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Funksensoren

Große Batterieanlagen überwachen


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Einbinden ins Batteriemanagement

Jeder Sensor sendet per ZigBee seine Informationen zu Spannung und Temperatur der Zelle. Die Temperaturmessung ist erheblich genauer als über aufgeklebte Sensoren am Batteriegehäuse, denn sie erfolgt direkt in der Batterie über den gut wärmeleitenden Bleipol. Darüber hinaus lassen sich Temperaturerhöhungen am Batteriepol als Folge einer schlechten Kontaktierung ebenfalls mit erfassen.

Eine Besonderheit ist der drahtlose Stromsensor für 100 A bis 400 A, der einen Spannungsabfall von nur 60 mV hat und in Serie zur Hauptableitung der Batterie geschaltet wird. Über einen bei AEG PS im USV-Umfeld entwickelten Algorithmus ist es damit möglich, neben der Messung von Gesamtstrom IGes und Gesamtspannung UGes auch den Ladezustand der Batterie (SoC) recht exakt zu berechnen.

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Bild 1: Aufbau des Batteriemanagement-Systems mithilfe der »MoniStore«-Funksensoren von AEG Power Solutions
Bild 1: Aufbau des Batteriemanagement-Systems mithilfe der »MoniStore«-Funksensoren von AEG Power Solutions
© AEG Power Solution

Jeder aufgesteckte Sensor sucht den Kontakt zum ZigBee-Empfängermodul, das gemeinsam mit einer IPC-Auswerteeinheit und weiteren Funktionsmodulen auf einer zentralen Hutschienenverteilung installiert ist (Bild 1). Da die Kommunikation bidirektional erfolgt, weist die Auswerteeinheit jedem Sensor eine eigene Kennung zu. Dadurch lassen sich die Sensoren einfach austauschen, sollte einer fehlerhaft werden. Die Hutschienenmodule haben – ja nach Kundenwunsch – noch weitere Funktionen. So lassen sich über ein digitales I/O-Modul Zustände abfragen. Denkbar ist hier ein Türkontaktschalter (Zugangskontrolle), Klimagerätefunktion oder Lüfterbetrieb für den Batterieraum. Ein Temperaturmodul überwacht die Raumtemperatur, auch die Luftfeuchtigkeit lässt sich erfassen. Ein Relaismodul übernimmt Schaltfunktionen, sodass beispielsweise nach einem starken Ladevorgang die im Raum entstandenen Gase über einen geschalteten Lüfter nach außen abgeführt werden. Bei zu niedriger Temperatur – beispielsweise in einem Batteriecontainer im Winter – schaltet ein Relais gegebenenfalls eine Raumheizung ein.

Das Empfängermodul mit dem Linux-basierten Industrie-PC, der über Modbus/TCP kommuniziert, wertet die Daten aus und visualisiert diese für nachgeschaltete Management-Systeme. Dadurch ist sogar ein proaktives Dienstleistungskonzept denkbar, denn der Batteriestatus (State of Health, SoH) lässt sich auch an einen externen Wartungsbetrieb übermitteln. Alle Module auf der Hutschiene werden mit 24 V versorgt. Diese Stromversorgung ist in einer Ausführung mit AC-Eingang (230 V) oder für direkte 24-V-Versorgung erhältlich, mit und ohne eigene USV.

Zellen abgleichen

Großbatterien sind sehr teuer, weswegen sie möglichst lange und sicher ihren Dienst versehen sollten. Weil jedoch auch hochwertige Industrie-Batteriezellen gewisse Fertigungstoleranzen und unterschiedliche Innenwiderstände aufweisen, sollte in solchen Installationen bei Bedarf ein Zellenabgleich (Cell Balancing) durchgeführt werden. Schließlich entscheidet die schwächste Zelle über die Leistungsfähigkeit der gesamten Batterie. Den Ladungsausgleich übernimmt der Zellensensor von AEG PS in Form des sogenannten passiven Balancings. Ohne einen externen Widerstand (aktives Balancing) ist der Sensor mit seiner eingebauten »Intelligenz« selbst in der Lage, mehr oder weniger Strom aufzunehmen und damit den Ladungsausgleich herbeizuführen. So kann er bei starken Zellen einfach seine Leistungsaufnahme erhöhen und bei schwachen Zellen entsprechend reduzieren.

Die MoniStore-Produkte sind nun verfügbar und bewegen sich laut Hersteller auf einem ähnlichen Preisniveau wie etablierte Lösungen – allerdings mit größerem Funktionsumfang und erheblich geringeren Installationskosten. Weitere Entwicklungen sind bereits angestoßen, so beispielsweise ein Funksensor für Batterieblöcke (vergleichbar den Autobatterien) mit mehreren Zellen in einem Gehäuse. Auch besteht die Bereitschaft, auf die Anschlusskonzepte von Batterieherstellern einzugehen, deren Polschrauben nicht über das nötige 4-mm-Loch verfügen.

Über den Autor:

Stephan H. Gursky ist freier Fachjournalist.

Der »MoniStore«-Sensor 
Der umspritzte und damit feuchtigkeits- und gasdichte Sensor von AEG Power Solutions vereint eine Menge »Intelligenz« auf einer Platine. Hier befinden sich Antenne, Sicherung, Transceiver, Stromversorgung, Temperatursensor, Spannungssensor, Mikrocontroller, Näherungssensor sowie zwei LEDs. Das Gehäuse ist transluzent, sodass man eingeschaltete LEDs durch die dunkle Oberfläche dennoch erkennen kann. Wozu sie dienen? Sie ermöglichen eine Interaktion mit einem Benutzer. Über den Reflex- oder Näherungssensor erkennt die MoniStore-Einheit, dass ein Benutzer kommunizieren möchte oder einfach auch nur, dass der Sensor sich mit der Auswerteeinheit verbindet und seine ID mitteilt. Mithilfe unterschiedlicher Blinkcodes und Folgen (grün/rot) lassen sich diese Informationen trotz des völlig gekapselten Gehäuses auswerten – und das berührungslos. Die Sensoren werden komplett in Deutschland gefertigt. 

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