Zaštita baterija poluvodičkom sklopkom Smart battery protect

Baterija je među skupljim komponentama električnog sustava na brodicama pa je logično promisliti kako je što bolje zaštititi, tj. dopustiti joj rad samo u predviđenom području. Tako će ona moći primiti i dati očekivanu količinu energije u svom životnom vijeku. Nadzornike baterije koji mjere struju, napon, temperaturu i daju informaciju o stanju napunjenosti baterije već smo opisivali, primjerice BMV 712 Smart battery monitor i SmartShunt.

Foto: Schrack Technik

U ovom nastavku približit ćemo primjenu poluvodičke sklopke Smart BatteryProtect, (SBP sklopka), slika 1. SBP sklopka isključuje skupinu istosmjernih trošila od baterije prije nego što se baterija preduboko isprazni. Preduboko pražnjenje, možda nebitnim trošilima bi moglo oštetiti bateriju ili onemogućiti pokretanje nekog bitnog elektromotora na brodici, primjerice bočnog potisnika ili motora sidrenog vitla. SBP sklopka je primjenjiva i za isključivanje punjača koji nemaju drugi način zaustavljanja punjenja jer i prepunjavanje baterije također može rezultirati uništenjem baterije. Ovo vrijedi i za olovne i za litijske baterije.

Foto: Schrack Technik

Osnovni spoj SBP sklopke

SBP sklopka isporučuje se sa žičanim mostićem između L i H stezaljki na dijelu upravljačkog, raspojivog konektora označenog natpisom Remote. Ako se žičani mostić ukloni, SBP sklopka isključuje trošila nakon 90 sekundi, slika 2. Ako je mostić između stezaljki L i H spojen, a napon baterije padne ispod programirane vrijednosti za isključivanje zbog niskog napona, SBP sklopka isključuje trošila nakon 90 sekundi. Potrošnja SBP sklopke u isključenom stanju je zanemariva, manja je od 1 mA.

SBP sklopka se ugrađuje na dobro ventiliranom mjestu, poželjno je da bude blizu baterije (do 50 cm, ali zbog mogućih korozivnih plinova, ne iznad baterije). Pravilno dimenzionirani osigurač mora biti spojen u kabel između baterije i IN priključka SBP sklopke. Presjeci kabela moraju odgovarati struji. Koristite priloženi 1,5 mm² kabel za spajanje GND stezaljke SBP sklopke koji treba biti izravno spojen na negativni priključak baterije i štićen osiguračem od 300 mA. Raspored stezaljki SBP sklopke ispisan je ili na prednjem dijelu ili na strani kućišta. Nemojte spajati izlaz (OUT priključak) sve dok SBP sklopka nije potpuno programirana.

Foto: Schrack Technik

Upravljanje SBP sklopkom

Ako se spoji upravljačka sklopka između pozitivnog pola baterije i H stezaljke njome se može daljinski upravljati sklapanjem SBP sklopke, slika 3 lijevo. Ako se upravljačka sklopka isključi, H stezaljka postaje niske naponske razine i trošila se isključuju nakon 90 sekundi. Ako se upravljačka sklopka ponovno uključi, H ulaz postaje visoke naponske razine, a trošila se uključuju s odgodom od 30 sekundi. Ovo isto vrijedi i za spajanje upravljačke sklopke između negativnog pola baterije i L stezaljke.

Upravljačka sklopka može djelovati na uključenje i isključenje SBP sklopke ako se spoji umjesto žičanog mostića između stezaljki L i H, slika 3 desno.

Foto: Schrack Technik

SBP sklopka s litijskim baterijama

SBP sklopka može se rabiti i u sustavu s litijskom baterijom s posebnim sklopom za nadzor litijskih baterija (engl. battery management system, BMS), slika 4. Lynx Smart BMS u ovom primjeru ima upravljačke izlaze označene s ATD (dozvoljeno pražnjenje, engl. allow to discharge) i ATC (dozvoljeno punjenje. engl. allow to charge). ATD i ATC upravljački izlazi su beznaponski kontakti i stoga se ATD stezaljke izravno spajaju na L i H stezaljku i tako BMS upravlja uključenjem i isključenjem SBP sklopke. Za rad s litijskim baterijama SBP sklopka mora biti programirana na Li-ion način rada (C način rada). Ako BMS otvori kontakte ATD u slučaju niskog napona neke litijske baterijske ćelije, SBP sklopka će trenutačno i bez odgode isključiti trošila od baterije. SBP sklopka će ostati isključena 30 sekundi, čak i ako se ATD kontakt BMS-a zatvori unutar tog razdoblja. Nakon tih 30 sekundi, ako se ATD kontakt zatvorio, SBP odmah reagira i spaja trošila s baterijom. Pragovi za napon ispod kojeg se isključuje SBP sklopka i alarmni izlaz SBP sklopke su neaktivni u načinu rada s litijskom baterijom. U ovom načinu rada SBP sklopka jednostavno prati stanje ATD kontakta BMS-a!

Ako se radi s litijskom baterijom s internim BMS-om (tzv. drop-in litijske baterije, litijske baterije samo s plus i minus priključkom), koja nema izlaz za kontrolu trošila ili punjača, SBP sklopka mora biti programirana za način rada A ili B. Način rada C nije primjenjiv u slučaju primjene drop-in litijske baterije.

Foto: Schrack Technik

Ako je BMS izveden tako da niskom naponskom razinom signala isključuje trošila (Load disconnect signal) ili isključuje punjače (Charge disconnect signal), tada je moguće signal za isključenje trošila BMS-a spojiti izravno na SBP sklopku stezaljku H, slika 5. Ovo je tipičan primjer spoja SBP sklopke s vanjskim smallBMS-om. Kao u prethodnom primjeru, potrebno je programirati SBP sklopku u Li-ion način rada (C način rada).

Ako smallBMS aktivira Load disconect signal zbog niskog napona neke ćelije (signal postaje slobodno plivajući, a stezaljka H je pritegnuta na niskoj naponskoj razini), SBP sklopka će isključiti trošila i ostati isključena najmanje 30 sekundi. Čak i ako unutar tog razdoblja od 30 sekundi SBP sklopka primi signal za ponovno uključenje (stezaljka H postaje ponovo visoka) SBP će uključiti tek nakon 30 sekundi od isključenja. Ovih 30 sekundi zatega do uključenja, a po isključenju, je bitno za sprečavanje osciliranja uključenja i isključenja SBP sklopke.

Foto: Schrack Technik

SBP sklopka za spoj i trošila i punjača

SBP sklopka može upravljati strujom samo u jednom smjeru, bilo prema trošilima, bilo prema punjaču, ali ne u oba smjera istovremeno. Struja može teći samo od IN terminala prema OUT terminalu! Ako se želi u jednom sustavu istovremeno upravljati punjačima i trošilima, tada je nužno imati više SBP sklopki, slika 6. Ako BMS signalizira napon ispod dopuštenog na nekoj ćeliji, SBP sklopka prema trošilima isključit će trošila s baterije kako bi zaštitila bateriju od daljnjeg pražnjenja. Ako BMS signalizira prenapon neke ćelije ili prenisku temperaturu pri punjenju litijske baterije, SBP sklopka će odmah isključiti punjač od baterije. Još jednom: obratite uvijek pažnju na ispravno spajanje SBP sklopke: uvijek slijedite smjer struje od IN prema OUT. Tako primjerice pozitivni priključak punjača ide na IN ulaz SBP sklopke.

Foto: Schrack Technik

Alarmni izlaz SBP sklopke

Alarmni izlaz može se spojiti primjerice na LED, relej ili zujalicu, slika 7. SBP sklopka mora biti programirana u odgovarajući način rada zbog specifičnosti djelovanja LED-a, releja ili zujalice. LED, zujalica ili relej moraju odgovarati naponu sustava, tj. baterije koja se štiti! Zujalica, LED ili relej mogu se povezati između stezaljke izlaza za alarm i pozitivnog priključka baterije. Najveća dozvoljena struja na izlazu za alarm je 50 mA. Izlaz je otporan na kratki spoj.

Tri načina rada SBP sklopke

SBP sklopka ima tri načina rada, A, B i C. Načini A i B utječu na ponašanje alarmnog izlaza SBP sklopke. Način C, Li-ion način rada, ne utječe na alarmni izlaz SBP sklopke.

– Ponašanje u načinu A (zujalica ili LED):

U slučaju niskog napona baterije, ustaljeni alarm započinje nakon 12 sekundi. SBP sklopka će isključiti trošila nakon 90 sekundi, a alarm će prestati. Odgoda ponovnog spajanja: 30 sekundi. U slučaju prevelikog napona baterije, trošila će biti odmah isključena, a periodični alarm će ostati aktivan sve dok se problem prevelikog napona ne ispravi. Nema odgode za ponovni spoj.

-Ponašanje u načinu B (Relej):

U slučaju niskog napona baterije, relej će se aktivirati nakon 12 sekundi. SBP sklopka će isključiti trošila nakon 90 sekundi, a relej će se deaktivirati. U slučaju prevelikog napona, trošila će biti odmah isključena, a izlaz alarma će ostati neaktivan. Pragovi za preveliki napon su: 16 V (za 12 V sustav) odnosno 32 V (za 24 V sustav).

-Ponašanje u načinu C (Li-ion):

Li-Ion način rada je primjenjiv samo BMS ima izlaze (beznaponske kontakte ili signale) za isključivanje trošila i punjača. Alarmni izlaz SBP sklopke je neaktivan u ovom načinu rada. Naponske razine za isključenje i uključenje u ovom načinu rada se ne koriste, već se slijedi signale iz BMS-a.

Trošilo ili punjač bit će trenutačno isključeni ako izlaz za isključivanje trošila ili punjača s BMS-a prijeđe iz ‘visokog’ u ‘slobodno plivajući’. SBP sklopka će ostati isključena 30 sekundi, čak i ako primi signal za ponovno uključivanje unutar tog razdoblja. Nakon 30 sekundi odmah će reagirati na signal za ponovno uključivanje. Nakon 3 pokušaja ponovnog uključivanja, SBP sklopka će ostati isključena sve dok napon baterije ne poraste iznad 13,0V (odnosno 26,0V za 24V sustav) najmanje 30 sekundi.

Za tzv. drop-in litijske baterije s internim BMS-om koje nemaju izlaze za isključivanje trošila i punjača, odaberite umjesto toga način A ili B.

Foto: Schrack Technik

Upozorenje prilikom spajanja izmjenjivača i dvosmjernih pretvarača

Nikako nije dopušteno spajanje izmjenjivača ili dvosmjernih pretvarača tako da SBP sklopka bude između baterije i plus stezaljki ovih uređaja jer može doći do strujanja energije iz ovih uređaja u SBP sklopku što ju može uništiti, slika 8 lijevo. Ako ipak spojite ovako, SBP sklopka će pri prvom uključenju tih uređaja pokazati grešku kratkog spoja zbog velike struje nabijanja početno praznih kondenzatora izmjenjivača ili dvosmjernih pretvarača.

Ako se želi upravljati radom izmjenjivača ili dvosmjernog pretvarača putem SBP sklopke, morate koristiti SBP sklopku samo za primjećivanje nedozvoljene naponske razine i njezin izlaz spojiti na ulaz za daljinsko upravljanje na izmjenjivaču ili dvosmjernom pretvaraču. Ako je baterija preduboko ispražnjena SBP sklopka će isključiti istosmjerna trošila, a to će biti i signal prema izmjenjivaču da u konačnici izmjenična trošila spojena na izmjenjivač ostanu bez napajanja, slika 8 desno.

Foto: Schrack Technik

Programiranje SBP sklopke

SBP sklopka može se jednostavno programirati putem Bluetootha i aplikacije VictronConnect na telefonu, slika 9 dolje. Drugi način programiranja SBP sklopke je metoda spajanja PROG pina na GND pin preko tipkala, slika 9 gore. Svi potrebni parametri mogu se postaviti i na ovaj način, no jasno je da je zgodnije i preglednije parametriranje provesti s pametnog telefona.

Foto: Schrack Technik

Programiranje putem VictronConnect aplikacije

Prije programiranja pozitivni priključak baterije mora biti spojen na IN terminal. OUT terminal ostavite nespojen do završetka programiranja. GND upravljačka stezaljka mora biti spojena s negativnim priključkom baterije, slika 9.

Otvorite VictronConnect aplikaciju na mobilnom telefonu. Svi dostupni Bluetooth uređaji bit će prikazani. Odaberite SBP sklopku s popisa uređaja i dodirnite ga. Otvorit će se plavi zaslon statusa, slika 10. On prikazuje stanje napona baterije i izlaza trošila. Dodirnite ikonu zupčanika u gornjem desnom kutu za daljnja podešenja. Provjerite odgovara li detektirani napon baterije naponskoj vrijednosti sustava. Uređaj sam provodi detekciju, ali samo prvi puta po priključenju. Odaberite način rada (A, B ili C), slika 10. U slučaju C (Li-ion), nije potrebno dodatno podešavanje. Za način rada A ili B izaberite željenu kombinaciju napona za isključivanje i ponovno uključivanje ili dodirnite na User defined za potpuno slobodno postavljanje naponskih ovih razina. Kliknite na 3 točke u gornjem desnom kutu, a zatim na Product info. U izborniku Product info možete promijeniti PIN kod, postaviti prilagođeno ime i onemogućiti Bluetooth. Ako je Bluetooth onemogućen putem VictronConnect aplikacije, ovaj postupak se može poništiti samo programiranjem putem PROG pin procedure, kao što je objašnjeno u uputama uz uređaj.

Foto: Schrack Technik

Zaključak

SBP sklopka idealna je komponenta za zaštitu skupe baterije. Ipak, ovo je samo najbitnije o ovoj pametnoj poluvodičkoj sklopci. Za pouzdanu primjenu potrebno je pročitati detaljne upute i tehničke podatke. A onda procijenite svoje snage možete li je sami ugraditi na plovilo ili ćete to ipak povjeriti nekom iskusnijem. Ali sada razumijete čemu služi i moći ćete sigurnije razgovarati s instalaterom!

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