Litiumakkujen suojauksessa ei kilpailla siitä, kumpi laite avautuu ensin. Akkujen hallintajärjestelmän, kontaktorien tai MOSFETien, pakettisulakkeen ja kaikkien kenno- tai moduulitason sulakkeiden on kukin katettava määritelty vika-alue. Suunnittelu on onnistunut, kun normaali virta ja sallitut pulssit kulkevat keskeytyksettä, aktiivinen suojaus käsittelee korjattavissa olevat viat ja vakavat viat korjataan ennen kuin johtimet, kennot, kytkinlaitteet tai kotelo ylittävät keskeytysrajansa.
Nopea vastaus: Valitse akkupaketin sulake suurimman tasajännitteen, normaalin virtaprofiilin, ympäristön lämpötilan, mahdollisen oikosulkuvirran, vaaditun katkaisuarvon, aika-virta-käyrän, kokonaispurkausvirran I²t sekä kaapeleiden, virtakiskojen, kontaktorien, kennojen ja alavirran laitteiden kestokyvyn perusteella. Koordinoi se rakennusautomaatiojärjestelmän kanssa käyttämällä valmistajan käyriä ja vikasietotestejä. Älä luota yleiseen virtamarginaaliin tai kiinteään I²t-suhteeseen.
Keskeiset ostokset
Rakennusautomaatiojärjestelmä käsittelee normaalisti valvottuja, palautettavissa olevia ylivirtatapahtumia; sulake tarjoaa itsenäisen suojan vakavien vikojen tai viallisten kytkentälaitteiden varalta.
Solutason sulakelinkit ovat hyödyllisiä pääasiassa rinnakkaisissa ryhmissä rajoittamaan terveiden solujen vialliseen haaraan kulkevaa virtaa.
Kennosulake ei saa katkaista sisäistä oikosulkua käyttämällä pelkästään viallisen kennon omaa virtaa.
Jänniteluokitus, tasavirtakatkaisuluokitus, aika-virtakäyttäytyminen, lämpökertoimen aleneminen ja I²t ovat kaikki olennaisia valintaparametreja.
Lopullinen koordinointi edellyttää varsinaisen sulakevalmistajan tietoja ja koko akkukokoonpanon testausta.
Osa 1: Määrittele kunkin suojakerroksen toiminto
1.1 Rakennusautomaatiojärjestelmä, kytkinlaite ja pääsulake
Rakennusautomaatio ja PCM valvovat virtaa, kennojännitettä, akun jännitettä ja lämpötilaa. Kontaktoripohjaisessa akunkestossa BMS käskee kontaktoreita avautumaan. Pienemmän jännitteen akunkestossa se voi sammuttaa lataus- ja purkaus-MOSFETit. Nämä aktiiviset laitteet voivat tarjota nopean ja nollattavan suojan ylikuormituksille ja oikosuluille niiden nimellisellä turvallisella toiminta-alueella.
Pääsulake on riippumaton rakennusautomaatiojärjestelmän ohjelmistosta ja ohjaustehosta. Se suojaa suurienergisiltä vioilta, jotka ylittävät kytkinlaitteen katkaisukyvyn, sekä vioilta, jotka pysyvät jännitteellisinä, jos kontaktori hitsautuu tai MOSFET-transistori pettää. Sulake on siis viimeinen suojauskerros, eikä se korvaa oikeaa tunnistusta, esilatausta, kontaktorin valintaa, johtimen mitoitusta tai vianmääritystä.
Suojauselementti | Ensisijainen toiminto | Tärkeä rajoitus |
|---|---|---|
BMS-virransuojaus | Havaitse ylikuormitus tai oikosulku ja anna hallittu sammutuskomento | Riippuu antureista, tehosta, ohjelmistosta ja toimivasta kytkentälaitteesta |
Kontaktori tai MOSFET | Katkaise virta käskystä | Rajoitettu murtokyky ja voi oikosulkeutua tai hitsautua voimakkaan rasituksen alaisena |
Pääpakkauksen sulake | Poistaa korkeaenergiset viat itsenäisesti | Kertakäyttöinen laite; on vaihdettava ja vian syy selvitettävä |
Kenno- tai moduulisulake | Rajoita rinnakkaisten haarojen vian vaikutusta | Ei takaa jokaisen sisäisen kennovian keskeytystä |
1.2 Solutason sulavat linkit
Yksittäisten kennojen fuusiointi on merkityksellisintä silloin, kun useita kennoja on kytketty rinnan. Jos yhteen kennoon tai yhteyteen tulee matalaimpedanssinen vika, muut rinnakkaiset kennot voivat syöttää virtaa kyseiseen haaraan. Sulakelinkki vaurioituneen kennon ja yhteisen väylän välillä voi avautua ja rajoittaa terveiden kennojen tuottamaa energiaa.
Tällä erolla on merkitystä: ulkoinen linkki reagoi linkin läpi kulkevaan virtaan. Yhden kennon sisäinen oikosulku ei välttämättä tuota riittävästi ulkoista virtaa sulattamaan sitä. Suunnittelussa on otettava huomioon myös kennon oma tuuletuskäyttäytyminen, sisäiset suojausominaisuudet, etäisyydet, etenemisesteet ja pakkaustason sammutusstrategia.
Kun kennolinkki avautuu, pakkauksen sähköinen ominaisuus on muuttunut. Jäljellä olevat kennot kuljettavat enemmän virtaa, kapasiteetti pienenee ja virranjaosta voi tulla epätasaisempaa. Rakennusautomaatiojärjestelmän tulisi havaita tai päätellä epänormaali tila mahdollisuuksien mukaan, tallentaa vika ja soveltaa järjestelmän huolto- tai sammutuskäytäntöä. Jatkuvaa toimintaa ilman arviointia ei pitäisi esittää oletustavoitteena.
Osa 2: Vika- ja käyttöolosuhteiden laskeminen
2.1 Normaali virta on profiili, ei yksi numero
Kirjaa muistiin suurin jatkuva virta, sallittu ylikuormituksen kesto, toistuvat pulssit, regeneratiivinen tai latausvirta, käynnistysjännite, esilatauskäyttäytyminen, ripple-virta ja odotettu käyttösuhde. Ota huomioon toleranssit ja toiminta korkeimmassa kotelon lämpötilassa. Laboratoriopöydällä nimellisvirtaa kuljettava sulake voi kuumentua paljon kuumempana suljetussa pakkauksessa kennojen, virtakiskojen ja kontaktorien vieressä.
Normaalikäyttövirran ja BMS-kynnysarvojen on pysyttävä sulakkeen vähimmäissulamisalueen alapuolella sopivalla marginaalilla. Marginaali määritetään valmistajan aika-virta-käyrien ja sovellusohjeiden perusteella, ei yleisen prosenttiosuuden perusteella.
2.2 Prospektiivinen oikosulkuvirta
Älä oleta, että jokainen 48 V:n LiFePO4-akku tuottaa saman vikavirran. Mahdollinen oikosulkuvirta riippuu kennon tasavirtaresistanssista, sarja- ja rinnakkaiskytkennästä, varaustilasta, lämpötilasta, kennon ikääntymisestä, virtakiskoista, kaapeleista, liittimistä, kytkinlaitteista ja vian sijainnista. Laske konservatiiviset tapaukset ja tarkista ne tarvittaessa.
Yksinkertaistettu alustava arvio voi jakaa avoimen piirin jännitteen silmukan kokonaisresistanssilla, mutta dynaaminen kennokäyttäytyminen ja virranrajoitus tekevät todellisesta aaltomuodosta monimutkaisemman. Korkeaenergisten yksiköiden tapauksessa käytä päteviä kennotietoja, impedanssimittauksia, piirisimulointia ja kontrolloitua testausta. Arvioi viat yksikön liittimissä ja sisäisissä kohdissa, koska silmukan impedanssi ja käytettävissä oleva virta eroavat toisistaan.
2.3 Komponenttien kestävyysrajat
Sulakkeen on oltava pois päältä ennen kuin vika ylittää kaapeleiden, virtakiskojen, kontaktorien, MOSFETien, liittimien, piirilevyjohtimien, eristyksen ja alavirran laitteiden todennetun kestävyyden. Asiaankuuluvat rajat voidaan ilmaista huippuvirtana, kestona, lämpötilan nousuna, I²t:nä tai laitteen turvallisena käyttöalueena. Alhaisimmasta uskottavasta kestävyydestä voi tulla ohjaava suunnittelurajoite.
Osa 3: Valitse pääpakkauksen sulake
3.1 Jännite ja keskeytysluokitus
Sulakkeen tasajännitteen on oltava vähintään yhtä suuri kuin suurin piirijännite kaikissa käyttö- ja latausolosuhteissa. Tasavirran keskeytys on vaativa toimenpide, koska vaihtovirtajärjestelmissä ei ole luonnollista nollavirtaa. Käytä sulaketta, joka on mitoitettu erityisesti sovelluksen tasajännitteelle ja vikatilanteille.
Katkaisuvirran on oltava suurempi kuin odotettavissa oleva vikavirta kyseisellä tasajännitteellä. Älä siirrä vaihtovirtaa tasavirtapiiriin äläkä oleta, että sulakeperhe tarjoaa aina saman nimellisvirran kaikilla jännitteillä ja osanumeroilla. Vahvista laitteen tarkka datalehti, hyväksynnät, asennusmenetelmä ja kaikki tarvittavat sulakepidikkeet.
3.2 Virtaluokitus ja lämpötiheyden alentaminen
Sulakkeen on kestettävä validoitu normaali virtaprofiili ilman kohtuutonta lämpötilan nousua tai väsymistä. Ota huomioon kotelon ympäristön lämpötila, viereisten komponenttien lämpö, liittimen koko, johtimen poikkileikkaus, ilmavirtaus, syklitys ja asennussuunta. Noudata valmistajan antamia alennustietoja; IEC 60269- tai UL 248 -luokitus yksinään ei anna yleistä alennusprosenttia jokaiselle asennukselle.
Suurempi ampeerimäärä ei automaattisesti ole turvallisempi, eikä sulakkeen nimellisarvon tarvitse olla yleissääntönä kennon suurimman jatkuvan purkausvirran alapuolella. Valinnan on suojattava itse johtimia ja komponentteja samalla, kun se pysyy vakaana sallitun käytön aikana.
3.3 Aika-virtakäyrä ja I²t
Aika-virta-käyrä näyttää, kuinka kauan sulakkeen avautuminen kestää eri virtatasoilla. Käytä sekä minimisulamis- tai valokaaren esisyttymistietoja että kokonaispoistumistietoja. Suurilla virroilla virtaa rajoittava sulake voi pienentää huippuvirtaa ja kokonaisenergiaa, mutta sen suorituskyky riippuu käytettävissä olevasta vikavirrasta ja piirin olosuhteista.
I²t on virran neliön aikaintegraali. Approksimaatio I²t = I² × t on hyödyllinen vain silloin, kun virta on käytännössä vakio. Sulakkeen todellinen vikavirta muuttuu elementin lämmetessä, valokaarien muodostuessa ja virran rajoittuessa, joten valmistajan suorittama I²t-tietojen täydellinen tyhjennys tai aaltomuodon integrointi on parempi vaihtoehto.
Osa 4: Koordinoi sulake rakennusautomaatiojärjestelmän ja kontaktorien kanssa
4.1 Haluttu toimintajärjestys
Kytkinlaitteen kykyjen puitteissa korjattavissa olevissa ylikuormitustilanteissa rakennusautomaatiojärjestelmän tulisi normaalisti havaita tapahtuma ja avata kontaktori tai MOSFET ennen sulakkeen vaurioitumista. Äärimmäisissä oikosuluissa, hitsautuneiden kontaktorien, viallisten MOSFETien tai valvotun reitin ulkopuolisten vikojen sattuessa pääsulakkeen on katkaistava virtapiiri kokoonpanon kestorajojen sisällä.
Esilatauksen tulisi hallita kondensaattorin käynnistysvirtaa sen sijaan, että se pyytäisi sulaketta tai kontaktoria sietämään hallitsematonta ylijännitettä. Tarkista esilatausvastus, aika, kondensaattorin toleranssi, uudelleenyrityslogiikka ja vian havaitseminen. Sulake, joka avautuu sallitun käynnistystapahtuman aikana, on osoitus koordinaatio- tai käynnistysvirran hallintaongelmasta.
4.2 Selektiivisyys useiden sulakkeiden välillä
Jos suunnittelu sisältää kenno-, moduuli- ja pakettisulakkeita, vertaa alavirran laitteen täydellistä purkautumiskäyttäytymistä ylävirran laitteen minimisulamiskäyttäytymiseen koko asiaankuuluvalla vikavirta-alueella. Kiinteä 1.5:1 I²t-suhde ei ole yleisesti riittävä. Sulakkeen rakenne, toleranssi, esikuormitus, ympäristön lämpötila, ikääntyminen ja vika-aallon muoto vaikuttavat kaikki selektiivisyyteen.
Käytä valmistajien koordinointitaulukoita, jos saatavilla. Muussa tapauksessa päällekkäin aseta aika-virta-toleranssialueet ja vertaa I²t-tietoja tarkkojen osanumeroiden löytämiseksi. Varmista, että sisäinen haaravika poistaa tarkoitetun alavirran linkin avaamatta vahingossa pääsulaketta, kun taas päälaite poistaa pakettiliittimien vian turvallisesti.
4.3 Suojaus ei ole aina täysin valikoivaa
Hyvin suurilla vikavirroilla kaksi sulakekäyrää voi konvergoittua ja täysi selektiivisyys voi olla mahdotonta. Turvallisuustavoite on tällöin etusijalla toiminnan ylläpitämiseen nähden. Dokumentoi vika-alueet, joilla selektiivinen toiminta saavutetaan, ja ne, joilla useita laitteita voi avautua. Lääketieteellisten, teollisuus-, robotiikka-, turvallisuus- ja infrastruktuurilaitteiden osalta saatavuusvaatimukset eivät saa koskaan syrjäyttää turvallista vikasietoa.
Osa 5: Käytännön valintaprosessi
Määrittele arkkitehtuuri. Kirjaa ylös suurin sarjajännite, rinnakkaiset haarat, kytkinlaitteet, johdinkoot, maadoitusjärjestely ja todennäköiset vikapaikat.
Määrittele käyttövirrat. Sisällytä jatkuva kuormitus, pulssit, lataus, regenerointi, käynnistysvirta, esilataus, ripple, käyttösuhde ja äärilämpötilat.
Arvioi mahdollinen vikavirta. Arvioi pakkausliittimien ja sisäisten vikojen esiintymistä käyttämällä konservatiivista resistanssia ja kennoehtoja.
Tunnista kestävyyden rajat. Kerää kaapeli-, virtakisko-, liitin-, kontaktori-, puolijohde- ja kotelotiedot.
Seulo ehdokassulakkeet. Vahvista tasajänniteluokitus, keskeytysluokitus, virtaluokitus, ympäristörajat, sertifioinnit ja asennusvaatimukset.
Koordinaattikäyrät. Vertaile rakennusautomaatiojärjestelmien viiveitä, kytkinlaitteiden katkaisukykyä, sulakkeiden toleranssialueita sekä valokaaren esipurkaus- ja kokonaispurkaus-I²t-arvoja.
Arvioi lämpötila. Testaa kotelo ja liitinjärjestely jatkuvalla ja syklisellä kuormituksella.
Tarkista viat turvallisesti. Varmista, että tarkoitettu laite avautuu ja että valokaari, paine, lämpötila ja läpipääsyenergia pysyvät hallinnassa.
Osa 6: Todentaminen ja dokumentointi
6.1 Koko kokoonpanon testaaminen
Komponenttien datalehdet ovat välttämättömiä, mutta ne eivät korvaa yksikkötason tarkistusta. Testaa sallitut ylikuormitukset, käynnistys ja esilataus, rakennusautomaation virta-anturin toleranssi, kontaktorin avautuminen, vikaantuneen kytkimen skenaariot, edustavat sisäiset viat ja uskottavin ulkoinen vika. Käytä rikkoutumiseen testaukseen sopivia tiloja, etäkäyttöä, instrumentointia, esteitä ja riskienhallintalaitteita.
Kirjaa muistiin virran ja jännitteen aaltomuodot, sulakkeen sammumisajan, huippuvirran, lämpötilan, valokaaren suojauksen, kontaktorin toiminnan, rakennusautomaatiojärjestelmän tapahtumat ja eristyksen jälkeisen kunnon. Varmista, että sulakkeen avautuminen ei aiheuta toissijaisia vaaroja, kuten paljaita jännitteisiä osia tai hallitsematonta valokaaren etenemistä.
6.2 Standardit ja muutoshallinta
Valitse komponentti- ja tuotestandardit markkinoiden ja käyttötarkoituksen mukaan. Sulakevaatimukset voivat liittyä IEC 60269- tai UL 248 -perheisiin, kun taas akkuyksikköön ja lopputuotteeseen voivat liittyä erilliset akku-, lääketieteellinen, teollisuus-, kuljetus- tai toiminnallisen turvallisuuden standardit. Yhden sulakestandardin noudattaminen ei takaa koko akkujärjestelmän vaatimustenmukaisuutta.
Kennomallin, kiskogeometrian, kaapelin pituuden, kontaktorin, sulakkeen osanumeron, sulakepitimen, kotelon, rakennusautomaatiojärjestelmän kynnysarvojen ja laiteohjelmiston muutokset. Kaikki muutokset, jotka muuttavat vikavirtaa, lämpöolosuhteita tai laukaisun ajoitusta, edellyttävät koordinointitarkistusta ja tarvittaessa toistettua testausta.
Yleisiä virheitä, joita on vältettävä
Rakennusautomaatiojärjestelmän käsitteleminen sulakkeena tai ohjelmistosuojauksen olettaminen on toisistaan riippumatonta.
Olettaen, että solulinkki poistaa jokaisen sisäisen solun oikosulun.
Sulakkeen valinta vain nimellisvirran perusteella.
Käyttämällä kiinteää virtamarginaalia tai I²t-suhdetta tarkistamatta valmistajan käyriä.
Vaihtojännitteen tai keskeytysarvon kohdistaminen tasavirta-akkupiiriin.
Jättäen huomiotta kotelon lämpötilan, napojen lämpenemisen, pulssiväsymyksen ja tärinän.
Olettaen, että yleinen T-, gG- tai aR-luokan sulake on oikea, tarkistamatta tarkkaa osaa ja sovellusta.
Perimmäisen syyn selvittämättä jättäminen sulakkeen laukeamisen jälkeen.
Yhteenveto
Akkusulakkeen valinta alkaa vika-analyysillä, ei ensisijaisella sulakeluokalla. Määrittele, mitä rakennusautomaatiojärjestelmät ja kytkinlaitteet voivat keskeyttää, laske käytettävissä oleva vikavirta, tunnista heikoin johdin tai komponentti ja valitse sulake, jonka jännite, katkaisukyky, aika-virtakäyttäytyminen ja I²t suojaavat koko järjestelmää. Tarkista sitten koordinaatio itse akkukokoonpanossa. Large Power voi tukea mukautettuja litiumakkuratkaisuja yhdessä kehitettyjen rakennusautomaatiojärjestelmien, sulakkeiden, kontaktorien, virtakiskojen, kotelointien ja validointivaatimusten kanssa.
FAQ
Voiko kennotason sulake pysäyttää kennon sisäisen oikosulun?
Ei välttämättä. Se katkaisee pääasiassa muista rinnakkaisista kennoista vialliseen haaraan tulevan virran. Yhteen kennon sisäinen oikosulku ei välttämättä lähetä riittävästi virtaa ulkoisen linkin kautta sen avaamiseksi.
Pitäisikö BMS-järjestelmän vai pakettiautomaation sulakkeen laueta ensin?
Kytkinlaitteen kapasiteetin rajoissa valvotun ja palautettavan ylivirran tapauksessa BMS:n tulisi yleensä katkaista virta ensin. Sulakkeen tulisi poistaa vakavat viat, vialliset kytkentälaitteet tai aktiivisen suojauksen ulkopuolella olevat olosuhteet.
Riittääkö 1.5:1 I²t-suhde sulakkeen selektiivisyyteen?
Se ei ole yleispätevä sääntö. Käytä valmistajan koordinointitietoja, toleranssialueita, esikaaren I²t-arvoa, kokonaispoisto-I²t-arvoa ja koko ennakoitua vikavirta-aluetta ja tee sen jälkeen varmennustestaus.
Miten määrität vaadittavan keskeytyslukeman?
Laske suurin mahdollinen oikosulkuvirta sulakkeen sijaintipaikassa konservatiivisilla jännite-, resistanssi-, lämpötila- ja varaustilan olosuhteissa. Valitse tasavirtasulake, jonka katkaisuvirta ylittää kyseisen virran sovellettavalla jännitteellä.
Miksi oikein mitoitettu sulake voi silti ylikuumentua?
Korkea kotelon lämpötila, liian pienet johtimet, löysät liittimet, huono ilmanvirtaus, toistuvat pulssit tai sopimaton pidike voivat nostaa sulakkeen lämpötilaa. Tarkista koko asennusjärjestely todellisen käyttöjakson aikana.
