PL225417B1 - Układ do kontroli funkcjonalności testerów pojemności akumulatorów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do kontroli funkcjonalności testerów pojemności akumulatorów, mający zastosowanie w dziedzinie telekomunikacji, w zakresie realizacji funkcji „ładowanie-wyładowanie-ładowanie” baterii akumulatorów (typ. o napięciu 48 V) dużych pojemności (300-3200 Ah).

Infrastruktura techniczna sieci telekomunikacyjnych, dla zachowania ciągłości pracy, wymaga bezprzerwowego dostarczania energii do stałoprądowych odbiorów także w przypadku zaniku napięcia 230/400 V w sieci elektroenergetycznej. W związku z tym, typowy system zasilania urządzeń telekomunikacyjnych w obiekcie zawiera prostowniki połączone z odbiorami energii oraz z rezerwowym źródłem zasilania w postaci baterii akumulatorów (najczęściej dwu o napięciu znamionowym 48 V). Baterie takie podlegają procesom starzenia, wobec czego należy je albo odpowiednio często wymieniać, albo kontrolować ich stan i wymieniać tylko baterie niesprawne, tzn. dysponujące pojemnością mniejszą niż 80% znamionowej.

Kontrolę dysponowanej pojemności baterii akumulatorów umożliwiają opornice rozładowcze oraz przenośne lub stacjonarne testery (o wspólnym symbolu/nazwie „TBA”). Testery (urządzenia) „TBA” automatyzują trwający wiele godzin proces kontroli, realizując kolejno, bez udziału obsługi: ładowanie wyrównawcze (trwa do 24 godzin i zapewnia pełne naładowania kontrolowanej baterii), wył adowanie kontrolne (trwa 8-20 godzin i ma na celu pomiar dysponowanej pojemności baterii) oraz ładowanie powrotne (trwa powyżej 12 godzin i przywraca stan pełnego naładowania przed dołączeniem skontrolowanej baterii do systemu zasilania). Aby uniknąć błędów obsługi przy dołączaniu testera do baterii i siłowni, w momencie inicjowania pracy urządzenia te sprawdzają poprzez pomiar napięć na prądowych zaciskach „S” („- siłowni”) i „B” („- baterii”), czy napięcia są różne, tzn. czy mierzona bateria została odłączona od siłowni.

Znane testery „TBA” (np. urządzenia TBA30-IŁ, TBA160-IŁ), zawierające dwukierunkową przetwornicę dodawczo-odjemczą DC/DC, podczas kontroli baterii (odłączonej na czas tej kontroli od obwodów siłowni) pracują w ten sposób, że energię do ładowania baterii pobierają z prostowników siłowni, a energię z kontrolnie wyładowywanej baterii oddają do stałoprądowych odbiorów, połączonych z prostownikami siłowni i pozostałymi bateriami akumulatorów. Podczas ładowania baterii zadanym prądem do wymaganego napięcia, przetwornica DC/DC zawarta w testerze „TBA” - początkowo obniża napięcie podawane na baterię (w stosunku do napięcia prostowników), a później je podwyższa. W celu wyładowania baterii przetwornica DC/DC testera „TBA” tak podwyższa napięcie względem napięcia baterii, aby płynął z niej stały zadany prąd, przekazywany z minimalnymi stratami do połączonych z prostownikami odbiorów energii (co w tym czasie zmniejsza obciążenie prostowników siłowni). Wyprodukowane urządzenia (testery) „TBA”, przed dostarczeniem do klientów muszą podlegać wszechstronnym badaniom, w tym długotrwałym badaniom przy obciążeniu wysokim znamionowym prądem (zależnie od typu urządzenia wynoszącym od 30 A do 160 A).

Obecnie podczas kontroli pracy testerów „TBA”, m. in. na etapie ich produkcji, korzysta się z wydajnych zasilaczy/prostowników (o prądzie odpowiednio 40 A-200 A) oraz rezystorowych obciążnic (też o prądzie do 200 A), które podczas takiej kontroli funkcjonalno-wydajnościowej raz symulują ładowaną baterię, a raz obciążenie siłowni (jednak podczas takich testów „marnuje się” znaczące ilości energii, niepotrzebnie podgrzewającej laboratorium badawcze).

Przy wielkoseryjnej produkcji testerów „TBA” można tak zorganizować badania, żeby energia oddawana z jednego kontrolowanego urządzenia zasilała urządzenie, które energię w danej chwili pobiera. Jednak do diagnostyki testerów „TBA” oraz produkcji małoseryjnej istnieje potrzeba przygotowania dedykowanego rozwiązania - energooszczędnego i prostego w eksploatacji.

Istota układu do kontroli funkcjonalności testerów pojemności akumulatorów, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że plusowe wyjście zasilacza/prostownika prądu stałego jest połączone z pierwszą końcówką wstępnego obciążenia oraz z plusowym zaciskiem testera „TBA” (z wbudowaną dwukierunkową przetwornicą dodawczo-odjemczą DC/DC), którego zacisk prądowy bateryjny jest połączony z drugą końcówką wstępnego obciążenia, połączoną z anodą zespołu diod wspomagających wyładowanie i katodą zespołu diod wspomagających ładowanie, natomiast katoda zespołu diod wspomagających wyładowanie jest połączona z anodą zespołu diod wspomagających ładowanie i jest połączona z ujemnym wyjściem zasilacza oraz z zaciskiem prądowym prostownikowym testera „TBA”, przy czym zespoły diod wspomagających wyładowanie i ładowanie są umieszczone na wspólnym radiatorze, a ponadto korzystne jest gdy wstępne obciążenie stanowi rezystor lub wentylator.

PL 225 417 B1

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że wyeliminowana zostaje testowa bateria o dużej pojemności (kosztowna i o ograniczonej dopuszczalnej liczbie ładowań-rozładowań), a energochłonny i kosztowny zestaw prostowników/zasilaczy i rezystorów zastępuje się przez wydzielający ok. 10-krotnie mniej ciepła układ według wynalazku, nie rezygnując przy tym z kontroli wielogodzinnej pracy testerów „TBA”- wymaganym znamionowym prądem, wynoszącym od 30 A do 160 A. Przykładowo - do skontrolowania urządzenia o prądzie znamionowym 30 A wystarcza rozwiązanie według wynalazku z zasilaczem o wydajności prądowej około 4 A. Przedmiotowy układ zapewnia, że pomimo stosowania do testów jednego zasilacza, w momencie startu cyklu pomiarowego na jego zaciskach prądowych istnieją różne napięcia, natomiast podczas pracy prądowej napięcie na zacisku prądowym bateryjnym testera „TBA” podczas realizacji funkcji wyładowania i ładowania ma ściśle określoną wartość, wynikającą z liczby diod wspomagających wyładowanie i ładowanie.

Układ do kontroli funkcjonalności testerów pojemności akumulatorów, według wynalazku, przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, który stanowi jego schemat ideowo-blokowy.

W układzie do kontroli funkcjonalności testerów pojemności akumulatorów, według wynalazku, plusowe wyjście +/0V zasilacza/prostownika prądu stałego ZS jest połączone z pierwszą końcówką 1 wstępnego obciążenia R oraz z plusowym zaciskiem 0V testera TBA z wbudowaną dwukierunkową przetwornicą dodawczo-odjemczą DC/DC, którego zacisk prądowy bateryjny -B jest połączony z drugą końcówką 2 wstępnego obciążenia R, połączoną z anodą diody wspomagającej wyładowanie pierwszej D1 i katodą diody wspomagającej ładowanie pierwszej d1, przy czym katoda diody wspomagającej wyładowanie pierwszej D1 jest połączona poprzez kolejne diody z anodą diody wspomagającej wyładowanie ostatniej Dn, a anoda diody wspomagającej ładowanie pierwszej d1 jest połączona poprzez kolejne diody z katodą diody wspomagającej ładowanie ostatniej dN, której anoda jest połączona z kolei z katodą diody wspomagającej wyładowanie ostatniej Dn i z drugim, ujemnym wyjściem -54V zasilacza ZS oraz z zaciskiem prądowym prostownikowym testera TBA. Liczba zastosowanych diod w zespole diod wspomagających ładowanie d1...dN i diod w zespole diod wspomagających wyładowanie D1 ...Dn jest zależna od wymaganej różnicy napięć na wejściach urządzenia i spadku napięcia na złączach tych diod oraz od dopuszczalnej mocy, oddawanej do radiatora RR. Wstępne obciążenie R stanowi korzystnie rezystor lub korzystnie wstępnym obciążeniem R może być wentylator, którego zadaniem jest chłodzenie umieszczonych na radiatorze RR diod w zespole diod wspomagających wyładowanie D1...Dn oraz diod w zespole diod wspomagających ładowanie d1...dN. W stanie spoczynkowym napięcie zasilacza ZS (typ. -54 V) zasila układy elektroniczne testera TBA poprzez zacisk prądowy prostownikowy tego testera TBA, a poprzez szeregowo połączone diody w zespole diod wspomagające wyładowanie D1..,Dn zasila niewielkie wstępne obciążenie R, przy czym napięcie ze wstępnego obciążenia R, niższe od napięcia zasilacza o spadek napięcia na diodach w zespole diod wspomagających wyładowanie D1...Dn jest podawane na zacisk prądowy bateryjny -B testera TBA. Ponieważ napięcia na zaciskach prądowych: prostownikowym i bateryjnym -B testera TBA są z wymaganego przedziału i mają różne wartości, to tester TBA stwierdza dołączenie do swoich wejść zarówno baterii, jak i siłowni oraz fakt odłączenia baterii od siłowni - co umożliwia zainicjowanie ładowania lub wyładowania. Układ ma zastosowanie przy uruchamianiu i testowaniu pracy urządzeń bazujących na dwukierunkowych przetwornicach dodawczo-odjemczych DC/DC, a w szczególności wysokoprądowych testerów baterii akumulatorów, np. „rodziny” testerów „TBA”,

Podczas kontroli funkcjonalno-wydajnościowej testerów „TBA”, układ według wynalazku zastępuje siłownię złożoną z odbiorów energii, baterii akumulatorów i prostowników dużej mocy.

W trakcie realizacji funkcji „ładowania”, energia pobierana z zacisku prądowego prostownikowego testera TBA zamieniana jest przez przetwornicę DC/DC tego testera TBA na łagodnie narastające napięcie na jego zacisku prądowym bateryjnym -B (i na wstępnym obciążeniu R). Gdy napięcie to wzrośnie (typowo do 56 V), tzn. powyżej napięcia podawanego z zasilacza ZS (typowo 54 V) o wartość ograniczaną spadkiem napięcia na szeregowo połączonych diodach w zespole diod wspomagających ładowanie d1...dN (typowo 2 V), to prąd Is płynący do zacisku prądowego prostownikowego będzie sumą prądów Id z zespołu diod i prądu ]z z zasilacza ZS - wobec czego zasilacz ZS będzie obciążany (prąd Iz) tylko taką ilością energii, jaka wynika ze strat wewnątrz testera TBA i strat na złączach diod w zespole diod wspomagających ładowanie d1..,dN. Przy zaprogramowanym prądzie ładowania 30 A z zasilacza ZS będzie pobierany prąd Iz ok. 3 A, a straty mocy w ciągu każdej godziny pracy testera TBA wyniosą 0,17 kWh zamiast 1,7 kWh w klasycznym rozwiązaniu (przy prądzie testowym 160 A będzie to odpowiednio ok. 0,8 kWh zamiast ok. 8 kWh).

PL 225 417 B1

W trakcie realizacji funkcji „wyładowania”, energia pobierana z zacisku prądowego bateryjnego -B testera TBA (napięcie niższe od napięcia zasilacza ZS o spadek napięcia na złączach diod w zespole diod D1...Dn wspomagających rozładowanie) zamieniana jest na odpowiednio wyższe napięcie na jego zacisku prądowym prostownikowym -S, podawane na ujemne wejście -54V zasilacza ZS i katody diod w zespole diod wspomagających wyładowanie D1 ...Dn. Napięcie na zacisku prądowym bateryjnym -B testera TBA nie obniży się więcej, niż o spadek napięcia na diodach wspomagających wyładowanie D1 ...Dn (typowo 6 V), gdyż prąd Id płynący w tym zespole jest prądem Iz z zasilacza ZS, wspomaganym prądem Is oddawanym na zacisk prądowy prostownikowy przez tester TBA. Zasilacz ZS musi dostarczyć tylko taką ilość energii (prąd Iz), jaka wynika ze strat wewnątrz testera TBA i strat na złączach diod w zespole diod wspomagających wyładowanie D1 ...Dn. Przy zaprogramowanym prądzie wyładowania 30 A, z zasilacza ZS będzie pobierany prąd ok. 4 A i straty mocy w ciągu każdej godziny pracy testera TBA wyniosą 0,2 kWh zamiast 1,6 kWh w klasycznym rozwiązaniu (przy prądzie testowym 160 A będzie to odpowiednio ok. 1 kWh zamiast ok. 8 kWh).

Podczas kontroli funkcjonalno-wydajnościowej testerów TBA, układ według wynalazku zastępuje siłownię złożoną z odbiorów energii, baterii akumulatorów oraz prostowników dużej mocy. W układzie według wynalazku, że pomimo stosowania do testów jednego zasilacza, w momencie startu cyklu pomiarowego na zaciskach prądowych testera TBA istnieją różne napięcia, a podczas pracy prądowej napięcie na jego zacisku prądowym bateryjnym, podczas realizacji funkcji wyładowania i ładowania, ma wymaganą ściśle określoną wartość - zależną od liczby diod w zespole diod wspomagających wyładowanie D1...Dn i w zespole diod wspomagających ładowanie d1...dN.

Claims (3)

1. Układ do kontroli funkcjonalności testerów pojemności akumulatorów, złożony z testera TBA zawierającego dwukierunkową przetwornicą dodawczo-odjemczą DC/DC, zasilacza/prostownika prądu stałego, obciążenia i zespołu diody, znamienny tym, że plusowe wyjście (+/0V) zasilacza (ZS) jest połączone się z pierwszą końcówką (1 wstępnego obciążenia (R) oraz z plusowym zaciskiem (0V) testera (TBA), którego zacisk prądowy bateryjny (-B) jest połączony z drugą końcówką (2) wstępnego obciążenia (R), połączoną z anodą zespołu diod wspomagających wyładowanie (D1 ...Dn) i katodą zespołu diod wspomagających ładowanie (d1...dN), natomiast katoda zespołu diod wspomagających wyładowanie (D1...Dn) jest połączona z anodą zespołu diod wspomagających ładowanie (d1...dN) i jest połączona z ujemnym wyjściem (54V) zasilacza (ZS) oraz z zaciskiem prądowym prostownikowym (-S) testera TBA, przy czym zespół diod wspomagających wyładowanie (D1...Dn) i zespół diod wspomagających ładowanie (d1...dN) są umieszczone na wspólnym radiatorze (RR).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wstępne obciążenie (R) zastosowany jest rezystor.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wstępne obciążenie (R) zastosowany jest wentylator.