Testování bateriových systémů

Záložní bateriové systémy hrají rozhodující roli při udržování základní funkce při výpadku elektřiny. Zařízení jako datová centra, nemocnice, letiště, distributoři plynu, vody, elektřiny i železnice nemohou pracovat bez 100% dodávky elektrické energie. I běžné komerční a výrobní závody je nutné v mnoha případech vybavit záložními subsystémy pro zajištění nouzového provozu, alarmů, řízení nouzového osvětlení, čerpání vody, páry i pro požární systémy.

Ačkoliv většina použitých baterií v moderních systémech UPS je bezúdržbových, jsou stále náchylné k poškození korozí, vnitřními zkraty, sulfatací, vysoušením a selháním těsnosti. Tento článek popisuje osvědčené postupy, jak udržovat vlastnosti bateriových bank v optimálním stavu, aby v případě výpadku byly vždy připraveny.

Obr. 1. Analyzátor baterií Fluke z řady BT 5xx

Dva hlavní ukazatele zdraví baterie

První: Interní odpor baterie

Vnitřní odpor je životnostní test, nikoliv test kapacity. Odpor baterie se mění v čase jen velmi málo až do okamžiku, kdy se blíží konci života. V tu chvíli vnitřní odpor roste a kapacita baterie klesá. Měření a sledování této hodnoty pomáhají identifikovat okamžik, kdy je třeba baterii vyměnit.

Jestliže je baterie v provozu, použije se specializovaný tester baterií navržený k měření odporu baterie. Odečte se úbytek napětí na zátěžovém proudu (vodivost) nebo AC impedanci. Oba výsledky budou ohmické hodnoty.

Jediné měření odporu má však malou vypovídací hodnotu a bez kontextu neznamená téměř nic. Doporučená praxe vyžaduje měření odporu v průběhu měsíců a roků. Po každém měření se naměřené hodnoty porovnají s předchozími k vytvoření základní časové řady.

Druhá: Testování vybití

Testování vybíjení je dokonalý způsob, jak zjistit skutečnou dostupnou kapacitu baterie, ale může být složité takový test provést. Při testování vybíjení je baterie připojena k zátěži a vybíjena po stanovenou dobu. Během této zkušební periody je proud regulován a je odebírán konstantní známý proud, zatímco je periodicky měřeno napětí.

Z podrobností o změně vybíjecího proudu ve specifikované časové periodě lze vypočítat kapacitu baterie v ampérhodinách a porovnat ji se specifikací výrobce. Například 12 V baterie s kapacitou 100 A·h může vyžadovat vybíjecí proud 12 A po dobu 8 h. Tato 12 V baterie by byla považována za vybitou, když by konečné napětí bylo 10,5 V.

Baterie během zkoušky vybití a bezprostředně po ní nemohou dodávat kritický proud. Proto je třeba přenést kritická zatížení do jiné skupiny baterií až do doby, kdy je test dokončen, a poté vše vrátit zpět. Kromě toho je před provedením zkoušky zapotřebí připravit chladicí systém tak, aby kompenzoval nárůst okolní teploty. Při vybití velkých baterií se uvolňuje značné množství energie, která je vyzářena jako teplo.

Obr. 2. Měřicí sonda BTL20

Klíčové ukazatele selhání baterie

Zdravé baterie by si měly udržovat kapacitu nad 90 % kapacity udávané výrobce. Většina výrobců doporučuje baterii vyměnit, když kapacita klesne pod 80 %. Při provádění testů na baterie je důležité sledovat tyto indikátory selhání:
– pokles kapacity o více než 10 % ve srovnání se základní hodnotou nebo předchozím měřením,
– o 20 % nebo větší nárůst odporu ve srovnání s výchozím stavem nebo předchozím měřením,
– trvale vysoké teploty ve srovnání s výchozími hodnotami a údaji výrobce.

Jak provádět standardní testy baterií

Před provedením následujících zkoušek je důležité se ujistit, že jsou používány správné osobní ochranné prostředky (OOP).

Změny napětí
– Je třeba v intervalu jednoho měsíce měřit napětí jednotlivých článků nebo celého řetězce digitálním multimetrem nebo např. analyzátory baterií, jako jsou analyzátory baterií řady Fluke 500, o kterém bude zmínka v následujícím textu.

Výstup nabíječky
– Kontrolovat pravidelně měsíčně výstupní napětí nabíječky na výstupních svorkách nabíječky.
– Kontrolovat pravidelně měsíčně výstupní proud nabíječky vhodným stejnosměrný klešťovým ampérmetrem i přesto, že nabíječka má vlastní měření výstupního proudu.

Stejnosměrný proud
– Pravidelně měsíčně porovnávat hodnoty protékajícího proudu s hodnotami udávanými výrobce.
– K měření použít vhodný stejnosměrný klešťový ampérmetr. Nelze věřit hodnotám na panelu, nemusí být správné – přístroj může být v poruše.

Vnitřní ohmické hodnoty
– Kontrolovat ohmický odpor článků.
– Kontrolovat ohmický odpor propojení baterií.

Všechna popsaná měření a kontroly lze snadno provádět analyzátory baterií řady Fluke BT 500, které byly vyvinuty na základě diskusí a potřeb pracovníků údržby. Analyzátory baterií Fluke řady BT 5XX (obr. 1) se navzájem liší rozsahem funkcí a sadou příslušenství.

Obr. 3. Inteligentní měřicí sonda BTL21

Analyzátory Fluke BT 510 jsou základní verzí řady a v průběhu testování vnitřního odporu také měří napětí testované baterie. V režimu vybíjení baterie umožňují během testování vybíjení nebo zátěže shromažďovat data o napětí všech baterií v uživatelem zadaných intervalech. Uživatelé tak mohou vypočítat dobu, za kterou napětí baterie klesne natolik, že napájené zařízení bude vypnuto, a tento čas použít k určení ztráty kapacity baterie. Testery Fluke BT 510 měří i nežádoucí zbytkové složky střídavého napětí usměrněného napětí v obvodech pro stejnosměrné nabíjení a v měničích. Umožňují tak ověřit velikost střídavého složky napětí v obvodech nabíjení a identifikovat jednu z hlavních příčin opotřebení baterií. Analyzátory jsou vybaveny dvěma režimy – režimem testování a sekvenčním režimem. Režim měření je určen k rychlému testování nebo řešení problémů. V tomto režimu lze uložit a načíst naměřené hodnoty v posloupnosti měření nebo v časové posloupnosti. Sekvenční režim se používá při provádění údržby ve více systémech napájení a sadách baterií. Před zahájením úlohy údržby může uživatel konfigurovat profil úlohy pro účely správy dat a vytvoření protokolu.

Pro rychlou indikaci problému jsou přístroje BP 510 vybaveny možností nastavení prahových hodnot a výstrahou. Uživatel může konfigurovat až deset sad prahových hodnot a po každém měření mít k dispozici indikaci vyhovuje/nevyhovuje/varování.

Další funkcí je test odporu propojení článků a správa dat. Měří se odpor propojení článků mezi bateriemi v řetězci. Po dokončení měření lze s využitím softwaru pro správu baterií Fluke vytvořit zprávu s informacemi o odporu propojení pro řetězec baterií nebo zobrazit historii dat v čase.

Pro usnadnění práce je určena funkce Automatické přidržení (AutoHold) – je-li tato funkce zapnuta, po připojení měřicích hrotů přistroj měří a čeká, jakmile je hodnota stabilní po dobu 1 s, je naměřená hodnota přidržena a zobrazena po zahájení nového měření. Přístroj tak zobrazuje jen stabilní hodnoty. Když je aktivována další funkce přístroje, Automatické uložení (AutoSave) – jsou hodnoty zobrazené po AutoHold automaticky uloženy do paměti přístroje.

Pro správu dat s naměřenými hodnotami a vytváření protokolů je s analyzátory Fluke T 5XX dodáván software pro správu baterií Fluke – lze tak snadno importovat data z přístroje do počítače. Naměřené údaje a informace z profilu baterií jsou uloženy a archivovány, a mohou tak být použity pro účely porovnání, přepnutí výsledků naměřených hodnot mezi vodivostí a odporem a pro analýzu trendů. Softwarové vybavení dovoluje rychlý náhled uložených měření, správu profilů, vytváření histogramů sady baterií s prahy definovanými uživatelem, ale také zobrazovat historická data o trendech baterií i o změnách při několikanásobném vybíjení. Všechny naměřené údaje, profil baterií a analytické informace je možné využít k jednoduchému vytváření protokolů.

S použitím softwaru lze upgradovat firmware analyzátoru baterií. Nicméně před stažením do softwaru lze všechny naměřené a automaticky zachycené hodnoty zkontrolovat přímo na místě měření v přístroji.

Přístroje řady Fluke BT5XX díky rychlému a asistovanému nastavení vždy zachycují správná data.

Obr. 4. Systém Connect

Verze analyzátoru Fluke BT520, na rozdíl od základní verze BT 510, je určena k měření baterií v rozváděčích a obtížně dostupných místech. Proto je její příslušenství rozšířeno o sadu interaktivních měřicích sond BTL20 (obr. 2) s krátkými i dlouhými nástavci sond a vestavěným LCD displejem a reproduktorem pro vizuální a zvukovou signalizaci.

Nejvyšší verze analyzátorů baterií Fluke BT 521 umožňuje všechny popsané funkce, navíc měří teplotu a je vybavena bezdrátovou komunikací. Inteligentní měřicí sondy BTL21 (obr. 3) s krátkými i dlouhými nástavci sond a vestavěným LCD displejem a reproduktorem pro vizuální a zvukovou signalizaci jsou kromě toho vybaveny vestavěným infračerveným teploměrem k měření teploty na záporném pólu baterie během testování.

Analyzátor Fluke BT 521 nabízí bezdrátovou komunikaci pro stahování dat a vzdálené zobrazení při měření pomocí speciální aplikace Fluke Battery Analyzer. Tato mobilní aplikace pro chytré telefony nebo tablety umožňuje procházet profily, kontrolovat data testovacích sekvencí nebo poslat. Přístroj je kompatibilní se systémem Connect (obr. 4), který Fluke používá na všech ručních přístrojích počínaje multimetry přes teploměry, měřiče vibrací a konče termovizními kamerami.

Další výhody pro uživatele jsou:
– výdrž baterií – 7,4 V, 3 000 mA·h, lithium-iontová baterie pro více než osmihodinový nepřetržitý provoz,
– port USB – pro rychlé stažení dat do dodávaného softwaru pro analýzu dat a správu hlášení,
– nejvyšší bezpečnostní kategorie v oboru – CAT III, 600 V, 1 000 V DC, max. pro bezpečné měření u zařízení s bateriovým napájením.

---

Vyšlo v časopise Elektro č. 10/2019 na straně 22. 
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.