Natrium-ion batterij De accu kan de opstartbelasting van pompmotoren alleen aan als het systeem is ontworpen voor de opstartstroom, en niet alleen voor het bedrijfvermogen. Pompmotoren kunnen tijdens het opstarten een stroom nodig hebben die meerdere malen hoger is dan hun normale stroomsterkte; daarom zijn schattingen van „5–8ד alleen bruikbaar voor een eerste selectie. De definitieve dimensionering moet worden gebaseerd op de gegevens op het typeplaatje van de motor, de gegevens bij geblokkeerde rotor, de limieten van de omvormer en tests in de praktijk.
Zelfs als er voldoende kWh beschikbaar is, kan de pomp uitvallen als de omvormer uitschakelt, het BMS de verbinding verbreekt of de spanningsdaling de uitschakelgrens overschrijdt. De hamvraag is of het systeem de startstroom, de acceleratietijd, de spanningsdaling en herhaalde starts aankan zonder een beveiligingsgrens te overschrijden.
Dit artikel gaat over wisselstroompompen die via een omvormer worden aangedreven. Voor gelijkstroompompen moet u ook het spanningsbereik van de regelaar, de maximale motorstroom, de kabelverliezen en de piekstroomcapaciteit van het BMS controleren.
Kamada Power 48 V 200 Ah natrium-ionbatterij
Het opstarten van een pomp is in de eerste plaats een stroomvoorzieningsprobleem en pas in de tweede plaats een energieprobleem
Bij de werking van een pomp zijn er twee verschillende eisen: het starten en het draaien. Het vermogen tijdens het draaien bepaalt hoe lang de pomp kan werken, terwijl het startvermogen bepaalt of de pomp überhaupt kan starten. Dit zijn niet dezelfde ontwerpvraagstukken.
Een pomp kan op een beheersbaar vermogensniveau draaien zodra de motor op toeren is gekomen, maar tijdens het opstarten kan er gedurende korte tijd een veel hogere stroomsterkte nodig zijn. De accu, de omvormer, het BMS, de kabels, de zekeringen, de connectoren en de regelaar moeten die korte piek kunnen doorstaan voordat de bedrijfstijd überhaupt van belang is.
Voor natrium-ion-opslag betekent dit dat capaciteit alleen niet voldoende is. Een groter accupakket kan de gebruiksduur weliswaar verlengen, maar als de piekstroomlimiet van het BMS, de piekbelasting van de omvormer of het DC-kabeltraject het opstarten niet aankunnen, kan de pomp toch weigeren te starten.
Dit is het meest voorkomende misverstand bij projecten voor reservepompen: voldoende energie betekent niet altijd voldoende opstartvermogen.
Het type pomp beïnvloedt de uitdaging bij het opstarten
Niet elke pomp veroorzaakt dezelfde opstartbelasting. Een kleine circulatiepomp, irrigatiepomp, diepputpomp, drukverhogingspomp, dompelpomp, overpomppomp en industriële procespomp kunnen het systeem op verschillende manieren belasten.
Sommige pompen starten moeiteloos, terwijl andere te kampen hebben met weerstand door druk, opvoerhoogte, leidingweerstand, terugslagkleppen of een zware mechanische belasting. Een pomp die in de ene installatie moeiteloos start, kan in een andere installatie moeite hebben omdat de hydraulische omstandigheden daar anders zijn.
De motor en de pomp moeten daarom gezamenlijk worden beoordeeld. Een accusysteem dat een pomp met lichte belasting kan starten, is mogelijk niet in staat om dezelfde motor te starten als deze is aangesloten op een diepere put, een grotere opvoerhoogte, een stroef terugslagklep, een lange leiding of een drukvat, waardoor het startkoppel toeneemt.
Als de motor er langer over doet om op te trekken, blijft de hoge stroomsterkte langer aanhouden. Het BMS, de omvormer en de kabels staan dan gedurende een langere periode onder belasting. De accu houdt niet alleen rekening met het nominale vermogen van de motor, maar ook met de werkelijke startomstandigheden.
De omvormer moet de stroomstoot doorstaan
Bij wisselstroommotoren voor pompen is de omvormer vaak het eerste onderdeel dat de prestaties beperkt. Deze moet de gelijkstroom van de accu omzetten in wisselstroom en tegelijkertijd de startstroom van de pomp kunnen verwerken. Als het piekvermogen van de omvormer te laag is, kan deze defect raken nog voordat de accu daadwerkelijk het probleem vormt.
Als de lagedrempel voor de spanningsuitschakeling van de omvormer te hoog is ingesteld, kan deze uitschakelen wanneer de gelijkstroom-ingangsspanning tijdens het opstarten daalt. Als de herstartlogica niet goed is, kan de pomp herhaaldelijk in- en uitschakelen, wat tot extra slijtage leidt.
Een natrium-ion-accu kan weliswaar stroom leveren, maar de omvormer moet dit ook kunnen verwerken. Daarom moet het opstarten van de pomp worden gecontroleerd aan de ingang van de omvormer, en niet alleen aan de accupolen.
De omvormer baseert zijn beslissing op de spanning die hij meet, rekening houdend met kabelverlies, zekeringverlies, connectorweerstand, spanningsval in het BMS en de interne weerstand van het accupakket. Een accu die in goede staat verkeert, kan voor de omvormer toch zwak lijken als het gelijkstroompad te klein is gedimensioneerd.
Het BMS moet worden gedimensioneerd op basis van de piekstroom en de duur
Bij de keuze van het BMS mag niet uitsluitend naar de continue ontlaadstroom worden gekeken. Bij het opstarten van de pomp kan er een korte piekstroom nodig zijn. Als de piekstroomlimiet van het BMS te laag is, kan het accupakket worden uitgeschakeld voordat de pomp op toeren komt.
Als de piekduur te kort is, kan de motor gaan draaien en vervolgens weer stoppen. Als de temperatuurbeveiliging van het BMS bijna zijn limiet bereikt, kunnen herhaalde startpogingen leiden tot warmteopbouw, zelfs als elke startpoging maar kort duurt.
Hier komt de opslag van natrium-ionen als een ontwerpvraagstuk voor de complete batterijpakketten naar voren. De cellen, de vermogensfase van het BMS, de busbars, de interne bedrading, de schakelaars of MOSFET’s, de aansluitklemmen, de zekeringen, de connectoren en het externe kabeltraject vormen samen één opstartstroomketen.
Het zwakste onderdeel bepaalt of het systeem de pomp start. Een hogere Ah-waarde lost een piekstroomprobleem in het BMS niet automatisch op. De capaciteit is van invloed op de looptijd. Het ontwerp van het stroompad bepaalt of de motor kan starten.
Een spanningsdaling is meestal de verborgen oorzaak
Het opstarten van de pomp mislukt vaak doordat de spanning gedurende een korte tijd te sterk daalt. Tijdens het opstarten zorgt een hoge stroomsterkte ervoor dat de spanning daalt over de cellen, het BMS, de verzamelrails, de kabels, de zekeringen en de connectoren.
Als de ingangsspanning van de omvormer onder de uitschakelgrens daalt, schakelt de omvormer uit. Als het accupakket een door het BMS vastgestelde grens voor lage spanning of overstroom overschrijdt, kan het BMS de verbinding verbreken. Nadat de pomp is gestopt, kan de spanning weer stijgen, waardoor de storing moeilijk te achterhalen is.
Een veelgehoorde klacht in de praktijk is: “De accu geeft nog steeds aan dat hij opgeladen is, maar de pomp wil niet starten.” Dat kan kloppen. Het accupakket heeft misschien nog wel energie, maar het systeem kan de spanning tijdens het opstarten simpelweg niet hoog genoeg houden.
Bij pomptoepassingen is de spanning onder belasting belangrijker dan de spanning in rust. Een controle van de spanning zonder belasting geldt niet als validatie bij het opstarten.
Een lage SOC en koude omstandigheden maken het opstarten moeilijker
Een pomp die bij volledige lading start, kan bij een lagere SOC uitvallen. Naarmate de accu leegraakt, neemt de spanningsmarge af, en dezelfde startstroom kan de spanning onder de uitschakelgrens van de omvormer of het beveiligingspunt van het BMS doen dalen.
Als het systeem buiten of in koude omgevingen wordt gebruikt, kunnen de interne weerstand en spanningsdalingen een groter probleem vormen, afhankelijk van het uiteindelijke ontwerp van het accupakket en de temperatuuromstandigheden.
Natrium-ionchemie biedt mogelijk interessante mogelijkheden bij lage temperaturen, met name voor pomptoepassingen in de buitenlucht en op afgelegen locaties. Het vermogen om bij lage temperaturen te ontladen betekent echter niet automatisch dat de pomp in de winter met een hoge stroomsterkte kan worden opgestart.
Het opstarten van de pomp hangt nog steeds af van de validatie van de piekstroom bij een volgeladen accu, de limieten van het BMS, de piekstroomcapaciteit van de omvormer, de kabelweerstand, de spanningsdaling bij een lage SOC en het herstel na herhaaldelijk opstarten.
Of het nu gaat om watersystemen, irrigatie, zonne-energieaangedreven pompen op afgelegen locaties, landbouwmachines, koeling voor telecommunicatieapparatuur of industriële noodstroomvoorzieningen: de zware omstandigheden bestaan vaak niet uit een volledige SOC bij mild weer. Het gaat om een lage SOC, lage temperaturen, lange kabeltrajecten en het opnieuw opstarten van de pomp onder werkelijke druk.
Meerdere starts kunnen zwaarder zijn dan één start
Een eenmalige opstarttest is nuttig, maar biedt mogelijk geen volledig beeld van de werking van de toepassing. Veel pompen starten niet één keer op om vervolgens continu te draaien. Ze werken in cycli.
Een drukpomp kan herhaaldelijk starten. Een dompelpomp kan met tussenpozen draaien. Een irrigatiesysteem kan per zone starten en stoppen. Een koel- of procespomp kan na besturingssignalen opnieuw starten. Elke start veroorzaakt een nieuwe spanningspiek.
Herhaaldelijk starten kan de omvormer, het BMS, de kabels, de zekeringen, de connectoren en de motor doen opwarmen. Het kan ook problemen met het herstel aan het licht brengen. Het kan gebeuren dat een systeem de pomp één keer start, maar vervolgens na de derde of vierde start uitvalt omdat er warmte is opgebouwd, de SOC is gedaald of de omvormer niet correct is hersteld.
Een natrium-ion-opslagsysteem voor pompen moet daarom worden beoordeeld op basis van het daadwerkelijke bedrijfsverloop van de pomp, en niet op basis van een eenmalige succesvolle start.
Softstarters en frequentieregelaars kunnen de batterijvereisten beïnvloeden
Een zachte starter of een frequentieregelaar kan de belasting bij het opstarten verminderen door de versnelling van de motor te regelen. Daardoor kan batterijopslag praktischer worden voor pompsystemen, vooral wanneer een directe inschakeling te veel inschakelstroom zou vergen.
Maar deze apparaten maken het afstemmen van het systeem niet overbodig. Een VFD of softstarter heeft nog steeds te maken met vereisten voor het ingangsvermogen, omzettingsverliezen, regelgedrag en beveiligingsinstellingen.
Dit kan de startstroom weliswaar verminderen, maar de accu en de omvormer moeten nog steeds voldoende vermogen leveren om de pomp op bedrijfssnelheid te brengen. Als de pomp tegen een hoge druk in moet starten of te lang nodig heeft om op snelheid te komen, kan het systeem alsnog een stroom-, spannings- of thermische grens overschrijden.
Een soft-start-ontwerp is geen manier om de dimensionering van de accu te omzeilen. Het is een hulpmiddel om het opstartproces beheersbaar te maken.
De werkelijke ondersteuningsgrens ligt op systeemniveau
Of natrium-ion-opslag een pompmotor kan voeden, hangt af van verschillende beperkingen die op elkaar moeten worden afgestemd.
| Startup Boundary | Wat er in het systeem verandert | Mislukking bij negeren |
|---|
| Inschakelstroom en acceleratietijd van de motor | Piekvermogen van de omvormer, piekstroom van het BMS, gelijkstroompad | De pomp start niet of schakelt uit tijdens het optrekken |
| Mechanische belasting van de pomp | Startkoppel en -duur | De motor trekt langer dan verwacht een hoge stroomsterkte op |
| Laadstatus (SOC) en temperatuur van de accu | Spanningsreserve en spanningsdaling | Start bij een volledig opgeladen accu, maar valt later of bij kou uit |
| Weerstand van de gelijkstroomkabel en -connector | Ingangsspanning van de omvormer tijdens een stroompiek | De omvormer detecteert een lage spanning, ook al zien de accupolen er in orde uit |
| BMS-piekgrens en herstel | Beschermingsgedrag na een stroomstoot | De accu wordt losgekoppeld of moet handmatig worden hersteld |
| Startfrequentie | Warmteontwikkeling in de omvormer, het BMS, de kabels en de motor | Werkt één keer, maar faalt bij herhaald gebruik |
Deze tabel is geen mechanische checklist. Hij geeft aan waar het ontwerp daadwerkelijk verandert. Als een grenswaarde wordt onderschat, kan het systeem uitvallen, zelfs als de nominale capaciteit voldoende lijkt.
Standaard natrium-ionopslag werkt wanneer de pompbelasting voorspelbaar is
Een standaard natrium-ion-accu kan pompmotoren van stroom voorzien wanneer de pomp klein is, de opstartstroombehoefte matig is, het piekvermogen van de omvormer toereikend is, de kabels kort zijn, er zelden wordt opgestart en de accu al is getest voor de motorbelasting.
Dat is een geldig toepassingsgeval. Een meer geavanceerd ontwerp van de unit of het systeem wordt veiliger wanneer de pomp te maken heeft met een hoog aanloopkoppel, gebruik in diepe putten, veelvuldig in- en uitschakelen, gebruik bij koude buitentemperaturen, lange kabels, herstart onder hoge druk, terugwinning via zonne-energie op afstand of onbemande werking.
Deze omstandigheden maken natrium-ion niet ongeschikt. Ze hebben wel invloed op het vereiste validatieniveau en het vereiste systeemontwerp. Het verschil zit niet in de keuze tussen standaard en maatwerk. Het verschil is of de gevalideerde grenzen van het batterijsysteem overeenkomen met het daadwerkelijke opstartgedrag van de pomp.
Zo kan een natrium-ion-accupakket dat prima geschikt is voor verlichting, noodstroomvoorziening voor communicatie of lichte omvormerbelastingen, toch een BMS-ontwerp met een hogere piekstroom nodig hebben voordat het een pompmotor betrouwbaar kan aandrijven.
Controleer het opstartmoment, niet alleen de looptijd
Een natrium-ion-batterijopslagsysteem mag niet uitsluitend voor pompmotoren worden goedgekeurd omdat het een resistieve belasting kan aandrijven of een capaciteitstest doorstaat. De relevante validatie richt zich op het opstartproces.
Dat houdt in dat de daadwerkelijke pomp, de daadwerkelijke omvormer, het daadwerkelijke kabeltraject, de daadwerkelijke drukomstandigheden, het verwachte SOC-bereik, de verwachte temperatuur en het herhaalde startpatroon moeten worden getest of gecontroleerd.
Een ‘clean’ resultaat houdt in dat de pomp start, de spanningsdaling binnen de systeemmarge blijft, de omvormer niet uitschakelt, het BMS niet onverwacht wordt uitgeschakeld en het systeem zich na een stop-startcyclus normaal herstelt.
Bij pomptoepassingen op afstand is het herstel net zo belangrijk als het opstarten. Een accu die zichzelf weliswaar beschermt, maar het pompsysteem buiten werking houdt totdat er een technicus langskomt, is geen betrouwbaar voedingssysteem.
Alvorens goedkeuring te verlenen, is het raadzaam om de volgende gegevens te controleren: de pompspanning, het nominaal vermogen of het vermogen in pk, de vollaststroom, de aanloopstroom of de gegevens bij geblokkeerde rotor, het model van de omvormer, de accuspanning, de kabellengte, de startfrequentie, de omgevingstemperatuur, het SOC-bereik en of er een VFD of een softstarter wordt gebruikt.
Conclusie
Natrium-ion batterij De accu kan de opstartbelasting van de pompmotor alleen aan als het voltooide systeem is ontworpen voor daadwerkelijke opstartomstandigheden — en niet alleen voor het nominale vermogen.
Controleer vóór goedkeuring de inschakelstroom, de acceleratietijd, de pompbelasting, de piekstroomcapaciteit van de omvormer, de piekstroomlimiet van het BMS, de spanningsdaling, de bedradingsweerstand, de SOC, de temperatuur en het aantal herhaalde starts.
Neem voor projecten op het gebied van irrigatie, drukverhoging, dompelpompen, pompen op zonne-energie op afgelegen locaties, landbouw, koeling voor telecommunicatie of industriële noodstroomvoorzieningen contact op met Kamada Power en geef daarbij de gegevens door over uw pomp, omvormer, accu, kabel, temperatuur, startfrequentie en de duur van de noodstroomvoorziening.
Neem contact met ons op vandaag. Ons team van ingenieurs kan helpen nagaan of een standaard natrium-ion-accu, een BMS-ontwerp met een hogere piekstroom, of op maat gemaakte 24V/48V natrium-ion-batterijoplossing is veiliger.
FAQ
Kan een natrium-ionbatterij een pompmotor aandrijven?
Ja, maar het uiteindelijke batterijsysteem moet worden ontworpen met het oog op de opstartbelasting van de pomp, en niet alleen op het vermogen tijdens het draaien. De belangrijkste beperkende factoren zijn de piekbelasting van de omvormer, de piekstroomcapaciteit van het BMS, spanningsdalingen, kabelweerstand, SOC, temperatuur en het gedrag bij herhaaldelijk opstarten.
Waarom start mijn pomp niet, terwijl de accu nog steeds lading aangeeft?
De accu kan nog wel voldoende energie hebben, maar de opstartstroom kan een kortstondige spanningsdaling veroorzaken. Als de ingangsspanning van de omvormer onder de uitschakelgrens daalt, of als het BMS de beveiliging tegen overstroom of te lage spanning activeert, kan de pomp uitvallen voordat de motor op toeren komt.
Heb ik een softstarter of een VFD nodig voor een pomp die op een accu werkt?
Niet altijd. Een softstarter of frequentieregelaar kan de belasting bij het opstarten verminderen, maar vormt geen vervanging voor de juiste dimensionering van de accu en de omvormer. Het systeem moet nog steeds beschikken over voldoende piekstroomcapaciteit, de juiste beveiligingsinstellingen en een daadwerkelijke validatie van het opstartproces onder de werkelijke druk en het werkelijke bedrijfspatroon van de pomp.