PL218334B1 - Sposób i układ do diagnostyki baterii akumulatorów, zwłaszcza w systemach teleinformatycznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ gwarantowanego zasilania prądem stałym podczas diagnostyki baterii akumulatorów, zwłaszcza w systemach teleinformatycznych.

Infrastruktura urządzeń telekomunikacyjnych dla zachowania ciągłości pracy i właściwej sprawności, wymaga bezprzerwowego dostarczania prądu o stałym napięciu, dlatego też typowy system ich zasilania, składa się z wzajemnie równolegle podłączonej siłowni telekomunikacyjnej, najczęściej 48Vdc, wyposażonej w zespoły prostownikowe, oraz rezerwowego źródła zasilania, w postaci co najmniej dwóch łańcuchów baterii akumulatorów połączonych z odbiorami.

W znanych i powszechnie stosowanych rozwiązaniach baterie akumulatorów są dołączone bezpośrednio lub za pośrednictwem jedynie wyłączników i bezpieczników, do wyjść zespołów prostownikowych oraz do odbiorów, przy czym przez większość czasu baterie są w stanie „buforowania zasilania i pobierają jedynie i niewielki prąd konserwujący. Gdy natomiast zanika napięcie sieci elektroenergetycznej, zasilanie odbiorów przejmują baterie. Po powrocie napięcia w sieci elektroenergetycznej baterie ze stanu zasilania przechodzą w stan ładowania napięciem gwarantującym ich pełne naładowanie, po czym zespoły prostownikowe obniżają napięcie do poziomu „buforowania. Typowy układ zasilania systemów teleinformatycznych przedstawia rysunek zatytułowany „stan techniki.

Bezpieczeństwo zasilania urządzeń telekomunikacyjnych, zależy zatem od dyspozycyjności samej siłowni telekomunikacyjnej (praca podczas obecności podstawowego źródła zasilania) jak również od dyspozycyjności baterii akumulatorów (praca bateryjna). Z uwagi na ten fakt podczas eksploatacji gwarantowanych źródeł zasilania należy zachowywać szczególną dbałość o utrzymywanie baterii akumulatorów w należytym stanie. Jest to możliwe dzięki skutecznej diagnostyce i odpowiedniej prewencji.

Wśród znanych metod diagnostycznych mających na celu określenie aktualnej dyspozycyjności baterii akumulatorów, najbardziej skuteczną i dokładną, jest metoda kontrolnego rozładowania i ładowania baterii akumulatorów. Zazwyczaj polega ona na ręcznym odłączeniu od systemu zasilania diagnozowanej baterii oraz zespołów prostownikowych, a następnie podłączeniu specjalnego regulowanego rezystora utrzymującego na stałym poziomie prąd (lub moc) rozładowania.

Niedogodnością tej metody jest jednak konieczność zastosowania dodatkowego rezystora rozładowczego a także obniżenie aktualnej dysponowanej mocy systemu zasilania (odłączenie od systemu zasilania zespołów prostownikowych do separowanego ładowania baterii), zaś z uwagi na ręczne odłączanie i podłączanie, konieczność obecności pracowników w obiekcie podczas długotrwałego testu (proces taki może trwać od kilku do kilkudziesięciu godzin dla jednego łańcucha baterii).

Znany jest również z opisu patentowego Nr 201956 układ dodatkowych, specjalnych modułów przekształtnika do konserwacji baterii akumulatorów służący do kontrolowanego ładowania i rozładowania baterii akumulatorów, i zapisujący odczyty w pamięci komputera, który charakteryzuje się tym, że składa się z maksymalnie sześciu połączonych ze sobą równolegle modułów przekształtnika, przy czym w module przekształtnika pierwszego wejście prądowe połączone jest z wyjściem pierwszym prostownika siłowni, masa prądowa i masa pomiarowa są połączone z wyjściem drugim masy siłowni i baterii, wejście prądowe baterii w przekształtniku oraz wejście pomiarowe baterii w przekształtniku połączone są z wyjściem trzecim baterii konserwowanych akumulatorów, natomiast wyjście sieciowe modułu przekształtnika pierwszego, jak również wyjścia sieciowe pozostałych modułów przekształtnika, połączone są z siecią energetyczną, wejście sondowe modułu przekształtnika pierwszego połączenia jest z sondą pomiarową baterii, zaś wyjście transmisyjne modułu przekształtnika pierwszego połączone jest z wejściem sondowym modułu przekształtnika drugiego i analogicznie aż do modułu przekształtnika przedostatniego, zaś wyjście transmisyjne modułu przekształtnika ostatniego połączone jest z komputerem a ponadto wyjścia sieciowe modułów przekształtników (2.. .n) połączone są z siecią energetyczną.

Niedogodnością tej metody jest konieczność uzgadniania z dostawcą energii elektrycznej podłączania przekształtnika, gdyż energia rozładowywanego łańcucha baterii jest zwracana do sieci elektroenergetycznej. W przypadku, gdy zwrot energii do sieci elektroenergetycznej nie jest możliwy, jest wymagane podłączenie dodatkowego wydzielonego obwodu odbiorników przemiennoprądowych. Ponadto, podłączenie przekształtnika do systemu zasilania wymaga zastosowania dodatkowej tablicy pośredniczącej, aby operacje przełączeń w czasie konserwacji baterii można było wykonywać bezpiecznie.

PL 218 334 B1

Znany jest również z opisu patentowego Nr PL 201 960 układ do okresowego rozładowywania oraz ładowania baterii akumulatorów, w którym minus baterii akumulatorów pierwszej i drugiej, jest połączony z zaciskiem pierwszym styku ruchomego przekaźników odpowiednio pierwszego i drugiego, których to zaciski drugie styków rozwiernych są połączone z minusem prostowników i z minusem odbiorów prądu, a zaciski trzecie styków zwiernych są połączone ze sobą oraz z minusem i kondensatora pierwszego i końcówką S tranzystora pierwszego, połączonego końcówką D z końcówką S tranzystora drugiego i uzwojeniem dławika, którego druga strona jest połączona z końcówką S tranzystora trzeciego i końcówką D tranzystora czwartego, przy czym końcówka S tranzystora czwartego są połączone z minusem i kondensatora drugiego i z minusem prostowników połączonych z minusem odbiorów prądu, natomiast końcówki D tranzystorów drugiego i trzeciego oraz plus kondensatorów pierwszego i drugiego są połączone z masą siłowni i plusem odbiorów prądu, a ponadto podczas pracy buforowej, minus baterii akumulatorów pierwszej i drugiej jest połączony z minusem prostowników i odbiorów prądu za pośrednictwem zwartych zacisku pierwszego styku ruchomego i zacisku drugiego styku rozwiernego przekaźnika pierwszego i przekaźnika drugiego, natomiast podczas kontrolnego rozładowywania lub ładowania baterii minus wybranej baterii akumulatorów pierwszej lub drugiej jest połączony z minusem prostowników i odbiorów prądu za pośrednictwem zwartych zacisku pierwszego styku ruchomego i zacisku trzeciego styku zwiernego odpowiednio przekaźnika pierwszego lub przekaźnika drugiego, tranzystora pierwszego i tranzystora czwartego oraz dławika.

Niedogodnością tej metody jest konieczność zastosowania dodatkowej tablicy pośredniczącej umożliwiającej podłączenie przekształtnika do systemu zasilania na czas rozładowywania i ładowania wybranego łańcucha baterii. W przypadku instalacji przekształtnika na stałe jako dodatkowego elementu w systemie wymagana jest przebudowa układu rozdzielczego siłowni.

Sposób głębokiego rozładowania i ładowania baterii akumulatorów według wynalazku polega na tym, że wydzieloną baterię akumulatorów poddaje się rozładowaniu przez wydzieloną grapę odbiorów telekomunikacyjnych, a jednocześnie drugą grupę odbiorów telekomunikacyjnych, współpracujących buforowo z pozostałymi (lub pozostałą) bateriami, zasila się energią z sieci elektroenergetycznej a następnie testowaną baterię akumulatorów ponownie ładuje się podwyższonym napięciem o stałej wartości, które pobiera się z zespołów prostownikowych zasilanych z sieci elektroenergetycznej, które to zespoły prostownikowe zasilają jednocześnie odbiory współpracujące buforowo z wydzieloną, testowaną grupą baterii akumulatorów, przy czym baterię akumulatorów przeznaczoną do testowania wydziela się automatycznie za pomocą sterownika komputerowego, który steruje również procesem rozładowywania i ładowania baterii i w pamięci którego, w trakcie rozładowywania i ładowania baterii akumulatorów zapisuje się wszystkie dane - wielkości fizyczne, niezbędne do oceny stanu testowanych baterii, przy czym podczas testowego rozładowywania baterii akumulatorów wartość prądu reguluje się tak, by zawsze I bat = const, lub P = I bat x U bat = const. Zachowanie tego warunku jest bardzo ważne z punktu widzenia dalszej analizy wyników z przeprowadzonego testu rozładowania.

Układ blokowy umożliwiający realizację sposobu według wynalazku charakteryzuje się tym, że do systemu gwarantowanego zasilania, wprowadzona została dodatkowa szyna separowana, na którą za pośrednictwem mikroprocesorowego sterownika połączonego z szyną systemową i szyną separowaną poprzez styczniki, w sposób automatyczny są przełączane obwody baterii przeznaczonej do testowania, i z którą również poprzez styczniki połączone są na stałe zespoły prostownikowe dedykowane do ładowania i rozładowania wydzielonej baterii oraz współpracujące z nią odbiory. W czasie normalnej pracy szyna separowana jest zwarta stykiem stycznika z szyną systemową. Obwód wydzielony tworzy testowana bateria akumulatorów oraz obwody współpracujących z nią odbiorów i zespołów prostownikowych.

Sposób i układ według wynalazku umożliwia określenie rzeczywistej dyspozycyjności baterii akumulatorów pracujących w układach gwarantowanych systemów zasilania, przy zachowaniu bardzo wysokiego bezpieczeństwa ciągłości zasilania odbiorów teleinformatycznych, a także budowanie gwarantowanych systemów zasilania zarówno w zakresie małych mocy (kilkaset watów) jak również dużych mocy (kilkadziesiąt tysięcy watów).

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania i zobrazowany rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia położenie styków styczników w różnych trybach pracy, fig. 2 przedstawia układ według wynalazku w stanie normalnej pracy systemu, fig. 3 - układ według wynalazku podczas testu baterii akumulatorów BAT1, fig. 4 - układ według wynalazku podczas testu baterii akumulatorów

BATn.

PL 218 334 B1

Układ według wynalazku zbudowany z wzajemnie równolegle połączonych zespołów prostownikowych, współpracujących z bateriami akumulatorów połączonych za pośrednictwem styczników z szyną systemową oraz z mikroprocesorowym sterownikiem, charakteryzuje się tym, że zawiera dodatkową szynę separowaną, która poprzez styczniki Kb1 i Kbn połączona jest z obwodami baterii BAT1 i BATn, natomiast poprzez stycznik K1 z zespołami prostownikowymi Pr1, Pr2, Pr3 i Prn oraz z mikroprocesorowym sterownikiem MCU i połączonymi z nim grupami odbiorów ODB NK i ODB K. W czasie normalnej pracy szyna separowana „-” jest zwarta stykiem stycznika K1 z szyną systemową „-”.

Przeprowadzenie testu baterii akumulatorów BAT1 lub BATn, należy poprzedzić zaprogramowaniem w mikroprocesorowym sterowniku MCU, wymaganych parametrów testu, definiując m.in. warunki rozpoczęcia testu, warunki wstrzymania testu, parametry elektryczne związane z rozładowaniem baterii (np. natężenie prądu rozładowania, napięcie końcowe rozładowania), oraz parametry elektryczne związane z ładowaniem baterii (np. natężenie prądu ładowania, końcowe napięcie ładowania itd.) oraz typem baterii akumulatora, ilością wydzielonych zespołów prostownikowych, czasem testowego rozładowania.

Programowanie może być wykonane lokalnie w obiekcie teleinformatycznym lub zdalnie za pomocą dowolnych mediów transmisji np.: PSTN, GSM/GPRS, Ethernet.

Na podstawie zmierzonych aktualnych parametrów oraz po osiągnięciu wymaganych warunków startu testu, mikroprocesorowy sterownik MCU wysyła do stycznika Kb1 rozkaz przełączenia styków z pozycji A na pozycję B. W ten sposób jedna materia BAT1, wraz z zabezpieczeniem Bbat1, zostają przyłączone do Szyny separowanej „-”. Proces ten stanowi przygotowanie systemu zasilania gwarantowanego do bezpiecznego bezprzerwowego przełączenia pozostałych elementów obwodu testowania baterii. Po odczekaniu kilku sekund mikroprocesorowy sterownik MCU wysyła do stycznika K1 rozkaz rozwarcia styków. W ten sposób od Szyny systemowej „-” zostają odłączone: Szyna separowana „-”, zespoły prostownikowe Pr1 i Pr2 (lub kolejne)- oraz grupa odbiorów ODB NK. Ilość wydzielonych zespołów prostownikowych zależy od wcześniej zaprogramowanych parametrów.

Podczas komutacji automatycznego wydzielenia baterii BAT1, jak również wydzielenia ODB NK oraz Pr1 i Pr2 (lub kolejnych) system zasila w sposób bezprzerwowy zarówno grupę odbiorów ODB NK i ODB K. Przez cały czas odbiory podłączone są równolegle do baterii, gwarantując tym samym autonomię pracy urządzeń podczas zaniku podstawowego źródła zasilania.

Rozpoczynając test, mikroprocesorowy sterownik MCU w oparciu o zmierzone, aktualne parametry systemu dokonuje analizy, mającej na celu dostosowania odpowiednich parametrów elektrycznych, które będą obowiązywały podczas testu. Na podstawie tych informacji, wysyła do wydzielonych zespołów prostownikowych Pr1 i Pr2 (lub kolejnych) sygnał powodujący m.in.: automatyczne zaprogramowanie odpowiedniej wartości natężenia prądu rozładowywania oraz wartości końcowego napięcia ładowania a także ograniczania wartości natężenia prądu ładowania podczas testowego ładowania wydzielonej baterii akumulatorów BAT1.

Po zaprogramowaniu, przez mikroprocesorowy sterownik MCU, odpowiednich parametrów elektrycznych w wydzielonych zespołach prostownikowych Pr1 i Pr2 (lub kolejnych) oraz sprawdzeniu wszystkich koniecznych warunków, jakie muszą być spełnione, rozpoczyna się rozładowanie wydzielonej baterii akumulatorów BAT1, za pomocą wydzielonej grupy odbiorów ODB NK.

Podczas testowego rozładowywania baterii akumulatorów BAT1 wartość prądu jest tak regulowana, by zawsze Ibat1 = const. lub P = Ibat1 x Ubat1 = const. Zachowanie tego warunku jest bardzo ważne z punktu widzenia dalszej analizy wyników z przeprowadzonego testu rozładowania.

Z chwilą osiągnięcia w wydzielonym obwodzie baterii BAT1 wymaganych warunków, następuje automatyczne zakończenie testowego rozładowywania i przejście w tryb ładowania. Podczas ładowania baterii akumulatorów BAT1, mikroprocesorowy sterownik MCU oraz wydzielone zespoły prostownikowe Pr1 i Pr2 (lub kolejne) utrzymują wcześniej zaprogramowane parametry przy uwzględnieniu aktualnych warunków.

Z chwilą osiągnięcia w wydzielonym obwodzie baterii wymaganych warunków, następuje automatyczne zakończenie testowego ładowania baterii akumulatorów.

Mikroprocesorowy sterownik MCU w oparciu o zmierzone na szynie systemowej „-” aktualne parametry systemu, dokonuje analizy i wysyła do wydzielonych zespołów prostownikowych

Pr1 i Pr2 (lub kolejnych) sygnał powodujący automatyczne ich zaprogramowanie a następnie wysyła do stycznika K1 rozkaz zwarcia styków. W ten sposób do szyny systemowej „-”, zostają

PL 218 334 B1 z powrotem podłączone: szyna separowana „-, zespoły prostownikowe Pr1 i Pr2 (lub kolejne) i grupa odbiorów ODB NK.

Podczas komutacji automatycznego podłączenia ODB NK, Pr1 i Pr2 (lub kolejnych) do szyny systemowej „-”, system zasila w sposób bezprzerwowy zarówno grupę odbiorów ODB NK i ODB K. Przez cały czas odbiory podłączone są równolegle do baterii, gwarantując tym samym autonomię pracy urządzeń podczas zaniku podstawowego źródła zasilania.

Wydzielenie kolejnej baterii akumulatorów BATn następuje przez odpowiednie rozwarcie styków stycznika K1 i przełączenie styków stycznika Kbn.

Podczas testowego rozładowywania baterii akumulatorów BATn wartość prądu jest również tak regulowana, by zawsze Ibatn = const. lub P = Ibatn x Ubatn = const.

Położenie styków tych styczników w różnych trybach pracy obrazuje tabela oznaczona na rysunku jako fig. 1.

Claims (4)

1. Sposób diagnostyki baterii akumulatorów, zwłaszcza w systemach teleinformatycznych polegający na głębokim rozładowaniu i ponownym naładowaniu wydzielonej baterii akumulatorów, znamienny tym, że baterię akumulatorów (BAT1 lub BATn) przeznaczoną do testowania wydziela się automatycznie za pomocą mikroprocesorowego sterownika (MCU) który również steruje procesem rozładowywania i ładowania baterii, po czym, wydzieloną baterię akumulatorów (BAT1 lub BATn) rozładowuje się za pomocą wydzielonej grupy odbiorów teleinformatycznych (ODB NK), a jednocześnie drugą grupę odbiorów (ODB K) zasila się energią z sieci elektroenergetycznej, a następnie testowaną baterię akumulatorów (BAT1 lub BATn) poddaje się powrotnemu naładowaniu podwyższonym napięciem o stałej wartości oraz ograniczonej wartości natężenia prądu, które pobiera się z zespołów prostownikowych zasilanych z sieci elektroenergetycznej, które to zespoły zasilają jednocześnie odbiory (ODB NK) współpracujące buforowo z wydzieloną, testowaną baterią akumulatorów.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas testowego rozładowywania wydzielonej baterii akumulatorów (BAT1 lub BATn) wartość prądu jest tak regulowana, by zawsze Ibat1 = const lub Ibatn = const lub P = Ibat1 x Ubat1 =const. lub P = Ibatn x Ubatn = const.

3. Układ do diagnostyki baterii akumulatorów, zwłaszcza w systemach teleinformatycznych, zbudowany z wzajemnie równolegle połączonych zespołów prostownikowych, współpracujących z bateriami akumulatorów, sprzężonych za pośrednictwem styczników z szyną systemową oraz mikroprocesorowym sterownikiem, znamienny tym, że zawiera (szynę separowaną „-”), która poprzez styczniki (Kb1) i (Kbn) połączona jest z obwodami baterii (BAT1) i (BATn), natomiast poprzez stycznik (K1) z zespołami prostownikowymi (Pr1), (Pr2), (Pr3) i (Prn) oraz z mikroprocesorowym sterownikiem (MCU) i połączonymi z nim grupami odbiorów (ODB NK) i (ODB K).

4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że w czasie normalnej pracy (szyna separowana „-”) jest zwarta stykiem stycznika (K1) z (szyną systemową „-”).