Zbog iznimno malog vlastitog otpora LFP baterije struja kratkog spoja blizu stezaljki baterije može dosegnuti i 15 kA. Za isključenje struje osigurač mora imati prekidnu moć veću od najveće očekivane struje kratkog spoja. Odgovarajući rastalni osigurač koji može prekinuti istosmjernu struju kratkog spoja LFP baterije je tipa Class-T. Do sada smo te osigurače montirali u posebne držače. Tek novi distribucijski modul Lynx class-T Power in omogućava elegantno uključenje Class-T osigurača u istosmjernu instalaciju!
Foto: Schrack Technik
Modularni sabirnički sustav Lynx za primjenu s olovnim baterijama
Modularni sabirnički sustav Lynx osmišljen je za spajanje baterija i istosmjerne opreme, primjerice punjača, izmjenjivača, dvosmjernih pretvarača i DC/DC pretvarača, slika 1. Kako su naponi baterijskih sustava mali, (12 do 48 V u našem slučaju) struje su u sustavu velike pa spojni kabeli, a onda i sabirnice za razvod električne energije moraju imati veliki presjek! Lynx sustav osigurava da se baterijski kabeli ili kabeli trošila mogu međusobno spojiti preko zajedničke sabirnice, bilo izravno bilo preko rastalnih osigurača. Iako se radi o malim naponima koji nisu opasni po život u slučaju dodira, Lynx vrlo kompaktno približava i zatvara sabirnice, sprečavajući slučajni dodir ili kratki spoj među njima.
Sastoji se od:
- Lynx power In – sabirnica za izravan kabelski priključak
- Lynx distributor – sabirnica za kabelski priključak s rastalnim osiguračima
- Lynx shunt VE.Can – vezni član s mjernim članom i zbirnim glavnim baterijskim osiguračem.
Foto: Schrack Technik
Lynx power in se najčešće upotrebljava za izravan spoj baterijskih kabela u sustav. Prema tvorničkoj izvedbi se svi osigurači priključuju izvana, slika 2. Omogućava spajanje četiri sabirnička priključka. U istom kućištu je i plus i minus sabirnica. Kabeli se priključuju stopicama. Postoje dvije izvedbe i to s M8 ili M10 vijcima (oprez pri narudžbi). Uvodi kabela u kućište dozvoljavaju vanjski promjer kabela od 22 mm. Istaci sa strane služe za međusobno povezivanje nekoliko jedinica u seriju čime se povećava broj sabirničkih priključaka. Istaci za međusobno spajanje modula također su izvedeni provrtima za M8 ili M10 vijke (oprez pri narudžbi). Sabirnica je za struje do 1000 A DC. Uz malo sam svoj majstor dorade može se u Lynx Power in modul ugraditi rastalne osigurače kao i u Lynx Distributor modul, čime sustav postaje još kompaktniji.
Foto: Schrack Technik
Foto: Schrack Technik
Lynx distributor jedinica također ima plus i minus sabirnicu do 1000 A s četiri kabelska priključka. Lynx distributor jedinica, za razliku od Lynx power in, tvornički omogućava postavljenje rastalnog osigurača u kabelski priključak plus sabirnice. Tu je i opcija pokazivanja stanja ispravnosti svakog osigurača. Ako je osigurač pregorio, LED indikator prelazi iz zelenog u crveno svjetlo. No ako se želi koristiti opcija pokazivanja LED-om tada je Lynx distributor potrebno spojiti s Lynx shunt modulom. Lynx shunt osigurava potreban izvor koji od širokog raspona ulaznog napona baterija (8 do 70 V DC) stvara potrebnih 5 V DC za napajanje elektronike u Lynx distributor jedinici. Pri isporuci Lynx distributor modula dobiva se RJ11 kratki kabeli za spoj Lynx distributor i Lynx shunt jedinice. Na Lynx shuntu su dva takva R11 priključka i mogu se koristiti oba. To znači da Lynx shunt može napajati odjednom dva Lynx distributora (postavljenih lijevo i desno od Lynx Shunt VE.Can modula). Ako je sabirnica pod naponom svijetli centralni zeleni LED „Power“, a pojedini LED pokazivači pokazuju status pripadnog osigurača. Ako pojedini plus priključak sa sabirnice ne koristite jer jednostavno nemate na njega ništa spojeno, a smeta vas crveni pokazivač koji pokazuje da nema spoja na tom mjestu jer nema osigurača, tada ubacite bilo kakav osigurač tek da LED pokazivač svijetli zeleno, a ne crveno! Tu koristite MEGA osigurače, vodite računa da osigurači budu 58/64 V nazivno ako koristite 48 V baterije! Neki MEGA osigurači su samo do 36 V što je pak dovoljno samo za 24 V baterije (oprez!). Preko R11 kabela Lynx shunt VE.Can prima i stanje osigurača iz Lynx distributor modula i šalje ga nadzornom računalu, primjerice Cerbo GX, preko VE.Can sabirnice. Tako se daljinski preko nadzornog računala može pratiti stanje svih osigurača u Lynx Distributor modulu!
Lynx shunt VE.Can jedinica je nastavak DC sabirnice gdje su spojeni baterijski kabeli prema sabirnici s punjačima i trošilima. U plus sabirnicu je u modulu uključen osigurač CNN 325 A / 80 V za prekidanje ukupne struje baterijske banke. U minus sabirnici je uključen mjerni otpornik za mjerenje struje do 1000 A i elektronički sklop za obradu signala s mjernog otpornika. Podatke o struji i naponu baterije Lynx shunt VE.Can jedinica preko VE.Can sučelja predaje nadzornom računalu, primjerice Cerbo GX.
Primjer spoja Lynx sustava s olovnim baterijama
Lynx power in modul (dorađen za spoj baterijskih grana preko rastalnih osigurača) može se spojiti s Lynx shunt VE.Can modul i dalje na Lynx distributor modul gdje se spajaju punjači i trošila, slika 4. U ovoj kombinaciji mogu se nadzirati samo osigurači iz Lynx distributor modula! Može netko posumnjati da li treba stavljati osigurače u baterijske grane dakle od pojedine baterije do istosmjerne sabirnice. No ako dođe do kvara na kabelu između jedne baterije i sabirnice u nekoj grani ta baterija će se svojim osiguračem (ako je ugrađen) sama isključiti iz spoja. Ako pak nema rastalnog osigurača u svakoj paralelnoj baterijskoj grani tada će dvije ili više paralelnih baterija, koje preko sabirnice „hrane“ mjesto kratkog spoja strujom, sigurno preopteretiti već neispravan kabel i dodatno pojačati kvar i izazvati vatru i možda uništiti ostale baterije!!!! Stoga svaka baterijska grana mora imati svoj osigurač. To znači ako ne znate adaptirati sami Lynx power in za prihvat rastalnih osigurača, primijenite Lynx Power distributor modul i za spoj baterija u sustav jer Lynx Power distributor modul ima sve za prihvat i nadzor rastalnih osigurača.
Foto: Schrack Technik
Modularni sabirnički sustav Lynx za primjenu s LFP baterijama
Za primjenu LFP baterija postoje dva sabirnička Lynx modula:
- Lynx smart BMS – sabirnica s nadzornikom LFP baterija
- Lynx Class-T Power in – sabirnica za kabelski priključak preko Class-T osigurača
Nadzornik LFP baterija Lynx smart BMS
LFP baterija sastoji se od serijski spojenih ćelija. U 12 V bateriji serijski su spojene 4 ćelije. Posebnost LFP baterije je njezina iznimna dugotrajnost. Može se prazniti gotovo do nule dvije do četiri tisuće puta. No ne smije se niti jedanput prekoračiti minimalno ili maksimalno dozvoljeno stanje napunjenosti bilo koje ćelije. Ako samo jedna ćelija u bateriji bude samo jednom previše ispražnjena ili previše napunjena, najvjerojatnije će biti nepovratno uništena, a s njome tako i skupa baterija. Do sada je opisano ukupno šest nadzornika LFP baterija: Small BMS, Smart BMS CL 12/100, BMS 12/200, VE.Bus BMS, VE.Bus BMS V2 i Lynx smart BMS. Svim ovim nadzornicima je zajedničko praćenje stanja ćelija u LFP bateriji prema kojem mogu proizvesti signale za isključivanje punjača ili trošila. Signal za isključenje je ili beznaponski relejni kontakt ili naponska razina izlaza ili poruka preko informacijske sabirnice. Neki od njih imaju u sebi ugrađene poluvodičke ventile ili mehanički relej/sklopnik u funkciji zaštitnog isključenja baterije. To je posljednja linija obrane jer se najprije pokušava isključiti trošila ili punjače upravljačkim signalima nadzornika baterije prema tim uređajima. Ako to iz nekog razloga to ne djeluje, poluvodička ili mehanička sklopa unutar nadzornika baterije zaštitno isključuje bateriju.
Za Lynx sabirnički sustav predviđen je nadzornik baterija Lynx smart BMS. Nadzornik LFP baterija Lynx smart BMS u izvedbi sabirničkih priključaka M8 ima u sebi ugrađen sklopnik za struje do 500 A, slika 5. Postoji i izvedba s 1000 A sklopnikom s M10 priključcima.
Foto: Schrack Technik
Prilikom prvog priključenja na bateriju Lynx smart BMS će sam prepoznati napon 12, 24 ili 48 V. Lynx smart BMS upravlja sustavom stvarajući signale za uključenje/isključenje trošila i punjača, a tek ako ti signali ne „odrade posao“ tada će isključenje za zaštitu baterije odraditi u Lynx smart BMS-u ugrađeni sklopnik. Pri uključenju baterije unutar Lynx smart BMS-a djeluje otpornik za ograničenje struje nabijanja kondenzatora priključenih uređaja, a prije uključenja sklopnika. To značajno smanjuje električna kratkotrajna opterećenja sklopnika i poluvodičkih ventila u priključenim uređajima. U negativnu sabirnicu u Lynx smart BMS-u ugrađen je i mjerni otpornik za mjerenje struje baterije (jednaki kao u Lynx Shunt VE.Can modulu). Tako se može pratiti trenutačno stanje napunjenosti, cikluse rada, sinkronizaciju stanja napunjenosti 100% i sl. Prateći struju kroz 5 minutne intervale Lynx Smart BMS će zaključiti i o preopterećenju, tj struji većoj od 500 A i ovisno o smjeru struje će isključiti trošila ili punjače svojim upravljačkim signalima. Lynx smart BMS spaja se na baterije komunikacijskim kabelima, slika 6.
Foto: Schrack Technik
Važno je da su sve baterije uključene u komunikacijski krug kako bi nepravilnost u samo jednoj ćeliji jedne baterije bila primijećena na nadzorniku. Može biti spojeno do 20 baterija u komunikacijski krug. Nadzornik ne zna od koje ćelije i iz koje baterije je došla opasna razina napona/temperature, no za akciju prema punjačima ili trošilima dovoljno je da je alarmantno stanje primijećeno. Čim stanje bude ponovno ispravno, upravljački signali nadzornika omogućuju rad trošila ili punjača. Lynx smart BMS spaja se na modul Lynx distributor komunikacijskim kabelom s RJ 10 konektorima. Njime se prenose informacije iz Lynx distributor modula prema nadzorniku Lynx smart BMS. Prikupljene informacije u Lynx smart BMS-u o stanju osigurača, stanju baterije prema mjerenju napona i struje prosljeđuju se preko VE.Can informacijske sabirnice nadređenom računalu, primjerice Cerbo GX-u. Preko ove komunikacije moguće je i daljinski nadzirati sustav. Preko VictronConnect aplikacije na pametnom telefonu i ugrađenog Bluetooth sučelja u Lynx smart BMS-u prilikom puštanja u pogon moguće je parametriranje Lynx smart BMS modula. Namjerno se ne opisuju moguća podešenja parametara jer ovo je „poglavlje gdje se ne prepisuje“ već treba pročitati upute i ipak pogledati prethodne članke serijala o LFP baterijama.
Lynx Class-T Power in modul
Struja kratkog spoja u baterijskoj instalaciji najveća je ako se kratko spoje priključci baterije ili ako dođe do kratkog spoja baterijskih kabela blizu baterije ili primjerice u prvoj razvodnoj kutiji. Ako se zamisli da je baterija idealan naponski izvor, struja kratkog spoja na priključcima baterije bila bi beskonačno velika. No sve baterije imaju unutarnji otpor i on određuje najveću moguću struju kratkog spoja baterije. Već nešto dalje od baterije u instalaciji, struju kratkog spoja će dodatno ograničavati i otpor kabela instalacije. Ako se računa samo unutarnji otpor baterije kao glavno trošilo idealnog naponskog izvora pri kratkom spoju, tada će na sobnoj temperaturi primjerice VRLA AGM olovna 12 V baterija uz unutarnji otpor 3 mΩ imati struju kratkog spoja 4100 A, a VRLA GEL olovne 12 V baterije uz unutarnji otpor 7,2 mΩ imati struju kratkog spoja 1750 A. LFP baterija ima značajno manji unutarnji otpor pa će tako računata struja kratkog spoja dosegnuti i 10 do 15 kA. Što se događa ako kroz osigurače iz olovnih baterijskih sustava prođe 15 kA struje kratkog spoja LFP baterije? Osigurač će jednostavno eksplodirati! To je zadnje što želite jer se ta eksplozija uz iskrenje može pretvoriti u požar u instalaciji. Rastalni osigurači tipa MEGA ili ANL mogu bez eksplozije prekinuti struje kratkog spoja olovnih baterija reda veličine oko 4 kA. Za LFP baterije moramo imati drugačije rastalne osigurače, tj. osigurače koji neće eksplodirati pri struji kratkog spoja i do 15 kA. Zato se mora poznavati podatak o prekidnoj moći osigurača! To je maksimalna struja kratkog spoja koju osigurač može prekinuti, a da ne eksplodira. Za istosmjernu struju postoje rastalni osigurači tipa Class-T s visokom prekidnom moći od 20 kA pa sve do 100 kA. Ovi osigurači koriste se u auto industriji za baterije elektroautomobila i već kroz to jasno je kako odgovaraju i za primjenu LFP baterija na plovilu. Stoga što prekidaju veću struju, a bez da se raspadnu u eksploziji, Class-T osigurači su i mehanički veći i ne mogu stati u Lynx distributor modul ili u običan Lynx Power in modul! U praksi se ugrađuju pojedinačni nosači osigurača, slika 7. No takvim rješenjem gubi se kompaktnost Lynx sustava.
Foto: Schrack Technik
Stoga je razvijen Lynx Class-T Power in modul, slika 8. Odmah se primjećuje da modul može prihvatiti samo 2 Class-T osigurača. Kućište modula izvedeno je da toplina koja se stvara u osiguračima za vrijeme protoka struje može lako prijeći u okolinu. Class-T rastalni osigurači velike struje (225, 250, 300, 350 i 400 A) se moraju hladiti strujanjem okolnog zraka jer će u suprotnim izbacivati na manjim strujama od nazivnih zbog povišene temperature okoline koju stvaraju gubici snage pri protoku struje! Modul je izveden u izvedbi M10, dakle provrti i vijci su M10. Mehanički to zahtijeva da i ostatak Lynx sustava bude u izvedbi M10. (Oprez neke jedinice Lynx sustava izvode se i u M10 i M8 izvedbama. M8 jedinice nisu kompatibilne s Lynx Class-T Power in modulom izvedenim u M10 izvedbi).
Foto: Schrack Technik
Mehanički se Lynx moduli spajaju tako da je ulaz baterije lijevo od Lynx smart BMS-a, a trošila i punjači desno. To je zato da napon mjeren na mjernom članu struje u obaveznom Lynx smart BMS-u ima očekivani polaritet za struju koja ulazi ili izlazi iz baterije. Svi moduli moraju biti u izvedbi M10. Može se spojiti i više Lynx Class-T Power in modula zajedno (primjerice za 4 baterijske grane treba 2 modula), ali se ne smije prekoračiti 1000 A na sabirnici! Pri pritezanju matica vijaka pri mehaničkom spajanju modula steže se s ne više od 33 Nm. Vodi se i računa da se ne zaborave pravilno postaviti i podložne pločice i perne osigurače na spoju modula, slika 9.
Foto: Schrack Technik
Električki se kabeli spajaju u modul preko kabelskih stopica M10. Pripazite da se iste pravilno okrenu i da se primjene i podložne pločice i perni osigurači uz 33 Nm priteznog momenta, slika 10. Kabeli mogu biti do 120 mm2. Prilikom montaže Class-T osigurača pripaziti da se osigurači pravilno okrenu jer mehanički nisu simetrični i mogu se ubaciti samo na jedan način! Ako je potrebno uzemljiti negativnu sabirnicu, tu je i poseban priključak za to. Ako se izvodi uzemljenje negativnog priključka baterije to se smije napraviti samo na jednom jedinom mjestu kako bi sva struja prema bateriji prolazila kroz mjerni član u Lynx Smart BMS-u! Kako bi se dohvatili negativni priključci moraju se nakratko podignuti kabelski odjeljivači. Prilikom spajanja pozitivnih priključaka u modul, svakako odspojite dotične baterijske kabele kako bi se izbjegli kratki spojevi jer se radi u uskom prostoru modula. Tek kad je modul ožičen, tek tad spajajte oprezno bateriju po bateriju. I tu valja biti oprezan, ako baterije imaju imalo različit napon, pri paralelnom spajanju iskra je neizbježna. Zato može poslužiti jedna privremena sklopka kada spajate paralelne baterije koja će ipak svako iskrenje odraditi u sebi. Kad su baterije izjednačene naponom, isklopite privremenu sklopku pa spojite izravno baterijski kabel na bateriju. I tako redom sa svim paralelnim baterijama.
Pri spajanju dodatno provjerite:
- polaritet kabela tj na koji priključak baterije treba ići taj kabel ili je već jedan kraj spojen
- da je kabel po projektu odgovarajućeg presjeka
- da su sve stopice pravilno uprešane s dva štambilja
- da su svi spojevi pravilno dotegnuti – do 33 Nm.
Foto: Schrack Technik
Primjer spoja Lynx sustava s LFP baterijama
Na slici 11. je primjer jednostavnog spoja LFP baterije s ugrađenim BMS-om gdje se vidi kako se Lynx moduli u izvedbi M10 spajaju zajedno. Na slici 12. je primjer nešto složenijeg sustava koji ima dvije paralelno spojene LFP baterije koje ulaze u sustav preko jednog Lynx Class-T Power in modula. Sklopnik u Lynx smart BMS-u osigurava glavni isklop baterije. Lynx distributor razvodi energiju prema punjačima i trošilima. Cijeli sustav se može daljinski nadzirati preko Cerbo GX računala.
Foto: Schrack Technik
Zaključak
Predstavljene su komponente Lynx sabirničkog sustava za olovne i LFP baterije.
Zbog iznimno malog vlastitog otpora LFP baterije struja kratkog spoja blizu stezaljki baterije može dosegnuti i 15 kA. Za isključenje struje osigurač mora imati prekidnu moć veću od najveće očekivane struje kratkog spoja. Uobičajeni rastalni osigurači (MEGA ili ANL tip) za olovne baterije nemaju dovoljnu prekidnu moć i redovito će eksplodirati pri kratkom spoju što će sigurno izazvati iskrenje, a možda i požar. Odgovarajući rastalni osigurač koji može prekinuti istosmjernu struju kratkog spoja LFP baterije je tipa Class-T. Do sada smo te osigurače montirali u posebne držače što je instalaciju pretvaralo u „ikebanu“. Tek novo razvijeni sabirnički modul Lynx class-T Power in omogućava elegantno uključenje Class-T osigurača u istosmjernu instalaciju!
Komponente Lynx sustava iako izgledaju jednostavno, ipak su opasne jer nestručnom primjenom mogu ugroziti sigurnost korisnika instalacije i izazvati požar. I ovaj puta ograničili samo se na prenošenje osnovne ideje i tek uvod u funkcije komponenata. Znatiželjni će se kao i obično javiti ili sami proučiti originalne upute proizvođača. Ovaj članak nikako ne zamjenjuje originalne upute uz uređaje, kao ni činjenicu da je projektiranje i izvedbu električnih instalacija potrebno povjeriti ovlaštenim i osposobljenom projektantima i izvođačima! Oprez! To što kroz članak razumijete više nego prije ne čini vas niti osposobljenim niti ovlaštenim, već samo sada možete sigurnije razgovarati s projektantom i izvođačem vaše instalacije.
Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]
