaljeno praćenje i nadzor. Moguće je i bežično povezivanje SmartShunt-a u trajnu mikromrežu kako bi uređaji razmjenjivali podatke.

U svakom slučaju ako nemate uređaj za nadzor baterija u baterijskom sustavu, ovo je uređaj koji će se garantirano isplatiti i u većini slučajeva ugradnja je moguća i manje vještim osobama. No zadržite odgovornost prema sigurnosti osoba koje koriste instalaciju i zato nakon razrade ideje, razmislite i procijenite ipak dobro svoje snage! Iako je riječ o jednostavnoj tehnologiji postoje tvrtke koje imaju potrebno iskustvo i izvest će ugradnju profesionalno. I vama i njima uvijek ćemo rado pomoći savjetom.

Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]