Akkumulátor diagnosztikai egység - 2. rész
2.2. Mérési adatgyűjtő egységek
2.2.1. ASCAN modul
A modul az egyes cellák illetve blokkok feszültségeinek mérésére szolgál. Blokkvázlata a 6. ábrán látható:
6. ábra.Az ASCAN modul blokkvázlata
A modul funkcionálisan két részre bontható:
- mérő egység
- adatátviteli egység
A modul 5 mérővezetékkel rendelkezik, amelyeket 5 egymást követő akkumulátor kivezetésre kell csatlakoztatni. Az akkumulátor típusától függően ezek cella, vagy blokk kivezetések lehetnek. Egy feszültségszint mérési tartománya 0,8 V–tól 16 V-ig terjed, ez elegendő a 6 cellás blokkok vizsgálatához is. Várhatóan a vizsgálatok során ennél nagyobb feszültségű blokk mérésére nem kerül sor.
A modul az éppen mért 4 feszültségszintből a legalacsonyabb potenciálú kivezetésre csavarkötéssel felerősíthető. A modul a felerősítő szerelvénye segítségével a cella, vagy a blokk hőmérsékletének mérésére is alkalmas. Ezt a szolgáltatását azonban a nem helyhez kötött vizsgálatok alkalmával nem használjuk ki. Ennek oka, hogy a különféle gyártmányú és típusú akkumulátor cellák, vagy blokkok kivezetései teljesen eltérő kialakításúak. Az ASCAN modulok ideiglenes felerősítése az eltérő kivezetésekre körülményes, a szerelés időigénye rendkívül nagy. Ezen lehetőség kihasználása csak fix telepítés esetén képzelhető el.
Mivel egy modul 4 cella, vagy blokk mérését képes elvégezni, így a telepre megfelelő számú modult kell telepíteni. Ha a mérendő szintek száma nem osztható 4-el, a szabad mérővezetéket, vezetékeket az utolsó mérendő pontra célszerű csatlakoztatni.
A mért jeleket a mérőerősítő alakítja az analóg - digitális átalakító bemeneti szintjének megfelelő feszültségértékké. A konverzió után a mérendő mennyiségekkel arányos értékek a modul központi egységében kerülnek tárolásra. A lekérdező egység ezen értékeket olvassa ki.
A modulok RS-485 adatátviteli vonalon kapcsolódnak a lekérdező egységhez. Minden egyes modul egyedi azonosító címmel rendelkezik. A lekérdező egység ezt az azonosítót használja, a megfelelő modul megszólítására. A cím a központi egység nem felejtő memóriájában kerül tárolásra a gyártás során. A későbbiek során ez a cím szükség esetén megváltoztatható.
Az egyszerűbb telepítés érdekében a modulokon két csatlakozó került elhelyezésre. A modulok szabványos, egyenes ETHERNET kábel segítségével csatlakoztathatók egymáshoz, és a lekérdező egységhez. Ez egyszerű szerelhetőséget tesz lehetővé, és a csavart érpár nagy zavarvédettséget biztosít. A modulok a működésükhöz szükséges tápfeszültséget is ezen a kábelen keresztül, több, egymással párhuzamosan kapcsolt érpáron kapják.
A csatlakozók a modulon belül párhozamosan vannak kötve, ennek megfelelően a modulok párhuzamosan csatlakoznak a vonalra.
Az egyes modulok az akkumulátor telepre történő felhelyezés után eltérő feszültségszintre kerülnek, ezért szükségessé vált, hogy az egységeket galvanikusan elválasszuk egymástól. A tápfeszültség DC-DC átalakító, az adatátviteli vonal optocsatolók segítségével kerül leválasztásra.
2.2.2. Lekérdező modul
A modul blokkvázlata a 7. ábrán látható:
7. ábra.A lekérdező modul blokkvázlata
A lekérdező modul az elektronikus terheléssel közös tokozásban került elhelyezésre.
A modul elvégzi a teljes telepfeszültség, a kisütő áram és a környezeti hőmérséklet mérését, az ASCAN modulok lekérdezését valamint előállítja a kisütő áram alapjel képző kódolt bemeneti jelét. Ezen túlmenően a lekérdező modul tartja a kapcsolatot a számítógépen futó, működtető szoftverrel.
A lekérdező modul funkcionálisan ugyancsak felosztható mérő egységre és adatátviteli egységre. Az ASCAN modulokhoz hasonlóan az átalakítást követően a mérendő mennyiségekkel arányos értékek szintén a központi egység memóriájában kerülnek eltárolásra.
Az adatátviteli egység szétbontható RS-232 és RS-485 részekre.
Az RS-485 vonalra párhuzamosan csatlakoznak a különböző modulok. A lekérdező modul valósítja meg a MASTER funkciót, a többi modul (ASCAN-ok, alapjel képző) SLAVE üzemmódban működnek. Ennek megfelelően a lekérdező modul adja ki a parancsokat, kéréseket, vezérli a vonal adatforgalmát.
Az egyszerűbb szerelhetőség érdekében az ASCAN modulok tápellátása és a soros vonal csavart érpárja közös csatlakozón, és közös kábelben került kialakításra.
Az RS-232 vonalon a lekérdező modul kiszolgáló funkciót lát el. A számítógép felől érkező parancsokat fogadja, feldolgozza, ha szükséges továbbküldi a megfelelő modulnak.
A lekérdező modul galvanikusan kapcsolódik az akkumulátorhoz, esetleg a töltőhöz, valamint az elektronikus terheléshez is. A számítógép védelme érdekében az RS-232 illesztőegység galvanikusan leválasztásra került. Az illesztőegység külön, leválasztott tápfeszültséget kap.
Az adatátvitel a lekérdező modul központi egysége és az illesztő egység között optikai szálon valósul meg.
2.2.3. Kisütő áram alapjel képző modul
Az áram alapjel képző modul az RS-485 soros vonalon fogadja a lekérdező modul felől érkező utasításokat. A megkülönböztethetőség érdekében ez a modul is egyedi azonosítóval rendelkezik.
A soros adatokból a modul feldolgozó egysége képzi az elektronikus terhelés tiltó-engedélyező jelét. Az áram alapjelet digitális-analóg átalakító segítségével állítja elő.
2.3. Működtető- adatfeldolgozó- és naplózó szoftver
Az akkumulátor diagnosztikai egység működését a számítógépen futó szoftver vezérli, amely Microsoft Windows operációs rendszer alatt működik.
A program soros porton kommunikál a lekérdező modullal, amelynek segítségével indítja az analóg értékek mérését, kérdezi le a mérés eredményeit, állítja be a terhelőáramot, kapcsolja ki- be az elektronikus terhelést.
A program indítása után első lépésként az akkumulátor adatait, a mérés paramétereit valamint a jegyzőkönyv elkészítéséhez szükséges adatokat kell megadni. Egyebek mellett meg kell határozni a cellák, vagy blokkok számát, a blokkok névleges feszültségét, a kisütő áram értéket, a telep kisütési végfeszültségét, a cella, vagy blokk kisütési végfeszültségét, a mintavételi időt. A program a beállított értékek alapján meghatározza a szükséges ASCAN modulok számát.
A következő lépés az ASCAN modulok azonosítása. Minden modul egyedi sorszámmal rendelkezik. Az egyes modulok és ezzel együtt a szintfeszültségek azonosíthatósága miatt először egy felismerési folyamatot kell elvégezni. Ekkor a működtető szoftver egyesével kérdezi le az ASCAN modulokat.
A lekérdező modul közvetlenül az azonosítás alatt álló ASCAN modult olvassa. A lekérdezett ASCAN modulok számait eltárolja, és a mérési folyamat során csak ezeket szólítja meg.
A működtető szoftver lehetőséget nyújt arra is, hogy az esetlegesen meghibásodott ASCAN modult a mérési folyamat során új modulra cseréljük.
Ha az azonosítás megtörtént, indulhat a tényleges mérés. A program az elektronikus terhelés segítségével beállítja a meghatározott kisütő áramot, és elkezdi a mérési folyamatot.
Az analóg értékek mérésének indítása egy időpontban történik. Az egyes analóg egységek ekkor egyszerre elkezdik a mérési ciklust. A mérési ciklus néhányszor 10ms idő alatt lezajlik. Ezután a lekérdező modul az összes ASCAN modul mérési eredményét kiolvassa, így minden érték (telepfeszültség, kisütő áram, környezeti hőmérséklet, az egyes blokkfeszültségek) a lekérdező egység memóriájába kerül, onnan olvassa ki a működtető program. A kiolvasott értékek a későbbi feldolgozás érdekében naplófájlban kerülnek tárolásra. A program a mintavételi idő elteltével újabb mérési ciklust kezdeményez.
Amennyiben a működtető szoftver a mérés folyamán nem megfelelő blokkokat vagy cellákat észlel – amelyek feszültsége a vizsgálati időn belül a megengedett határérték alá csökken – automatikusan leállítja a mérést. Ha a hibásnak ítélt blokkok vagy cellák száma a vizsgált akkumulátor névleges feszültségétől függően egy megengedett érték alatt marad, azok kiiktatása után a vizsgálat folytatható.
A felvett, rögzített adatok alapján a kiértékelés a vizsgálat befejezése után, tetszőleges időpontban elvégezhető. A 8. ábrán egy tényleges kapacitásvizsgálat folyamán felvett telepfeszültség időbeni változása látható.
A kiértékelés során az adatgyűjtő szoftver segítségével felvett kisütési görbét összevetve a katalógus adatokkal [2] meghatározható, hogy a vizsgált akkumulátor kapacitása jelenleg hány százaléka a katalógus szerinti névleges értékének.
8. ábra.106 darab Hoppecke 4 OPzS 200 típusú cellákból összeállított akkumulátor telep kisütési görbéje 70 A kisütő áram és 18 °C környezeti hőmérséklet esetén.
3. Akkumulátor diagnosztika a gyakorlatban
Az akkumulátor diagnosztikai egységet úgy terveztük, hogy a különböző helyszíneken lévő akkumulátorok vizsgálata könnyen elvégezhető legyen. A mérő egység két erősáramú eleme az elektronikus terhelő berendezés és a rezisztorok úgy lettek kialakítva, hogy könnyen szállíthatók és egyszerűen telepíthetők legyenek.
Az ASCAN mérőmodulok beépített vezetékeikkel egyszerűen csatlakoztathatók a vizsgált akkumulátor telephez. Az 1. ábra szerinti mérési elrendezés gyors és kényelmes összeállításához egy külön szerviz csomagban találhatók a hálózati-, erősáramú- és jelkábelek. Kapacitásvizsgálat idején az akkumulátortöltő berendezéseket le kell választani a mérendő akkumulátorokról. A vizsgálat közben a kezelő személyek a számítógép monitorán és az elektronikus terhelés LED kijelzőjén folyamatos tájékoztatást kapnak a diagnosztikai egység üzemállapotáról.
Az akkumulátor diagnosztikai egység kifejlesztésével és megépítésével egy olyan eszközt hoztunk létre, amelynek segítségével a felhasználó nagy biztonsággal megállapíthatja, hogy az alkalmazott akkumulátorok mennyiben teljesítik a gyártók által megadott, illetve az eltelt üzemeltetési idő függvényében elvárható állapotot.
Irodalom
[1] Steco Batteries Idustrielles: EUROBAT (The eurobat guide for the specification of valve regulated lead-acid stationary cells and batteries) - 1992.
[2] Dr.-Ing. Wolfgang Fischer: Stationary Lead-Acid Batteries An Introductory Handbook - Brilon-Hoppecke, June 1996
[3] Csáky – Ganszky – Ipsits – Marti: Teljesítményelekrtonika - Műszaki Könyvkiadó, 1976
