Back-upstroomoplossingen met DC-generator KS 48V-DC

De moderne samenleving beweegt zich richting flexibiliteit en hernieuwbare energie.

Oplossingen voor energie-eilanden en stroomvoorzieningssystemen met batterijen zijn een trend geworden en worden steeds gebruikelijker. We maken momenteel snelle veranderingen door in de productie van batterijen en accu's, die steeds meer invloed hebben op ons dagelijks leven.

Elektriciteitsopslagapparaten worden steeds meer onderdeel van verschillende stroomvoorzieningssystemen. Zonne-energiesystemen, windturbines, elektrische auto's, huishoudelijke apparaten met oplaadbare batterijen, computersystemen met UPS's, telecommunicatie, bewakingssystemen, enz. zijn uitgerust met duurzame batterijen.

De batterijen worden opgeladen vanuit een AC- of DC-stroombron. Echter, de AC-spanning moet eerst worden gelijkgericht, wat op zichzelf een technisch probleem is bij hogere vermogensniveaus.

De meeste AC/DC-opladers en ook oplaadmodules in de omvormers hebben een gepulseerd stroomverbruik en de meeste van hen laden het batterijopslagapparaat op een gepulseerde manier:

Huidig verbruik (groen) van de oplader

Oplaadstroom (groen) van de batterij

De netspanning wordt in geel weergegeven. In het geval van laders of oplaadmodules zonder vermogensfactorcorrectie worden alleen de maxima van de sinusgolf verbruikt.

De puls-stroomverbruik heeft een arbeidsfactor van 0,5-0,6, wat leidt tot een hoge reactief vermogen. Bij gebruik van het openbare elektriciteitsnet zijn er minder problemen omdat meerdere stroomverbruikers parallel draaien en elkaar in evenwicht houden.

Bij het gebruik van een wisselstroomgenerator ontstaan echter diverse technische problemen, waardoor u niet meer dan de helft van het nominale vermogen van de generator kunt gebruiken en er maatregelen moeten worden genomen om het circuit te stabiliseren tegen de harmonischen die worden veroorzaakt door pulsachtige stroomafname.

In de praktijk leidt dit vaak tot een onstabiele werking van de oplader en zelfs tot schade aan de generator, zoals oververhitte wikkelingen, een kapotte spanningsregelaar of omvormermodule.

Een conventionele generator mag niet worden gebruikt als noodstroomvoorziening voor een UPS of een omvormer, aangezien de laadmodule de spanning kan vervormen, wat op zijn beurt de te leveren elektriciteitsverbruikers beïnvloedt. Generatoren met omvormertechnologie zijn hier beter geschikt voor, maar u moet rekening houden met beperkingen in prestaties.

DC-GENERATOREN als energiebron voor batterijopslag lossen het probleem op een andere manier op en hebben in dat opzicht veel voordelen.

De KS 48V-DC is direct verbonden met de batterij of 48V-verzamelrail en vervult dezelfde functie als andere gelijkstroombronnen zoals een zonneveld of windturbine met een laadregelaar.

Het opladen van de batterij via de zonne-laadregelaar is ingewikkeld, afhankelijk van het stroomverbruik van de omvormer:

Op de afbeelding links wordt er geen stroom van de omvormer afgenomen om het huis van stroom te voorzien, en op de afbeelding rechts wordt de stroom in pulsen afgenomen om een sinusgolf te creëren.

De DC-generator heeft meerdere wikkelingen en elektronische besturing, waardoor de uitgangsstroom veel gelijkmatiger is. Zo ziet de laadstroom (in groen) van een LiFePO₄-batterij (een extreem geval) eruit bij een stroom van 40A en 70A (rms-waarde):

De rimpel in de uitgangsspanning van de DC-generator is zeer laag, wat nog steeds een rimpel in de laadstroom in een LiFePO₄-batterij kan veroorzaken. Naarmate de laadstroom toeneemt, neemt het verschil tussen de eigen spanning van de batterij en de spanning van de generator toe, wat kan leiden tot een vermindering van de rimpel in de laadstroom.

Een DC-generator om de batterijen op te laden is vanuit alle gezichtspunten een goede oplossing en in sommige gevallen is er geen betere, zo niet enige, alternatieve optie.

Bijvoorbeeld, met netgekoppelde omvormers met noodstroomfunctie en met een DC-batterijopslag, is er geen mogelijkheid om een AC-generator te gebruiken in plaats van het openbare elektriciteitsnet, aangezien een dergelijke generator beschadigd kan raken door terugvoer van stroom. De gelijkstroom batterijopslag kan alleen worden opgeladen vanuit een gelijkstroombron.

Könner & Söhnen werkt er voortdurend aan om onze klanten goede oplossingen te kunnen bieden. Een betrouwbare stroomvoorziening is uiterst belangrijk en de DC-generatoren van Könner & Söhnen zouden hierin een belangrijke rol moeten spelen.

De KS 48V-DC gelijkstroomgenerator is speciaal ontwikkeld voor 48V batterijopslag waarvan het werkspanningsbereik overlapt met het 48-54V bereik.

Hier zijn de parameters van de meest voorkomende batterijen ter vergelijking:

Het is van groot belang om aandacht te besteden aan parameters zoals de maximale laadspanning, de aanbevolen stroomsterkte en de bruikbare capaciteit:

De maximale uitgangsspanning van de KS 48V-DC is zodanig gekozen dat er geen overlading optreedt, zelfs niet bij AGM- en loodzuuraccu's. Dit bevindt zich in het gebied van druppellading en kan de accu's niet beschadigen, zelfs niet als de generator meerdere uren draait.

Als de spanning op de 48V-busbar stijgt naar 57V (bijvoorbeeld door andere DC-stroombronnen), stopt de generator onmiddellijk, ongeacht de modus.

De lithiumbatterijen zijn uitgerust met BMS-controllers, die ook overbelasting voorkomen.

Het spanningsbereik van 48-54V past op de meeste 48V stroomrails. De spanningsval in de kabels van de generator naar de 48V stroomrails moet ook in aanmerking worden genomen, wat 0,5-1,0V kan zijn, afhankelijk van de stroomsterkte.

De KS 48V-DC werkt als een oplader of een laadmodule met een IU-karakteristiek:

Het vervult dezelfde functie als elke andere DC-bron die is aangesloten op de 48V-bus, en levert stroom aan het systeem wanneer dat nodig is.

Verschillende functie-algoritmen kunnen worden geïmplementeerd met behulp van de bestaande AUTO- of EXTERNAL CONTROL-modus. Bij de keuze tussen AUTO- en EXTERNAL CONTROL-modus moeten de speciale kenmerken van het te leveren systeem in aanmerking worden genomen. Wanneer de generator draait en de enige bron van DC-vermogen op de 48V-bus is, neemt deze vrijwel de gehele stroomvoorziening over, aangezien de uitgangsspanning dan iets boven de accuspanning blijft.

Als de gemiddelde energiebehoefte meer dan 50% van het nominale vermogen van de generator is (bijv. telecommunicatiesystemen), raden wij aan om meerdere KS 48V-DC te gebruiken om het vermogen te verhogen:

Het totale nominale vermogen van de parallel geschakelde DC-generatoren moet minstens twee keer zo hoog zijn als het gemiddelde energieverbruik van de aangesloten stroomverbruikers, zodat een ononderbroken werking op de lange termijn kan worden gegarandeerd. Bijvoorbeeld, de helft van de DC-generatoren kan draaien terwijl de andere helft kan worden afgekoeld, onderhouden of bijgetankt.

In de AUTO-modus zou een dergelijk systeem ook zelfregulerend zijn. Zelfs een kleine afwijking in de startspanning van de generator betekent dat de 1e generator als eerste start en de anderen volgen wanneer de accuspanning blijft dalen als de output van de 1e generator alleen niet voldoende is. Als de uitgangsstroom van een van de actieve generatoren onder de 20A daalt, wordt deze binnen 30 seconden uitgeschakeld terwijl de andere generatoren blijven draaien.

Indien andere gelijkstroombronnen actief worden op de 48V-verzamelrail (laadmodule van de omvormer of de UPS, AC/DC-omvormer, laadregelaar van de PV-modules of de windturbine, enz.) en de stroomvoorziening gedeeltelijk of volledig overnemen, wordt de stroomafname op de KS 48V-DC en wanneer deze in AUTO-modus is, schakelt de regelaar de generator uit. Indien meerdere KS 48V-DC parallel moeten draaien, worden ze één voor één uitgeschakeld en blijven alleen diegene draaien waar het stroomverbruik meer dan 20A bedraagt.

Dit bespaart brandstof omdat de motor niet draait bij lage belasting, maar in het economische snelheidsbereik.

In de EXTERNE CONTROLE-modus worden de KS 48V-DC alleen in- en uitgeschakeld via externe potentiaalvrije "droge" contacten, met uitzondering van de overspanningsbeveiliging, die de generator uitschakelt bij 57V.

BEDIENING  IN AUTOMATISCHE MODUS

De generator in AUTO-modus bewaakt de spanning van de te leveren batterij en start automatisch wanneer de lagere spanningswaarde van 47,5-48V wordt bereikt. Reactietijd ongeveer 5 seconden.

De generator laadt de batterij op met een spanning van maximaal 53,5-54V en een stroom van maximaal 70-75A en schakelt uit zodra de spanning 53,5-54V bereikt en de laadstroom onder de 20A daalt. Reactietijd ongeveer 30 seconden.

De generator kan op elk moment worden gestart door op de START-knop te drukken, ongeacht de accuspanning, maar zal binnen 30 seconden worden gestopt nadat de stroomafname onder de 20A komt.

De groene signaallamp (bedrijfsweergave) brandt continu wanneer de stroomafname meer dan 20A bedraagt en knippert wanneer de stroomafname minder dan 20A is.

Indien het stroomverbruik in het betreffende geval technisch gezien nooit onder de 20A (48V stroomrail) mag komen, dient de EXTERNE CONTROLE-modus te worden gebruikt zodat de generator niet continu draait.

WERKING IN EXTERNE CONTROLEMODUS

De generator in EXTERNE CONTROLE-modus wordt gestart door de contacten van de CONTROLETERMINAL te sluiten en gestopt door ze te openen. Deze modus maakt het mogelijk de generator optimaal aan te passen aan verschillende batterijopslagsystemen door externe besturing van apparaten met potentiaalvrije "droge" contacten, wat het toepassingsbereik van de generator aanzienlijk vergroot. Met de jumper tussen de contacten van de CONTROLETERMINAL start de generator onmiddellijk zodra de draaischakelaar in de AAN-positie wordt gezet en stopt wanneer deze in de UIT-positie staat. Dergelijk gebruik wordt aanbevolen om de generator handmatig te kunnen starten en stoppen, ongeacht de batterijspanning.

Veel apparaten zijn uitgerust met potentiaalvrije "droge" contacten (omvormers, UPS's, batterijen met BMS-controllers, batterijmonitoren, tijdrelais, enz.) en dit maakt het mogelijk om alle mogelijke algoritmen voor het gebruik van generatoren te implementeren.

OVERSCHRIJDING VAN SPANNING en OVERBELASTINGSBESCHERMING

Als de spanning op de 48V verzamelrail of de te leveren batterij om welke reden dan ook stijgt tot 57V of hoger, schakelt de generator onmiddellijk uit.

De uitgangsspanning van de generator wordt verlaagd wanneer de maximale stroom wordt overschreden en kan lager zijn dan 48V, maar als deze te laag wordt, wordt dit herkend als een kortsluiting en wordt de generator onmiddellijk uitgeschakeld.

Het is normaal dat de rode LED oplicht tijdens het opladen met maximale stroom. Dit betekent alleen dat de maximale uitgangsstroom van de generator is bereikt.

BESCHERMING BIJ LAGE BRANDSTOF- OF MOTOROLIESTAND

Als de brandstof op is, stopt de motor.

Als het oliepeil te laag is (gele LED gaat branden), stopt de motor onmiddellijk.

Als aan de startvoorwaarden is voldaan (de accuspanning is lager dan 47,5-48V in AUTO-modus of de EXTERNAL CONTROL-contacten zijn kortgesloten in EXTERNAL CONTROL-modus), probeert de motor 5 keer te starten en als dit niet lukt, verschijnt er een foutmelding (rode LED knippert).

EENVOUDIGE SERVICE 

De generator heeft geen eigen accu en wordt gestart door de te leveren accu. De te leveren accu heeft doorgaans een capaciteit van enkele kWh en zelfs bij een lage lading is er nog meer dan genoeg energie om de generator te starten, zelfs na meerdere pogingen. Dit elimineert de noodzaak voor regelmatig onderhoud van de accu van de generator, zoals gebruikelijk is bij bijvoorbeeld wisselstroomgeneratoren, en verhoogt de betrouwbaarheid van de noodstroomvoorziening wanneer de generator zelden wordt gebruikt.

Bij de generator moet er echter op worden gelet dat de houdbaarheid van de brandstof niet wordt overschreden. Wij raden aan om alleen duurzame benzine met een octaangetal van 90-95 als brandstof te gebruiken, waarbij aandacht moet worden besteed aan mogelijke afzettingen in de carburateur en deze tijdig af te tappen afhankelijk van de houdbaarheid van de benzine.

Het is ook belangrijk om aandacht te besteden aan de houdbaarheid van de motorolie. Deze moet worden vervangen, hetzij elke 12-18 maanden volgens de specificaties van de fabrikant, hetzij elke 50 bedrijfsuren.

Het luchtfilter dient te worden vervangen afhankelijk van hoe vuil het is.

BELANGRIJKE OPMERKING: 

De gelijkstroomgenerator KS 48V-DC mag alleen worden gebruikt met 48V-batterijen, die in de bovenstaande tabel zijn vermeld. Het is van essentieel belang om aandacht te besteden aan de parameters van het gehele stroomvoorzieningssysteem. In systemen waar de 48V-rails uitsluitend door de omvormer worden gevoed, moet ervoor worden gezorgd dat andere DC-stroombronnen op de 48V-rails kunnen worden aangesloten en dat er geen storingen in de regelaar (vooral bij energiebeheer op basis van energiestromen) van de installatie worden veroorzaakt.

DISCLAIMER:

Deze instructies kunnen alleen als aanbeveling worden beschouwd, zijn illustratief en moeten worden aangepast aan de exacte lokale omstandigheden en voorwaarden tijdens de installatie. De installatie zelf dient te worden uitgevoerd in overeenstemming met alle normen en voorschriften. Wij aanvaarden geen verantwoordelijkheid voor onjuiste installaties en de gevolgen daarvan.