Ein Batteriestrang kann auch dann normal erscheinen, wenn eine Zelle oder ein Block beginnt, sich zu verschlechtern. Dies ist der zentrale Unterschied zwischen der Batterieüberwachung auf Zellenebene und der Batterieüberwachung auf String-Ebene: Die eine zeigt den Zustand jeder Batterie an, während die andere das kombinierte Verhalten des gesamten Strings zeigt.
Beide Überwachungsebenen liefern nützliche Informationen, beantworten jedoch unterschiedliche Wartungsfragen. In diesem Leitfaden wird erklärt, was jeder Ansatz misst, welche Fehler er aufdecken kann und wie man die richtige Überwachungsarchitektur für USV-Systeme, Umspannwerke, Telekommunikationsstandorte, Transportnetze und industrielle kritische Energieanwendungen auswählt.
Die Batterieüberwachung auf String-Ebene misst das elektrische Verhalten des gesamten in Reihe geschalteten Batteriestrangs. Abhängig vom Systemdesign kann es Folgendes überwachen:
Anhand dieser Informationen können Betreiber feststellen, ob das Ladegerät und der Batteriestrang innerhalb des erwarteten Bereichs arbeiten. Es kann Zustände wie eine abnormale Gesamtspannung, eine unerwartete Entladung, einen übermäßigen Strom, Probleme mit dem Ladegerät oder einen String erkennen, der den Strom nicht korrekt mit parallelen Strings teilt.
Allerdings lässt sich bei der Überwachung auf String-Ebene normalerweise nicht erkennen, welche einzelne Batterie die Änderung verursacht hat. Ein Techniker weiß möglicherweise, dass der String ein Problem hat, benötigt aber dennoch manuelle Messungen, um die betroffene Zelle oder den betroffenen Block zu lokalisieren.
Bei der Batterieüberwachung auf Zellebene wird für jede Zelle bzw. jeden Batterieblock ein eigener Sensor bzw. Messkanal verwendet. Abhängig von der Batteriechemie und der gewählten Lösung kann das System Folgendes aufzeichnen:
Anstatt nur einen Wert für den gesamten Strang anzuzeigen, zeigt ein Batterieüberwachungssystem auf Zellenebene, wie sich jede Batterie verhält. Dies macht es einfacher, eine schwache Zelle, eine abnormale Temperatur, einen steigenden Widerstand, ein Spannungsungleichgewicht oder ein Verbindungsproblem zu erkennen, bevor es auf String-Ebene sichtbar wird.
Bei einem in Reihe geschalteten Batteriestrang ist die Gesamtspannung die Summe aller Einzelbatteriespannungen. Wenn eine Batterie eine abnormale Spannung aufweist, können andere Batterien und das Ladegerät vorübergehend einen Ausgleich schaffen, sodass die Gesamtspannung des Strings innerhalb eines scheinbar akzeptablen Bereichs bleibt.
Beispielsweise kann das Ladegerät die erwartete Gesamterhaltungsspannung aufrechterhalten, während einzelne Blöcke mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden. Eine Batterie kann unterladen sein, während eine andere einer höheren Erhaltungsspannung ausgesetzt ist. Das vollständige Lesen der Zeichenfolge allein zeigt diese Verteilung nicht.
Die gleiche Einschränkung wird während der Entladung besonders wichtig. Die schwächste Batterie kann ihren Niederspannungszustand früher erreichen als der Rest der Kette, wodurch die nutzbare Leistung der gesamten Batteriebank eingeschränkt wird, auch wenn die durchschnittliche Batterie immer noch gesund erscheint.
Die Überwachung auf String-Ebene bietet eine kombinierte Ansicht des gesamten Strings. Die Überwachung auf Zellenebene bietet eine separate Ansicht jeder überwachten Zelle oder jedes überwachten Blocks.
Die Überwachung auf String-Ebene kann Gesamtspannung, Strom, Entladung, Aufladung und Umgebungsanomalien erkennen. Durch die Überwachung auf Zellebene können außerdem Unterschiede zwischen einzelnen Batterien aufgedeckt werden, darunter Spannungsabweichungen, Widerstandserhöhungen und lokale Temperaturerhöhungen.
Ein Alarm auf String-Ebene weist darauf hin, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind. Ein Alarm auf Zellenebene kann den betroffenen Standort, den betroffenen Strang und die Batterieposition identifizieren und so den Wartungsteams helfen, das Problem schneller zu lokalisieren.
String-Trends zeigen, wie sich die gesamte Batteriebank im Laufe der Zeit verhält. Trends auf Zellebene ermöglichen es Betreibern, eine Batterie mit ihrer Basislinie und mit benachbarten Batterien im selben Strang zu vergleichen.
Systeme auf String-Ebene erfordern in der Regel weniger Messpunkte, weniger Verkabelung und weniger gespeicherte Daten. Systeme auf Zellebene erfordern zusätzliche Sensoren, Installationsarbeiten, Adressierung, Kommunikation und Datenverwaltung, liefern jedoch detailliertere Diagnoseinformationen.
Die Überwachung auf String-Ebene eignet sich möglicherweise für die grundlegende Überwachung oder für Installationen mit geringerem Risiko. Die Überwachung auf Zellenebene eignet sich besser für kritische oder entfernte Anwendungen, bei denen der Ausfall einer Batterie die Betriebskontinuität, Sicherheit oder Notfallreaktion beeinträchtigen kann.
Keine einzelne Messung beweist die verfügbare Kapazität oder verbleibende Lebensdauer einer Batterie. Spannung, Widerstand, Temperatur und Strom sollten zusammen mit historischen Trends, Inspektionen, Herstellerempfehlungen und geeigneten Kapazitätstests bewertet werden.
Die Überwachung auf Zell- und String-Ebene sollte nicht als konkurrierende Technologien betrachtet werden. Eine vollständige stationäre Batterieüberwachungsarchitektur kombiniert diese normalerweise.
Einzelne Sensoren messen Spannung, Widerstand und Temperatur auf Batterieniveau. Ein String-Gerät misst die Gesamtspannung und den Gesamtstrom. Ein Controller oder Gateway sammelt die Daten, wendet Alarmlogik an, speichert historische Aufzeichnungen und überträgt Informationen an eine lokale Schnittstelle oder eine zentrale Verwaltungsplattform.
Diese kombinierte Architektur ermöglicht es Betreibern, zwei verschiedene Fragen zu beantworten:
Eine Überwachung auf String-Ebene kann in folgenden Fällen in Betracht gezogen werden:
Auch bei diesen Anwendungen bleiben periodische Zell- oder Blockmessungen erforderlich. Die String-Überwachung sollte nicht als Bestätigung dafür interpretiert werden, dass jede Batterie im String in Ordnung ist.
Die Überwachung auf Zellebene ist besonders wertvoll, wenn:
Der Wert der Überwachung auf Zellebene steigt mit der Kritikalität, Größe, Entfernung und Wartungskomplexität der Batterieinstallation.
String-Spannung und -Strom bestätigen das gesamte Lade- oder Entladeereignis, während Daten auf Zellenebene dabei helfen, einen schwachen 12-V-Block zu lokalisieren, bevor er die USV-Laufzeit beeinträchtigt. Durch die Integration mit einem DCIM oder einer Netzwerkverwaltungsplattform können Alarme und Berichte zentralisiert werden.
Gleichstromsysteme in Umspannwerken können eine große Anzahl von 2-V-Blei-Säure- oder 1,2-V-Ni-Cd-Zellen enthalten. Die Überwachung auf Zellenebene unterstützt den Vergleich von Spannung und Temperatur in der gesamten Bank, während Strom und Spannung auf String-Ebene das Verhalten des Ladegeräts und des DC-Systems anzeigen.
Entlegene 48-V-Telekommunikationsstandorte profitieren von der Fehlerlokalisierung auf Zellenebene, da Wartungsbesuche kostspielig sind. String-Messungen bieten Einblick in Lade- und Entladeereignisse, während zentralisierte Software den Teams dabei hilft, Prioritäten zu setzen, welche Standorte Aufmerksamkeit erfordern.
Bahn-, Flughafen-, Öl- und Gas- sowie Produktionsanlagen können mehrere verteilte Batteriesysteme betreiben. Durch die Kombination beider Ebenen können Wartungsteams systemweite Ereignisse verwalten, ohne den Überblick über einzelne Batterien zu verlieren.
Die Überwachung auf Zellenebene verbessert die Sichtbarkeit, misst jedoch nicht direkt die nutzbare Amperestundenkapazität der gesamten Batteriebank. Innenwiderstands- und Spannungstrends können dabei helfen, Batterien zu identifizieren, die untersucht werden müssen, während ein ordnungsgemäß durchgeführter Entladetest die Fähigkeit der Batterie überprüft, eine bestimmte Last unter definierten Bedingungen zu unterstützen.
Für kritische Anwendungen sollte die Wartungsstrategie kontinuierliche Überwachung, visuelle Inspektion, Verbindungsprüfungen, Herstelleranweisungen und geplante Kapazitätsüberprüfung kombinieren.
Sammeln Sie vor der Auswahl eines Systems die folgenden Projektinformationen:
Für viele kritische Energieinstallationen ist die Überwachung auf Zellen- oder String-Ebene nicht das sinnvollste Design. Es handelt sich um ein integriertes System, das beides nutzt.
Die Überwachung auf Zellenebene ermöglicht eine detailliertere Fehlererkennung und -lokalisierung, Spannung und Strom auf String-Ebene bleiben jedoch für das Verständnis des gesamten Batteriebetriebs von entscheidender Bedeutung. Kritische Systeme profitieren normalerweise von der Kombination beider Ebenen.
Nicht zuverlässig. Die Gesamtspannung des Strings kann im erwarteten Bereich bleiben, während eine Batterie abnormal ist. Individuelle Spannungs-, Widerstands-, Temperatur- und Entladungstrends liefern nützlichere Informationen zum Auffinden einer schwachen Batterie.
Abhängig vom Batterietyp und -system kann es die individuelle Spannung, den Innenwiderstand oder die Impedanz, die Temperatur, den Verbindungswiderstand, den Elektrolytstand und Leckagebedingungen messen.
Viele Systeme auf Zellebene verwenden einen Sensor für jede Zelle oder jeden Block. Andere Architekturen können Mehrkanal-Messmodule verwenden. Das richtige Design hängt von der Batteriespannung, der Chemie, der Anzahl der Batterien und den erforderlichen Parametern ab.
Kein einzelner überwachter Parameter kann eine exakte Laufzeit garantieren. Die Überwachung identifiziert Betriebsbedingungen und Verschlechterungstendenzen, während die verfügbare Kapazität oder Laufzeit durch einen geeigneten Entladetest überprüft werden sollte.
Ja. Ein Controller oder Gateway kann einzelne Batterie- und String-Daten aggregieren und ausgewählte Messungen und Alarme über unterstützte Protokolle übertragen. Die Kompatibilität und die erforderliche Datenpunktliste sollten während des Systemdesigns bestätigt werden.
DFUN bietet Batterieüberwachungslösungen auf Zellen- und String-Ebene für Rechenzentren, Energieversorger, Telekommunikation, Transportwesen und industrielle kritische Energiesysteme. Die verfügbaren Konfigurationen unterstützen einzelne Batteriesensoren, String-Messung, historische Trends, konfigurierbare Alarme, zentralisierte Verwaltung und Integration mit gängigen Industrieprotokollen.
Senden Sie DFUN Ihre Batteriechemie, Zellen- oder Blockspannung, Anzahl der Batterien, Anzahl der Strings und das erforderliche Kommunikationsprotokoll. Unser Engineering-Team kann Ihnen bei der Entwicklung einer für Ihre Anwendung geeigneten Überwachungsarchitektur helfen.
