Pokretni sustav napajanja s LFP baterijama
Kroz prethodne članke opisano je opremanje nove brodice Šibenik 800 sustavom napajanja energije s LFP baterijom 400 Ah opće namjene. Prorađene su sve komponente sustava od njihovog teoretskog značenja i načela djelovanja u sustavu, do praktičnog spajanja i parametriranja. U ovom nastavku opisuje se rješenje koje na prvi pogled nema veze s brodicama. No nije teško zamisliti brodicu na kojoj je potrebno izvesti neki zahvat ili je jednostavno nadopuniti energijom iz izmjenične mreže, privezanu negdje gdje nema priključka energije s kopna, ali je blizu brodice cesta! Tada je rješenje energiju „donijeti“ u dostavnom vozilu! U ovom nastavku opisat će se opremanje dostavnog vozila izvorom energije s izmjeničnim naponom 230 V, 50 Hz.
Foto: Schrack Technik
Opis sustava
Sustav je opremljen s dvije LFP baterije 12,8 V, svaka po 200 Ah, slika 1. Između plus priključaka baterija i glavne DC sklopke smješteni su class T osigurači. Class T osigurači su izabrani jer imaju potrebnu prekidnu moć i mogu prekinuti struju kratkog spoja priključaka baterije. LFP baterija ima značajno manji unutarnji otpor pa kratki spoj na priključcima baterije može proizvesti i do 16 kA struje kratkog spoja. Uobičajeni rastalni osigurači za olovne baterije imaju prekidnu moć 4 do 6 kA. Ako bi se rastalni osigurači za olovne baterije primijenili za LFP baterije, tada bi pri kratkom spoju došlo do njihove eksplozije jer jednostavno ne mogu u sebi prekinuti tako veliku struju. Na negativni priključak baterija spaja se mjerni član nadzornika baterija Smart shunt. Preko njega prolazi sva struja koja ulazi i izlazi u bateriju. Smart shunt prati i napon startne baterije. Praćenjem njegovih podataka korisnik u svakom trenutku zna koliko mu je energije preostalo u bateriji.
Baterije su povezane s informacijskim kabelima s VE.Bus BMS uređajem (engl.battery maintenance system) dostavljajući mu informaciju o stanju napunjenosti ćelija i temperature u baterijama. Temeljem informacije o stanju ćelija u bateriji VE.Bus BMS će proizvesti signal za isključenje trošila ili punjača. Ako i jedna ćelija dosegne gornju alarmnu razinu prevelikog napona punjenja postavit će se signal za isključenje punjača (engl. charge disconnect), a ako i jedna ćelija uslijed prevelikog pražnjenja dosegne alarmnu razinu premalog napon postavit će se signal za isključenje trošila (engl. load disconnect). Tako se skupa LFP baterija štiti od prevelikog punjenja i predubokog pražnjenja jer bi je oba ova stanja mogla nepovratno uništiti već i pri samo jednom takvom događaju. Signali za isključenje trošila i punjača spajaju se na trošila i punjače. Jedina trošila koja su stalno spojena na bateriju su VE. Bus BMS uređaj, nadzorno računalo Cerbo GX i GX modem. VE.Bus BMS mora biri spojen na bateriju stalno jer tek ako ima energiju se može brinuti o zaštiti baterije. Nadzorno računalo Cerbo GX i GX modem je također važno da imaju stalno napajanje koje ne kontrolira VE.Bus BMS jer oni omogućavaju daljinski nadzor sustava. Ako bi se nadzorno računalo Cerbo GX i GX modem spojili preko neke sklopke koju može isključiti VE.Bus BMS po alarmnom događaju predubokog praženjenja, tada bi oba uređaja bila isključena i izgubio bi se daljinski uvid u sustav. Ako se dogodi alarm predubokog pražnjenja, tada je u baterijama još svega nekoliko Ah energije i ako se ovo stanje ne primijeti daljinski, tada će VE.Bus BMS, Cerbo GX i GX modem sami (bez ostalih trošila) uništiti bateriju kroz cca 1 tjedan rada. Dakle upravo toliko se ima vremena primijetiti da je sustav, bez obzira na razlog, previše ispražnjen i da je baterija u velikom riziku samouništenja. U konkretnom slučaju punjač/trošilo je i dvosmjerni pretvarač. Dvosmjerni pretvarač dobiva signal isključenja trošila i punjača preko VE. Bus sabirnice na koju su spojeni i VE.Bus BMS nadzornik i dvosmjerni pretvarač.
Glavna sklopka u pozitivnom polu i smart shunt u negativnom polu spojeni su u Lynx power in modul. Taj modul je kompaktno izvedena 1000 A pozitivna i negativna sabirnica. U njega se mogu ugraditi rastalni osigurači trošila i punjača. Iz Lynx power in modula izvode se kabeli preko servisnih sklopki za dvosmjerni pretvarač i DC trošila. DC trošila se nakon servisne ručne sklopke spajaju preko elektroničke „battery protect, BP“ sklopke. Ova elektronička sklopka je upravljana signalom isključenja trošila iz VE.Bus BMS-a.
Na bateriju je spojen i VE.Bus Smart dongle uređaj koji omogućava pregled stanja dvosmjernog pretvarača i preko pametnog telefona preko Bluetooth veze.
Foto: Schrack Technik
U dostavnom vozilu je prisutan poseban 24 V, 100 A alternator koji spojen preko DC/DC Orion Smart pretvarača na Lynx Power in modul, tj. na LFP bateriju, slika 2. Kako LFP baterija ima izuzetno mali unutarnji otpor to bi izravan spoj alternatora na bateriju preopteretio alternator i on bi se vrlo brzo uništio. DC/DC pretvarač Orion Smart osim što prilagođava napon s 24 na 12 V dodatno ograničava i struju punjenja LFP baterije. Ograničenjem struje punjenja LFP baterije ograničena je i struja opterećenja alternatora, dakle osigurana je njegova očekivana dugovječnost. I ulazni i izlazni strujni krug DC/DC pretvarača spajaju se preko zaštitnih prekidača. DC/DC pretvarač Orion Smart upravljan je preko signala isključenja punjača (charge disconnect) iz VE.BUS BMS nadzornika. DC/DC pretvarač Orion Smart se blokira u slučaju da je i jedna ćelija u LFP bateriji prepunjena. DC/DC pretvarač Orion smart dopunjava baterije samo dok je motor uključen, dakle u vožnji do mjesta intervencije. No motor može biti uključen i za vrijeme intervencije pa se i za vrijeme korištenja energije iz sustava energija dopunjava pretvaranjem iz mehaničke energije vrtnje alternatora u električnu koja se usmjerava prema LFP bateriji. Za primijetiti je da ovaj sustav nema niti fotonaponske module niti odgovarajući regulator punjenja za fotonaponske module, no s iskustvima prošlih članaka, ne bi trebao biti problem dopuniti ovakav sustav FN modulima i odgovarajućim regulatorom punjenja.
Foto: Schrack Technik
Jezgra ovog sustava je dvosmjerni pretvarač Multiplus II 3000, slika 3. Dvosmjerni pretvarač snage 3000 VA osigurava punjenje LFP baterija dok je dostavno vozilo u dohvatu javne izmjenične mreže. U tu svrhu na vozilu je montiran 16 A priključak. Iza priključka je spojen kombinirani zaštitni prekidač (zaštitni prekidač i RCD sklopka). Jedna utičnica u vozilu spojena je preko zaštitnog prekidača s priključkom mreže. Zaštitni prekidač izveden je dvopolno iz razloga da se ne mora voditi računa koji je aktivni (linijski), a koji je neutralni vodič. Tako je spojen i dvosmjerni pretvarač. Izmjenični izlaz iz dvosmjernog pretvarača spojen je na kombinirani zaštitni prekidač (zaštitni prekidač i RCD sklopka). Ova utičnica aktivna je kad je vozilo odspojeno od javne mreže, ali i kada je vozilo spojeno na javnu mrežu. Dvosmjerni pretvarač ima u sebi transfer sklopku kojom pri spoju s mrežom izravno spaja svoj ulaz i izlaz. Dvosmjerni pretvarač priključuje se kabelima 2 x 50 mm2 na Lynx Power in modul.
Foto: Schrack Technik
Informacijski spoj prikazan je na slici 4. Nadzorno računalo komunicira s VE.direct sabirnicom sa Smart Shunt-om. VE.Bus sabirnica spaja VE.Bus Smart dongle s nadzornim računalom Cerbo GX, dvosmjernim pretvaračem Multiplus II 3000 i VE.Bus BMS nadzornikom. GX modem spojen je s USB kabelom na nadzorno računalo Cerbo GX. Za lokalni uvid u varijable sustava koristi se zaslon osjetljiv na dodir GXtouch 50 koji se spaja preko HDMI priključka i jednog USB priključka. Na Cerbo GX izravno se priključuju četiri osjetnika temperature kojima se mjeri temperatura na raznim mjestima u sustavu. Osjetnici su bespotencijalni, tj priključuje ih se preko stopice, a stopica je galvanski izolirana od vodiča osjetnika. Orion Smart DC/DC pretvarač nema izravan spoj s nadzornim računalom, kao niti battery protect sklopka i njihov se rad ne može daljinski nadzirati. No pri puštanju u pogon Orion Smart DC/DC pretvarač i battery protect sklopka kao i Smart Shunt, VE.Bus Smart dongle (za dvosmjerni pretvarač) i sama LFP baterija, svi se oni dohvaćaju preko pametnog telefona i aplikacije Victronconnect. Ponajprije se osvježi firmware na posljednju dostupnu verziju, a onda se postavi nekoliko bitnih parametara za svaki uređaj.
Foto: Schrack Technik
Smještaj komponenata
Sve komponente sustava smještene su u transportnom dijelu dostavnog vozila u dva mala zasebna kućišta-ormarića, slika 5. Pogledi u unutrašnjost kućišta-ormarića su također na slici 5.
Foto: Schrack Technik
Glavna sklopka, servisna sklopka dvosmjernog pretvarača i servisna sklopka DC trošila smještene su na bočnoj strani ormarića tako da su dohvatni za rukovanje, slika 6. Dvosmjerni pretvarač je pričvršćen zbog boljeg hlađenja na vanjsku bočnu stranu ormarića. Unutrašnjost ormarića se može hladiti u radu laganim podizanjem „rolo“ vrata (ne skroz kao na slici) i otvaranjem ladice. Iako su svi naponi unutar ormarića bezopasni za dodir ipak se ovakvom zaštitom dodatno sprečava i moguće iskrenje unošenjem vodljivog stranog predmeta u prostor ormarića i slučajnim spajanjem opreme, a istovremeno se omogućava nesmetano hlađenje opreme.
Foto: Schrack Technik
Na slikama 7. i 8. je za uočiti moćne baterijske kabele (95 mm2) za koji se koristi izuzetno podatni savitljivi kabel za zavarivanje. Bez primjene ovog kabela izvedba lukova i spojeva u ovom malom prostoru bi bila znatno otežana.
Slika 9. prikazuje zaslon osjetljiv na dodir GX touch 50 preko kojega se lokalno prati rad sustava. Na istoj slici je i prikaz zaslona s VRM portala (Victron remote management) udaljenog računala. Na VRM portalu se besplatno arhiviraju i prikazuju podaci prikupljeni u realnom vremenu iz svih uređaja kroz 6 mjeseci. Preko spremljenih podataka vrlo lako je moguće pratiti sustav u realnom vremenu, kao i pratiti što se sa sustavom događalo prije nekog ispada ili događaja. Praćenjem podataka na VRM portalu može se prepoznati mogućnosti optimiranja sustava, ali i dobiti izravne poruke o stanju i događajima u sustavu preko elektroničke pošte. Instalacija se prijavljuje na korisnički račun pri VRM portalu, a pravo pristupa i promjena je moguće podijeliti, primjerice s korisnikom ili investitorom.
Foto: Schrack Technik
Foto: Schrack Technik
Foto: Schrack Technik
Zaključak
Prikazana je instalacija sustava koji omogućuje „prijevoz“ energije dostavnim vozilom. Svugdje gdje može doći vozilo, tamo može doći i energija. Jedna primjena može biti pri servisu brodica u slučaju da u blizini nema dohvatne javne mreže. Tako se ne moraju izgrađivati olovne baterije, već se olovne baterije u brodici mogu napuniti energijom iz dostavnog vozila. Ili ako stane električno vozilo negdje gdje nema punionice. Servisno vozilo dođe i „pretoči“ energiju. Punjenje LFP baterije prije intervencije događa se iz javne mreže, no sustav se nadopunjuje pri radu motora vozila, bilo u vožnji, bilo pri stajanju vozila. Sustav je moguće oplemeniti i s fotonaponskim modulima. U ovom članku nismo opisali parametriranje i programiranje komponenata jer smo to učinili već u više navrata.
Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]
