Мониторинг и защита АКБ: устройство CHRG220 и поэлементный контроль КУБ

CHRG220 — устройство защиты, общего и поэлементного контроля аккумуляторных батарей в составе СОПТ. Оно измеряет ток заряда/разряда, напряжение и температуру батареи. Если батарея выходит из расчётного режима, CHRG220 отключает её от нагрузки и ЗВУ через независимый расцепитель вводного выключателя.

Устройство работает самостоятельно. С датчиками КУБ, которые устанавливаются на каждый моноблок, оно контролирует напряжение и температуру каждого элемента. Слабый моноблок становится виден до того, как он выведет из строя всю батарею.

 

Зачем нужен поэлементный контроль

Типовая батарея СОПТ 220 В собирается из 17 последовательно соединённых моноблоков 12 В. По общему напряжению отличить исправную батарею от батареи с одним деградировавшим элементом нельзя. Заряд при этом идёт неравномерно: слабый моноблок недозаряжается, соседние перезаряжаются и греются. При разряде слабый элемент уходит в глубокий разряд первым.

КУБ на каждом моноблоке измеряет его напряжение и температуру и сравнивает их с медианой по всей батарее. Отклонение видно на дисплее самого датчика, в CHRG220 и в АСУ ТП. Защиты срабатывают по конкретному элементу, а не по усреднённой картине.

 

Два уровня контроля

Функция	CHRG220	CHRG220 + КУБ
Ток заряда/разряда АКБ	Да	Да
Общее напряжение АКБ	Да	Да
Асимметрия двух групп элементов	Да	Да
Напряжение каждого моноблока	Вычисление	Прямое измерение
Температура	Отсек АКБ, помещение, отсеки ЗВУ (до 8 датчиков)	Плюс температура каждого моноблока
Защита от перенапряжения и глубокого разряда	По батарее в целом	По батарее и по каждому элементу
Защита от перегрева	По самому горячему датчику отсека	По самому горячему моноблоку
Оценка степени заряженности	По батарее в целом	По каждому моноблоку
Индикация на месте	Дисплей CHRG220	Плюс дисплей на каждом моноблоке
Балансировка элементов	—	Пассивная, до 200 мА (с блоком балансировки)

 

Как это работает

Измерения. Ток батареи измеряется токоизмерительным шунтом 75 мВ или бесконтактным датчиком Холла, тип датчика выбирается уставкой. Для защиты от короткого замыкания используется отдельный канал с расширенным диапазоном. Напряжение измеряется раздельно по двум группам элементов через гальванически изолированные входы, общее напряжение вычисляется. Температура снимается цифровыми датчиками DS18B20: два датчика отсека АКБ для резервирования, датчик помещения и датчики в отсеках ЗВУ.

Контроль без КУБ. CHRG220 сравнивает среднее напряжение элемента в двух группах батареи. Если в одной группе есть отклонившийся элемент, рост асимметрии покажет это ещё без поэлементных датчиков.

Опрос КУБ. CHRG220 по отдельной шине RS485 циклически опрашивает датчики и собирает массивы напряжений и температур моноблоков. Один раз за цикл он рассылает всем КУБ медианные значения по батарее и уставки защит. По ним каждый КУБ вычисляет и показывает на своём дисплее отклонение «своего» моноблока от медианы. Если параметр вышел за уставку, строка на дисплее начинает мигать.

Связь с ЗВУ. В составе ШУОТ ИНТМАШ ток батареи, измеренный CHRG220, передаётся коммуникационному модулю-арбитру iCM. По нему iCM ограничивает ток заряда АКБ (подробнее в разделе ниже), чтобы ток заряда не превышал допустимый для батареи. Если напряжение батареи опустилось ниже уставки, CHRG220 выставляет флаг готовности к ускоренному заряду.

Автономный режим. Если ток устойчиво идёт на разряд при включённой коммутационной аппаратуре, устройство фиксирует работу от батареи и начинает следить за глубоким разрядом. Для перегрева в этом режиме действует отдельная выдержка времени.

Надёжность. Измерительная часть и сервисный модуль (дисплей, сеть, опрос КУБ) разделены. Если сервисный модуль перестаёт отвечать, измерительная часть перезапускает его по питанию и восстанавливает работу без участия персонала.

 

Ограничение тока заряда АКБ

Ток заряда батареи не должен превышать максимальный, указанный в её паспорте. ЗВУ видит только свой выходной ток, а в нём сложены ток нагрузки и ток заряда. Если ограничить ЗВУ по паспортному току батареи, выпрямитель будет недогружен. Если оставить номинальный ток ЗВУ, при малой нагрузке батарея получит лишнее.

В ШУОТ ИНТМАШ эту задачу решают вместе CHRG220 и модуль-арбитр iCM. CHRG220 измеряет ток, напряжение и температуру батареи, каждое ЗВУ измеряет свой выходной ток. Все значения поступают в iCM по RS485. iCM определяет, сколько ЗВУ подключено к батарее: одно, два или ни одного. Сто раз в секунду он пересчитывает ограничение тока так, чтобы ток заряда АКБ не превышал допустимый в данный момент. Рассчитанное ограничение делится между подключёнными ЗВУ.

Пример. Максимальный ток заряда батареи по паспорту 20 А, ЗВУ на 30 А, нагрузка 2 А. Без ограничения батарея после разряда приняла бы до 28 А. При +20 °C iCM снизит ограничение ЗВУ примерно до 22 А, и в батарею пойдёт 20 А. При +30 °C допустимый ток заряда снизится до 15 А, а ограничение ЗВУ примерно до 17 А. При нагрузке 15 А и температуре до +25 °C ток заряда не превысит 15 А, поэтому регулятор не вмешивается и ЗВУ работает на номинале.

 

Защиты

При срабатывании защиты CHRG220 через реле воздействует на независимый расцепитель вводного выключателя и отсоединяет АКБ от нагрузки и ЗВУ. Формируется сигнал «Общая авария». Для каждой защиты задаются уставка и выдержка времени.

Защита	Условие срабатывания
Перенапряжение АКБ	Общее напряжение при заряде выше уставки
Перенапряжение элемента АКБ	Напряжение хотя бы одного моноблока при заряде выше уставки (с КУБ)
Глубокий разряд АКБ	Общее напряжение при разряде ниже уставки
Глубокий разряд элемента АКБ	Напряжение хотя бы одного моноблока при разряде ниже уставки (с КУБ)
Короткое замыкание	Ток батареи по модулю выше уставки. Отдельный измерительный канал, выдержка от 1 мс, работает независимо от состояния аппаратуры и направления тока
Перегрев отсека АКБ	Температура самого горячего датчика (или моноблока при наличии КУБ) выше уставки
Неисправность вводного выключателя	Команда на расцепитель подана, но выключатель не отключился за заданное время
Неисправность предохранителя	Сработал аварийный контакт предохранителя в цепи АКБ

Предупреждения не отключают батарею и сбрасываются автоматически. К ним относятся асимметрия АКБ (разность средних напряжений элемента в двух группах выше уставки) и неисправность любого датчика температуры.

Сброс аварий выполняется включением коммутационного аппарата АКБ, с локального пульта или командой из АСУ ТП. Если причина не устранена, авария возникнет снова.

 

Схемы подключения к батарее

Дискретные входы CHRG220 контролируют коммутационную аппаратуру АКБ. Поддерживаются три типовые схемы:

 

Датчик поэлементного контроля КУБ

КУБ устанавливается непосредственно на моноблок 12 В свинцово-кислотной или никель-кадмиевой батареи. Он измеряет напряжение и температуру моноблока и передаёт их в CHRG220. Питание КУБ берёт от контролируемого моноблока, поэтому отдельная проводка питания не нужна.

Датчик находится под потенциалом батареи относительно земли. Замена на работающей системе допускается только изолированным инструментом с соблюдением мер электробезопасности.

 

Индикация и доступ к данным

Локальный пульт CHRG220: OLED-дисплей 128×64, кнопки UP, DOWN, OK, ESC и светодиоды «Питание», «Связь», «Авария». На главном экране выводятся полное напряжение АКБ, ток со знаком (заряд/разряд), среднее напряжение элемента и асимметрия. Отдельные страницы показывают температуры, напряжение, температуру и заряд каждого моноблока, активные аварии и предупреждения. Через пульт также редактируются уставки и сбрасываются аварии. Изменение уставок защищено PIN-кодом. Устройство полностью настраивается и проверяется с пульта, без ноутбука, сети и интернета. При аварии страница «Аварии» открывается автоматически.

АСУ ТП: RS485 Modbus RTU с гальванической изоляцией, скорость от 4800 до 115200 бит/с. В АСУ ТП передаются измерения, состояния защит, данные каждого КУБ. Оттуда же можно дистанционно сбросить аварии.

Сервисное веб-приложение. Основной канал доступа к CHRG220 — Ethernet. Для быстрого входа с телефона или ноутбука наладчика есть встроенная точка доступа Wi-Fi. Она включается и выключается с локального пульта и в штатной работе может быть отключена. Адрес веб-приложения выводится на дисплее числом или QR-кодом. В приложении видна мнемосхема батареи: ток, напряжение групп, температура, заряд и состояние каждого моноблока. Подключение к сети объекта согласуется со службой, которая отвечает за сетевую безопасность.

Регистратор событий. В один из двух USB-разъёмов CHRG220 постоянно установлена флешка-регистратор. На неё записываются журнал событий и осциллограммы. Данные хранятся в самом устройстве и не зависят от связи с сервером или интернетом. Второй разъём служит для выгрузки. Наладчик вставляет в него свою флешку и копирует на неё содержимое регистратора командой с локального пульта или из веб-приложения. Скопированные данные затем разбирают в специализированной программе.

 

Обновление программного обеспечения

Прошивку CHRG220 можно обновить прямо на объекте, отправлять устройство на завод не нужно. Обновление выполняется через веб-сервис ИНТМАШ flasher.intmash.ru. Компьютер подключается к устройству по USB или RS485. Сервис работает в браузере, отдельную программу устанавливать не нужно. Поддерживается в том числе Яндекс Браузер под Astra Linux. Если при обновлении отметить соответствующие пункты, уставки и калибровки сохраняются, и повторная наладка не понадобится. Файл прошивки предоставляет ИНТМАШ.

 

Технические характеристики CHRG220

Параметр	Значение
Напряжение питания	24 В DC (допустимо 6–40 В)
Потребляемая мощность	4,8 Вт номинально, не более 5,8 Вт
Измерение тока	Шунт ±75 мВ (изолированный вход) Или датчик Холла: вход ±15 В номинально, измерение до ±17 В; питание датчика ±15 В от устройства
Канал защиты от КЗ (шунт)	До ±810 мВ
Измерение напряжения	2 изолированных входа по группам АКБ, до 360 В на группу
Разрядность АЦП	12 бит
Датчики температуры	До 8 шт. DS18B20, диапазон −55…+125 °C
Дискретные входы	6 шт., 24 В DC, гальваническая развязка
Дискретные выходы	3 шт., 24 В DC, гальваническая развязка
Поэлементный контроль	До 32 датчиков КУБ по отдельной шине RS485. Типовая батарея 220 В: 17 моноблоков 12 В, 17 КУБ
Связь с АСУ ТП	RS485 Modbus RTU, изолированный, 4800–115200 бит/с
Сервисные интерфейсы	Ethernet 100 Мбит/с (основной канал). Точка доступа Wi-Fi (включается с пульта). 2×USB 2.0 Веб-приложение
Регистратор событий	Журнал событий и осциллограммы на флешке в USB-разъёме. Выгрузка на флешку пользователя через второй разъём, с пульта или из веб-приложения
Обновление ПО	На объекте, по USB или RS485, через веб-сервис flasher.intmash.ru, с сохранением уставок и калибровок
Локальный пульт	OLED 128×64, 4 кнопки, 3 светодиода
Защита уставок	PIN-код на изменение с локального пульта и из веб-приложения
Монтаж	DIN-рейка, перфорированный металлический корпус
Подключение	2 разъёмных клеммника по 16 контактов, шаг 3,5 мм
Габариты	76 × 75 × 92 мм
Масса	507 г

 

Технические характеристики КУБ

Параметр	Значение
Контролируемый моноблок	12 В, свинцово-кислотный или никель-кадмиевый
Диапазон измерения напряжения	5,5–36 В
Погрешность измерения напряжения	±0,2 %
Погрешность измерения температуры	±0,2 °C
Разрядность АЦП	12 бит
Питание	От контролируемого моноблока, 0,19 Вт при 12 В
Балансировка	Пассивная, до 200 мА (с блоком балансировки)
Интерфейс	RS485, основной и проходной клеммники
Подключение к моноблоку	Винтовые терминалы М8, шины или шлейф
Дисплей	Монохромный OLED, управление нажатием на дисплей
Рабочая температура	−20…+45 °C
Влажность	До 85 %
Степень защиты	IP22
Габариты	52 × 40 × 33 мм
Масса	45 г

 

Модернизация существующих СОПТ

CHRG220 с датчиками КУБ устанавливается и на батареи в СОПТ и ШУОТ других производителей. Устройство работает самостоятельно: измеряет ток, напряжение и температуру батареи, контролирует каждый моноблок и передаёт данные в АСУ ТП по Modbus RTU. Если батарея подключена через выключатель с независимым расцепителем, при аварии CHRG220 отключает её сам.

Для установки нужны питание 24 В DC, шунт 75 мВ или датчик Холла в цепи АКБ и доступ к контактам коммутационного аппарата батареи. CHRG220 монтируется на DIN-рейку, КУБ крепятся прямо на клеммы моноблоков.

Ограничение тока заряда через ЗВУ работает в составе ШУОТ ИНТМАШ с модулем iCM. Если в существующей СОПТ стоят ЗВУ другого производителя, эта функция согласуется отдельно.

 

Где применяется

CHRG220 и КУБ входят в состав ШУОТ и СОПТ производства ИНТМАШ и устанавливаются в шкаф ШАКБ или в отсек АКБ шкафа ШУОТ. В условном обозначении ШУОТ поэлементный контроль указывается позицией «ПЭК».

Отдельно устройство поставляется для модернизации СОПТ других производителей.

 

Подбор

Для подбора комплектации укажите в запросе: