Baterie sodiu-ion Sistemul de stocare poate suporta sarcinile de pornire ale motorului pompei numai dacă acesta este proiectat să facă față curentului de pornire, nu doar puterii de funcționare. Motoarele pompelor pot necesita un curent de câteva ori mai mare decât cel normal în timpul pornirii, astfel încât estimările de tipul „5–8×” sunt utile doar pentru o evaluare preliminară. Dimensionarea finală trebuie să se bazeze pe datele de pe plăcuța de identificare a motorului, datele privind rotorul blocat, limitele invertorului și testele de funcționare.
Chiar și cu o cantitate suficientă de kWh, pompa se poate defecta dacă invertorul se declanșează, sistemul BMS se deconectează sau căderea de tensiune depășește pragul de decuplare. Întrebarea esențială este dacă sistemul poate face față curentului de pornire, timpului de accelerare, căderii de tensiune și pornirilor repetate fără a depăși o limită de protecție.
Acest articol se concentrează asupra pompelor de curent alternativ alimentate printr-un invertor. În cazul pompelor de curent continuu, verificați, de asemenea, intervalul de tensiune al controlerului, limita de curent a motorului, pierderile din cabluri și capacitatea sistemului de gestionare a bateriei (BMS) de a suporta curenți de vârf.
Baterie cu ioni de sodiu Kamada Power 48 V, 200 Ah
Pornirea pompei este mai întâi o problemă legată de alimentare, înainte de a fi o problemă legată de consumul de energie
Funcționarea pompei implică două cerințe diferite: pornirea și funcționarea. Energia necesară funcționării determină durata de funcționare a pompei, în timp ce puterea de pornire determină dacă pompa se poate porni sau nu. Acestea nu reprezintă aceeași problemă de proiectare.
O pompă poate funcționa la un nivel de putere gestionabil după ce motorul atinge turația de lucru, dar cuplul de pornire poate necesita un curent mult mai mare pentru o perioadă scurtă de timp. Bateria, invertorul, sistemul de gestionare a bateriei (BMS), cablurile, siguranțele, conectorii și controlerul trebuie să reziste la acest eveniment de scurtă durată înainte ca durata de funcționare să devină relevantă.
În cazul stocării cu ioni de sodiu, aceasta înseamnă că capacitatea în sine nu este suficientă. Un pachet de baterii mai mare poate prelungi autonomia, dar dacă limita de curent de vârf a sistemului de gestionare a bateriei (BMS), capacitatea de suport a supratensiunilor a invertorului sau traseul cablului de curent continuu nu pot susține pornirea, este posibil ca pompa să nu pornească.
Aceasta este cea mai frecventă neînțelegere în proiectele de rezervă pentru pompe: o cantitate suficientă de energie nu înseamnă întotdeauna o putere de pornire suficientă.
Tipul pompei influențează dificultatea pornirii
Nu toate pompele generează aceeași sarcină la pornire. O pompă mică de circulație, o pompă de irigații, o pompă pentru puțuri adânci, o pompă de susținere a presiunii, o pompă de evacuare a apei din bazinul de colectare, o pompă de transfer și o pompă industrială de proces pot solicita sistemul în moduri diferite.
Unele pompe pornesc ușor, în timp ce altele pornesc în condiții de presiune, înălțime de ridicare, rezistență a conductelor, supape de reținere sau sarcină mecanică mare. O pompă care pornește ușor într-o instalație poate întâmpina dificultăți într-o altă instalație, deoarece condițiile hidraulice sunt diferite.
Prin urmare, motorul și pompa trebuie evaluate împreună. Un sistem de baterii care poate porni o pompă cu sarcină redusă s-ar putea să nu poată porni același motor dacă acesta este conectat la un puț mai adânc, la o înălțime de ridicare mai mare, la o supapă de reținere blocată, la o conductă lungă sau la un rezervor sub presiune, condiții care cresc cuplul de pornire.
Dacă motorul accelerează mai lent, curentul ridicat se menține mai mult timp. Astfel, sistemul de gestionare a bateriei (BMS), invertorul și cablurile rămân supuse la solicitări pentru o perioadă mai lungă. Bateria nu ține cont doar de puterea nominală a motorului, ci și de condițiile reale de pornire.
Invertorul trebuie să reziste la supratensiune
În cazul motoarelor de pompă cu curent alternativ, invertorul este adesea primul dispozitiv limitativ. Acesta trebuie să transforme curentul continuu al bateriei în curent alternativ, gestionând în același timp vârful de curent de la pornirea pompei. Dacă capacitatea de suport a vârfurilor de curent a invertorului este prea mică, acesta se poate defecta înainte ca bateria să devină cu adevărat problema.
Dacă pragul de întrerupere la tensiune scăzută al invertorului este prea ridicat, acesta se poate opri atunci când tensiunea de intrare de curent continuu scade în timpul pornirii. Dacă logica de repornire este deficitară, pompa poate porni și opri în mod repetat, generând o solicitare suplimentară.
O baterie cu ioni de sodiu poate fi capabilă să furnizeze curent, dar invertorul trebuie totuși să accepte acest curent. De aceea, pornirea pompei trebuie verificată la intrarea invertorului, nu doar la bornele bateriei.
Invertorul ia decizia pe baza tensiunii pe care o detectează, ținând cont de pierderile din cabluri, pierderile din siguranțe, rezistența conectorului, căderea de tensiune din BMS și rezistența internă a pachetului de baterii. O baterie în stare bună poate părea totuși slabă pentru invertor dacă circuitul de curent continuu nu are o capacitate suficientă.
Sistemul BMS trebuie dimensionat în funcție de curentul de vârf și de durata acestuia
Sistemul BMS nu trebuie selectat doar pe baza curentului de descărcare continuu. Pornirea pompei poate necesita un curent de vârf de scurtă durată. Dacă limita de curent de vârf a sistemului BMS este prea scăzută, bateria se poate deconecta înainte ca pompa să atingă viteza de funcționare.
Dacă durata de vârf este prea scurtă, motorul se poate pune în mișcare și apoi se poate opri. Dacă protecția termică a sistemului BMS se apropie de limita sa, pornirile repetate pot duce la acumularea de căldură, chiar și atunci când fiecare pornire este de scurtă durată.
Aici, stocarea cu ioni de sodiu devine o problemă legată de proiectarea pachetului final. Celulele, etapa de putere a sistemului de gestionare a bateriei (BMS), barele colectoare, cablajul intern, contactorii sau MOSFET-urile, bornele, siguranțele, conectorii și traseul cablurilor externe formează toate un singur lanț de curent de pornire.
Componenta cea mai slabă este cea care determină dacă sistemul pornește pompa. O capacitate mai mare exprimată în Ah nu rezolvă automat o problemă legată de curentul de vârf al sistemului de gestionare a bateriei (BMS). Capacitatea influențează durata de funcționare. Proiectarea circuitului de curent determină dacă motorul poate porni.
Căderea de tensiune este, de obicei, factorul declanșator ascuns
Pornirea pompei eșuează adesea din cauza unei scăderi prea mari a tensiunii pe o perioadă scurtă de timp. În timpul pornirii, curentul ridicat provoacă o scădere a tensiunii la nivelul celulelor, al sistemului BMS, al barelor colectoare, al cablurilor, al siguranțelor și al conectorilor.
Dacă tensiunea de intrare a invertorului scade sub pragul de decuplare, invertorul se decuplează. Dacă pachetul de baterii depășește o limită de joasă tensiune sau de supracurent stabilită de BMS, BMS-ul se poate deconecta. După oprirea pompei, tensiunea poate reveni la valori normale, ceea ce poate face ca defecțiunea să pară confuză.
O plângere frecventă din domeniu este: „Bateria încă indică că este încărcată, dar pompa nu pornește.” Este posibil să fie așa. Bateria poate să mai aibă încă energie, dar sistemul pur și simplu nu poate menține tensiunea la un nivel suficient de ridicat în timpul procesului de pornire.
În cazul aplicațiilor cu pompe, tensiunea sub sarcină este mai importantă decât tensiunea în repaus. Verificarea tensiunii fără sarcină nu constituie o validare a punerii în funcțiune.
Un nivel scăzut al SOC și temperaturile scăzute îngreunează pornirea
O pompă care pornește când bateria este complet încărcată poate suferi o defecțiune la un nivel mai scăzut al SOC. Pe măsură ce bateria se descarcă, marja de tensiune se reduce, iar același vârf de tensiune la pornire poate determina scăderea tensiunii sub pragul de decuplare al invertorului sau sub punctul de protecție al BMS.
Dacă sistemul funcționează în aer liber sau în medii reci, rezistența internă și căderile de tensiune pot deveni o problemă mai serioasă, în funcție de designul final al pachetului de baterii și de condițiile de temperatură.
Chimia ionilor de sodiu ar putea oferi un potențial util la temperaturi scăzute, în special pentru aplicațiile cu pompe utilizate în aer liber și în zone izolate. Totuși, capacitatea de descărcare la temperaturi scăzute nu garantează automat capacitatea de pornire a pompelor la curent ridicat în timpul iernii.
Pornirea pompei depinde în continuare de validarea curentului de vârf al bateriei asamblate, de limitele BMS, de capacitatea de suport a supratensiunilor a invertorului, de rezistența cablului, de căderea de tensiune la un nivel scăzut al SOC și de recuperarea după porniri repetate.
În cazul sistemelor de alimentare cu apă, al irigațiilor, al pompelor solare la distanță, al echipamentelor agricole, al sistemelor de răcire pentru telecomunicații sau al sistemelor industriale de rezervă, condițiile dificile nu sunt adesea reprezentate de un nivel SOC maxim în condiții meteorologice blânde. Acestea constau în nivel SOC scăzut, temperatură scăzută, traseu lung al cablului și repornirea pompei sub presiune reală.
Pornirile repetate pot fi mai dificile decât o singură pornire
Un singur test de pornire este util, dar s-ar putea să nu fie suficient pentru a verifica întreaga aplicație. Multe pompe nu pornesc o singură dată și funcționează continuu. Ele funcționează ciclic.
O pompă de presiune se poate porni în mod repetat. O pompă de vidanjare poate funcționa în rafale. Un sistem de irigații se poate porni și opri pe zone. O pompă de răcire sau de proces se poate repornire în urma unor semnale de comandă. Fiecare pornire generează un nou eveniment de supratensiune.
Pornirile repetate pot provoca supraîncălzirea invertorului, a sistemului BMS, a cablurilor, a siguranțelor, a conectorilor și a motorului. De asemenea, acestea pot evidenția probleme de recuperare. Un sistem poate porni pompa o singură dată, apoi să se defecteze după a treia sau a patra pornire din cauza acumulării de căldură, a scăderii nivelului de încărcare (SOC) sau a faptului că invertorul nu s-a recuperat corect.
Prin urmare, un sistem de stocare cu ioni de sodiu destinat pompelor ar trebui evaluat în funcție de regimul real de funcționare al pompei, și nu pe baza unei singure porniri reușite.
Dispozitivele de pornire progresivă și variatoarele de frecvență pot modifica cerințele privind bateria
Un dispozitiv de pornire progresivă sau un convertor de frecvență poate reduce solicitările la pornire prin controlul modului în care motorul accelerează. Acest lucru poate face ca stocarea în baterii să fie mai practică pentru sistemele de pompare, în special în cazul în care pornirea directă ar necesita un curent de vârf prea mare.
Însă aceste dispozitive nu elimină necesitatea adaptării la sistem. Un convertizor de frecvență (VFD) sau un starter electronic prezintă în continuare cerințe privind puterea de intrare, pierderi de conversie, comportamentul de control și setările de protecție.
Este posibil ca acest lucru să reducă curentul de pornire, dar bateria și invertorul trebuie totuși să furnizeze suficientă energie pentru ca pompa să atingă viteza de funcționare. Dacă pompa pornește în condiții de presiune ridicată sau dacă îi ia prea mult timp să accelereze, sistemul poate depăși totuși o limită de curent, tensiune sau temperatură.
Proiectarea cu pornire progresivă nu reprezintă o scurtătură pentru stabilirea capacității bateriei. Este un instrument care permite gestionarea procesului de pornire.
Adevărata limită a suportului se află la nivel de sistem
Faptul că un sistem de stocare cu ioni de sodiu poate alimenta un motor de pompă depinde de mai multe condiții limită care trebuie îndeplinite simultan.
| Limitele unei startup-uri | Ce se schimbă în sistem | Eșec dacă este ignorat |
|---|
| Curentul de pornire al motorului și timpul de accelerare | Capacitatea de suport a supratensiunilor a invertorului, curentul de vârf al sistemului BMS, calea curentului continuu | Pompa nu pornește sau se oprește în timpul accelerării |
| Sarcina mecanică a pompei | Cuplul de pornire și durata | Motorul consumă un curent ridicat pentru o perioadă mai lungă decât se aștepta |
| Nivelul de încărcare al bateriei (SOC) și temperatura | Rezerva de tensiune și căderea de tensiune | Pornește când bateria este complet încărcată, dar se oprește ulterior sau la temperaturi scăzute |
| Rezistența cablului de curent continuu și a conectorului | Tensiunea de intrare a invertorului în timpul unei supratensiuni | Invertorul detectează o tensiune scăzută chiar și atunci când bornele bateriei par să fie în stare bună |
| Limita de vârf și recuperarea BMS | Comportamentul sistemului de protecție după o supratensiune | Bateria se deconectează sau necesită repornire manuală |
| Frecvența de pornire | Acumularea de căldură în invertor, sistemul BMS, cabluri și motor | Funcționează o singură dată, dar se defectează în urma unor cicluri repetate |
Acest tabel nu este o listă de verificare mecanică. El arată unde se produc efectiv modificările de proiectare. Dacă vreo limită este subestimată, sistemul poate ceda chiar și atunci când capacitatea nominală pare suficientă.
Sistemul standard de stocare cu ioni de sodiu funcționează atunci când sarcina pompei este previzibilă
Un pachet standard de stocare cu ioni de sodiu poate alimenta motoarele pompelor atunci când pompa este de dimensiuni reduse, cerințele de pornire sunt moderate, capacitatea de vârf a invertorului este suficientă, traseele cablurilor sunt scurte, pornirile sunt rare, iar pachetul a fost deja validat pentru sarcina motorului.
Acesta este un caz de utilizare valabil. Un pachet sau un sistem proiectat mai complex devine mai sigur atunci când pompa prezintă un cuplu de pornire ridicat, funcționează în puțuri adânci, are cicluri frecvente de funcționare, funcționează în condiții de temperaturi scăzute în exterior, are cabluri lungi, repornire la presiune ridicată, recuperare solară la distanță sau funcționează fără supraveghere.
Aceste condiții nu fac ca tehnologia cu ioni de sodiu să fie nepotrivită. Ele modifică nivelul de validare și de proiectare a sistemului necesar. Diferența nu constă între o soluție standard și una personalizată. Diferența constă în faptul dacă limitele validate ale sistemului de baterii corespund comportamentului real al pompei la pornire.
De exemplu, un pachet de baterii cu ioni de sodiu care funcționează bine pentru iluminat, alimentarea de rezervă a sistemelor de comunicații sau sarcini ușoare ale invertoarelor poate avea totuși nevoie de un sistem BMS proiectat pentru un curent de vârf mai mare înainte de a putea alimenta în mod fiabil un motor de pompă.
Verificați momentul pornirii, nu doar timpul de funcționare
Un sistem de stocare cu baterii cu ioni de sodiu nu ar trebui aprobat pentru motoarele de pompă doar pentru că poate alimenta o sarcină rezistivă sau poate trece un test de capacitate. Validarea utilă vizează momentul pornirii.
Asta înseamnă testarea sau verificarea pompei reale, a invertorului real, a traseului real al cablurilor, a condițiilor reale de presiune, a intervalului preconizat al nivelului de încărcare (SOC), a temperaturii preconizate și a tiparului de pornire repetată.
Un rezultat corect înseamnă că pompa pornește, că scăderea de tensiune rămâne în limitele admise de sistem, că invertorul nu se declanșează, că sistemul de gestionare a bateriei (BMS) nu se deconectează în mod neașteptat și că sistemul revine la normal după un ciclu de pornire-oprire.
În cazul aplicațiilor cu pompe la distanță, reluarea funcționării este la fel de importantă ca și pornirea. O baterie care se protejează singură, dar lasă sistemul de pompare oprit până la sosirea unui tehnician, nu reprezintă un sistem de alimentare fiabil.
Înainte de aprobare, este util să se verifice tensiunea pompei, puterea nominală sau puterea în cai-putere, curentul la sarcină maximă, curentul de pornire sau datele privind rotorul blocat, modelul invertorului, tensiunea bateriei, lungimea cablului, frecvența de pornire, temperatura ambiantă, intervalul SOC, precum și dacă se utilizează un variator de frecvență (VFD) sau un starter soft.
Concluzie
Baterie sodiu-ion Sistemul de stocare poate suporta sarcinile de pornire ale motorului pompei numai dacă sistemul final este proiectat pentru condițiile reale de pornire — nu doar pentru capacitatea nominală.
Înainte de aprobare, verificați curentul de pornire, timpul de accelerare, sarcina pompei, capacitatea de suport a invertorului la supratensiuni, limita curentului de vârf a sistemului BMS, căderea de tensiune, rezistența cablajului, SOC, temperatura și pornirile repetate.
Pentru proiecte de irigații, pompare de presiune, pompare din bazine de colectare, pompare solară la distanță, ferme, răcire pentru telecomunicații sau sisteme industriale de rezervă, contactați Kamada Power și furnizați detalii privind pompa, invertorul, bateria, cablul, temperatura, frecvența de pornire și durata de funcționare în regim de rezervă.
Contactați-ne astăzi. Echipa noastră de ingineri vă poate ajuta să verificați dacă este mai potrivit un pachet standard cu ioni de sodiu, un sistem BMS proiectat pentru un curent de vârf mai mare sau soluție personalizată de baterii cu ioni de sodiu de 24 V/48 V este mai sigur.
ÎNTREBĂRI FRECVENTE
Poate o baterie cu ioni de sodiu să alimenteze un motor de pompă?
Da, dar sistemul de baterii final trebuie proiectat pentru sarcina de pornire a pompei, nu doar pentru puterea sa de funcționare. Limitele cheie sunt capacitatea de suport a vârfurilor de tensiune a invertorului, capacitatea de curent de vârf a sistemului de gestionare a bateriei (BMS), căderea de tensiune, rezistența cablurilor, starea de încărcare (SOC), temperatura și comportamentul la porniri repetate.
De ce nu pornește pompa mea, deși bateria încă arată că este încărcată?
Este posibil ca bateria să mai aibă suficientă energie, dar curentul de pornire poate provoca o scădere temporară a tensiunii. Dacă tensiunea de intrare a invertorului scade sub pragul de decuplare sau dacă sistemul BMS activează protecția împotriva supracurentului sau a tensiunii scăzute, pompa se poate opri înainte ca motorul să atingă turația dorită.
Am nevoie de un starter soft sau de un convertizor de frecvență (VFD) pentru o pompă alimentată de la baterie?
Nu întotdeauna. Un dispozitiv de pornire progresivă sau un convertizor de frecvență (VFD) poate reduce solicitările la pornire, dar nu înlocuiește dimensionarea bateriei și a invertorului. Sistemul are în continuare nevoie de o capacitate suficientă de curent de vârf, de setări corecte de protecție și de o validare reală a pornirii în condițiile reale de presiune și de regim de funcționare ale pompei.