Почему удаленные солнечные камеры теряют связь, когда система управления аккумулятором (BMS) переходит в спящий режим. Удаленные солнечные камеры могут потерять связь, если аккумулятор переходит в спящий режим BMS или в режим защиты из-за низкого напряжения. После отключения питания камера и контроллер могут выключиться, а некоторые солнечные контроллеры могут не вывести аккумулятор из спящего режима автоматически.
При удаленном мониторинге объектов безопасности, ферм, строительных площадок, дорожного движения, дикой природы или оборудования ключевым фактором является не только емкость аккумулятора, но и способность системы предотвращать глубокую разрядку и восстанавливаться без вмешательства со стороны оператора.
Натриево-ионный аккумулятор Kamada Power 12v 100Ah
Режим сна BMS — это защита, а не случайный сбой
Система управления батареей (BMS) может перейти в режим сна или защитный режим в случае глубокой разрядки батареи, длительного простоя, слишком низкой температуры для зарядки, перегрузки или выхода напряжения за пределы заданного диапазона. В таком состоянии на клеммах батареи может наблюдаться незначительное напряжение или его полное отсутствие, а подключенное оборудование может работать так, как будто батарея разряжена.
В случае удаленной солнечной камеры такая защита все равно может привести к сбою в эксплуатации. Система управления батареей (BMS) защищает аккумуляторную батарею, но камера остается без питания. Если объект находится на большом расстоянии, может потребоваться выезд специалиста на место установки только для того, чтобы перезапустить, разбудить или зарядить систему.
Именно поэтому режим сна BMS следует рассматривать как часть конструкции системы, а не только как функцию аккумулятора. Аккумулятор, который обеспечивает собственную защиту, но при этом оставляет камеру в автономном режиме на несколько дней, не подходит для удаленного мониторинга.
Камера весит немного, но работает долго
Удаленные солнечные камеры часто потребляют меньше энергии, чем крупное промышленное оборудование, но при этом могут работать в непрерывном режиме. Нагрузка может включать в себя камеру, инфракрасные светодиоды, беспроводной модем, устройство записи, датчик движения, контроллер, нагреватель и электронные компоненты режима ожидания.
Незначительные нагрузки со временем становятся серьезными.
Несколько ватт постоянного потребления могут разрядить небольшую батарею в пасмурную погоду. В темное время суток потребление энергии может увеличиваться из-за работы системы ночного видения. Передача данных по сотовой сети может вызывать кратковременные скачки потребления энергии. Камера, которая часто загружает данные в сеть, может потреблять больше энергии, чем камера, записывающая видео локально. Система, которая в дневное время тестирования кажется энергоэффективной, может разряжаться быстрее в течение долгих ночей, при слабом сигнале или при повторяющихся событиях, связанных с движением.
Именно поэтому при расчете емкости аккумуляторной батареи следует исходить из суточного энергопотребления, а не только из номинальной мощности камеры. Аккумуляторная батарея должна обеспечивать питание при нормальной нагрузке, в ночное время, во время пиковых нагрузок на каналы связи, в режиме ожидания, а также в течение нескольких дней в режиме резервного питания, не входя при этом в режим защиты от пониженного напряжения.
Рассчитайте реальный суточный расход энергии, прежде чем выбирать аккумулятор
Система электропитания удаленной камеры должна рассчитываться с учетом фактического профиля энергопотребления.
Практическая оценка составляет:
Суточный расход энергии системы = энергопотребление камеры (Вт·ч) + энергопотребление модема (Вт·ч) + энергопотребление датчика/контроллера (Вт·ч) + энергопотребление ночного ИК-освещения (Вт·ч) + пиковые нагрузки при передаче данных + нагрузка в режиме ожидания
Тогда емкость аккумулятора можно рассчитать следующим образом:
Требуемая номинальная мощность аккумулятора ≈ суточная мощность системы × количество дней автономной работы × коэффициент потерь ÷ доля полезной энергии
Коэффициент потерь должен учитывать потери в контроллере, потери в кабеле, влияние температуры, запас на старение, а также фактические условия эксплуатации. Доля полезной энергии должна определяться исходя из готовой конструкции аккумуляторной батареи, порога отключения системы управления батареей (BMS), настройки контроллера на низкое напряжение и стратегии восстановления.
Для натрий-ионный аккумулятор аккумуляторных батарей, этот вопрос необходимо рассматривать на уровне конкретной батареи. Доступный диапазон заряда (SOC), диапазон напряжения, порог перехода BMS в спящий режим, разрешение на зарядку при низких температурах и поведение при выходе из спящего режима определяют, какой объем энергии действительно доступен для автономной работы.
Без этого расчета аккумулятор камеры может казаться достаточно емким, но все равно разрядиться после нескольких дней с малой интенсивностью солнечного света.
Слабое восстановление солнечной энергии может привести к переходу батареи в спящий режим
Работа удаленной солнечной камеры зависит от суточного энергетического цикла: днем солнечная панель заряжает аккумулятор, а ночью и в пасмурную погоду камера расходует заряженную энергию. Если поступающая от солнца энергия меньше суточного потребления, уровень заряда аккумулятора постепенно снижается до тех пор, пока система управления аккумуляторной батареей (BMS) не включит защиту.
Это может занять несколько дней или недель, из-за чего причину трудно обнаружить.
После установки камера работает. Аккумулятор выглядит исправным. Затем облачная погода, снежный покров, затенение, пыль, неблагоприятный угол наклона панели или низкий угол наклона солнца зимой снижают количество поступающей солнечной энергии. Аккумулятор не успевает полностью зарядиться в течение дня. В итоге система управления аккумуляторной батареей (BMS) отключает выходной сигнал.
Пользователь сталкивается с внезапным сбоем. На самом деле сбой начался раньше: механизм восстановления системы оказался неспособен справиться с нагрузкой.
Более емкий аккумулятор позволяет отсрочить возникновение этой проблемы, но не решает её, если солнечная панель не способна восполнить потребляемую энергию.
Отключение низкого напряжения и режим сна BMS — это не одно и то же
Правильно спроектированная система солнечных камер, как правило, должна снижать нагрузку или отключать камеру до того, как заряд батареи достигнет уровня глубокой защиты BMS. Именно для этого и предназначено отключение при пониженном напряжении на уровне контроллера.
Режим сна BMS представляет собой дополнительный уровень защиты. Его не следует использовать в качестве стандартного способа отключения.
Если камера или контроллер продолжают потреблять энергию до тех пор, пока система управления батареей (BMS) не отключит питание, восстановление работоспособности затрудняется. Солнечный контроллер может не распознать батарею. Камера может не перезагрузиться должным образом. Для возобновления подачи питания на выход системе управления батареей (BMS) может потребоваться напряжение пробуждения или управляемый входной сигнал от зарядного устройства.
В случае удаленных солнечных камер система должна предотвращать переход в это состояние в ходе нормальной работы. Контроллер должен управлять режимом пониженного энергопотребления, отключением нагрузки, сокращением рабочего цикла или плановой связью до того, как аккумулятор перейдет в режим глубокого сна.
Солнечный контроллер может не разрядить разряженный аккумулятор
Одной из распространенных проблем удаленных объектов является сбой при пробуждении.
Если система управления батареей (BMS) отключила выход, контроллер заряда от солнечных батарей может не определять нормальное напряжение батареи. Некоторым контроллерам напряжение батареи необходимо для запуска, определения напряжения в системе или начала зарядки. Если контроллер не запускается, это может означать, что солнечная панель генерирует энергию, в то время как батарея находится в режиме ожидания.
В результате возникает замкнутый круг: для вывода аккумулятора из режима снания требуется зарядка, но зарядное устройство может не работать, поскольку не может обнаружить аккумулятор.
Часто разряженный аккумулятор можно восстановить с помощью подходящего зарядного устройства или метода активации, но для удаленных камер этого недостаточно. Конструкция должна обеспечивать автоматическое восстановление. Если после каждого случая глубокой разрядки требуется ручное восстановление, такая система не подходит для автономного использования.
Правильность работы функции пробуждения следует проверить до установки на объекте, а не обнаруживать после того, как камера перестанет работать.
Аккумуляторные батареи на основе натрий-ионных элементов по-прежнему нуждаются в механизмах восстановления на уровне батареи
Натрий-ионная батарея могут быть полезны для удаленных источников питания на открытом воздухе, особенно в тех случаях, когда важны такие факторы, как работа при низких температурах, длительное время автономной работы и соблюдение требований безопасности. Однако их не следует рассматривать просто как показатель емкости в ампер-часах.
В готовой натрий-ионной батарее должны быть определены параметры её поведения при низком уровне заряда (SOC), после выхода из режима сна системы управления батареей (BMS), во время зарядки при низких температурах, а также при попытке солнечного контроллера восстановить её работу.
| Граница натриево-ионного аккумулятора | Почему это важно |
|---|
| Диапазон рабочего заряда аккумулятора | Определяет реальное время резерва до срабатывания защиты |
| Порог сна BMS | Определяет, когда происходит отключение вывода |
| Способ пробуждения | Определяет, будет ли восстановление выполняться автоматически |
| Разрешение на зарядку при низкой температуре | Регулирует утреннее и зимнее пополнение запасов |
| Диапазон напряжения батареи | Влияет на совместимость контроллера |
| Потребление энергии в режиме ожидания | Влияет на расход энергии в режиме длительного простоя |
| Поведение при восстановлении защиты | Определяет, перезапускается ли камера без обслуживания |
Если эти границы неясны, аккумулятор может перейти в режим защиты, но при этом приложение удаленной камеры все равно не будет работать.
Холодная погода может помешать зарядке после долгой ночи
В холодных регионах вероятность возникновения проблем со спящим режимом возрастает, поскольку солнечная камера может разрядиться в самый холодный период ночи и попытаться зарядиться утром, пока аккумулятор ещё не прогрелся.
Разрядка и зарядка в холодных условиях представляют собой разные режимы работы. Натрий-ионный аккумуляторный блок может разряжаться в холодных условиях, однако при низкой температуре элементов зарядка может быть заблокирована, задержана, выполнена с пониженной мощностью, сопровождаться нагревом или регулироваться с помощью температурных алгоритмов системы управления аккумуляторной батареей (BMS). Если аккумуляторный блок оснащен системой обогрева, поступающий от солнечных батарей ток может сначала нагреть блок, прежде чем начнется обычная зарядка.
Для удаленных камер это имеет значение, поскольку время получения солнечной энергии ограничено. Если утреннее окно для зарядки будет упущено из-за блокировки зарядки при низкой температуре или медленного прогрева, аккумулятор может не успеть зарядиться в достаточной степени до наступления следующей ночи.
Система может не выйти из строя сразу. Ежедневно уровень заряда аккумулятора может снижаться на небольшую величину, пока система управления аккумулятором (BMS) не перейдет в спящий режим.
Всплески трафика и слабый сигнал могут потреблять больше ресурсов, чем ожидалось
Потребление энергии удаленной камерой не всегда остается стабильным.
Сотовая или беспроводная связь может привести к увеличению энергопотребления во время загрузки данных, просмотра видео в реальном времени, поиска слабого сигнала, повторного подключения, обновления прошивки или повторяющихся оповещений, срабатывающих при обнаружении движения. Камера, установленная в зоне со слабым сигналом, может потреблять больше энергии, чем такая же камера в зоне с сильным сигналом, поскольку модем работает интенсивнее или чаще выполняет повторные попытки подключения.
Это имеет значение для выбора емкости аккумулятора и риска перехода в спящий режим. Камера, которая нормально работает на тестовой площадке, может быстрее разряжаться на удаленной ферме, строительной площадке, горной дороге или в лесу.
Размеры аккумуляторной системы следует рассчитывать с учетом реальных условий эксплуатации, а не только исходя из технических характеристик камеры в режиме ожидания. В случае натрий-ионных аккумуляторных батарей ограничение тока системой управления аккумулятором (BMS) вряд ли станет основной проблемой при небольшой нагрузке со стороны камеры, однако общий суточный расход энергии и защита от низкого уровня заряда (SOC) по-прежнему остаются критически важными факторами.
Паразитные нагрузки могут разряжать аккумулятор, даже когда камера, казалось бы, выключена
Некоторые системы удаленных солнечных камер включают в себя контроллеры, модемы, GPS-модули, датчики, маршрутизаторы, реле, светодиодные индикаторы состояния, нагреватели или регистраторы данных, которые продолжают потреблять энергию даже тогда, когда камера, казалось бы, находится в неактивном состоянии.
Эти паразитные нагрузки могут быть небольшими, но постоянными. Во время хранения, в пасмурную погоду или в периоды низкой нагрузки они могут незаметно разряжать аккумуляторную батарею. Если система не поддерживает полноценный режим низкого энергопотребления или отключение нагрузки, система управления батареей (BMS) в конечном итоге может перейти в спящий режим.
Это особенно важно для сезонных или временных установок. Строительная камера может оставаться на месте в перерывах между этапами проекта. Сельскохозяйственная камера может работать в течение длительного времени без технического обслуживания. Камера видеонаблюдения может оставаться включенной, хотя срабатывает крайне редко.
Удаленным системам нужна настоящая стратегия резервирования, а не просто переключение камеры.
На самом деле критических точек провала немного, но они имеют решающее значение
Предотвратить переход системы BMS в спящий режим становится проще, если рассматривать систему с точки зрения факторов, которые на самом деле приводят к сбоям в работе.
| Граница отказа | Что происходит на месте | Направление дизайна |
|---|
| Ежедневный дефицит энергии | Камера потребляет больше энергии, чем вырабатывает панель | Изменить размер панели, снизить нагрузку, скорректировать рабочий цикл или увеличить автономность |
| Глубокая разрядка | Нагрузка продолжает работать до тех пор, пока система управления батареей (BMS) не отключит выход | Добавьте устройство отключения низковольтного питания на уровне контроллера перед переходом BMS в режим сна |
| Несоответствие времени пробуждения | Солнечный контроллер не может перезапустить аккумулятор, находящийся в режиме сна | Проверить поведение зарядного устройства/системы управления батареей (BMS) при выходе из режима ожидания и восстановлении работоспособности |
| Зарядка в холодном состоянии | Аккумулятор разряжается за ночь, но не заряжается холодным утром | Используйте понижение номинальной мощности, нагрев или алгоритм восстановления с учетом температуры |
| Всплески активности | Модем или беспроводной модуль потребляет больше энергии, чем ожидалось | Параметры для реальных условий сигнала и поведения при загрузке |
| Паразитная нагрузка | Небольшие устройства разряжают аккумулятор в режиме ожидания | Отключить ненужные нагрузки или разработать режим с действительно низким энергопотреблением |
В этой таблице показано, в каких случаях удаленные солнечные камеры обычно теряют питание, даже если сама батарея исправна.
Контрольный список для проверки после пробуждения
Прежде чем утверждать схему удаленного электропитания солнечной камеры, необходимо протестировать сценарий отключения и восстановления питания, а не только запуск в солнечную погоду.
| Элемент проверки | Что проверять |
|---|
| Восстановление при низком уровне SOC | Батарея заряжается без ручного вмешательства? |
| Перезапуск солнечного контроллера | Контроллер распознает и заряжает защищенную батарею? |
| Утренняя зарядка на свежем воздухе | Поддерживает ли система управления батареей (BMS) зарядку, ограничение тока или управление нагревом? |
| Работа со слабыми сигналами | Превосходит ли эффективность коммуникации ожидания, связанные с размером? |
| Паразитная нагрузка | Расходует ли нагрузка в режиме ожидания заряд аккумулятора во время простоя? |
| Контролируемое отключение | Отключает ли контроллер нагрузку перед переходом BMS в спящий режим? |
| Перезагрузка камеры | Камера нормально перезапускается после восстановления питания? |
| Несколько дней с слабым солнцем | Восстанавливается ли система после нескольких дней с низкой солнечной активностью? |
Система, прошедшая эти тесты, с большей вероятностью будет готова к удаленному доступу.
Стандартные пакеты работают только в тех случаях, когда восстановление данных не представляет сложности
Стандартный натрий-ионный аккумуляторный блок может хорошо подходить для удаленных солнечных камер, если суточная нагрузка невелика, питание от солнечных батарей стабильно, аккумулятор обладает достаточным запасом автономности, температура не выходит за пределы допустимого диапазона зарядки блока, а солнечный контроллер способен восстанавливать заряд аккумулятора без вмешательства оператора.
Это вполне реальный сценарий использования. Индивидуальная конфигурация аккумуляторной батареи или системы становится более надежной при установке камеры в холодных регионах, в затененных местах, в периоды слабой солнечной активности, в местах со слабым сигналом, при длительном автономном режиме работы или на объектах, где обеспечение бесперебойной работы имеет критическое значение для безопасности. Эти условия могут требовать иного поведения системы управления батареей (BMS) в режиме сна, более низкого энергопотребления в режиме ожидания, управления нагревателем, согласования с солнечным контроллером, логики пробуждения, большего запаса энергии или более заметной отчетности о неисправностях.
Вопрос не в том, могут ли натрий-ионные батареи питать удаленные камеры. Вопрос в том, смогут ли готовый аккумуляторный блок и солнечная система восстановить работоспособность в неблагоприятных условиях.
Проверяйте сценарий работы в автономном режиме, а не только демонстрацию в идеальных условиях
Не следует считать удаленную солнечную камеру исправной только потому, что она заработала после установки в солнечный день.
В ходе функциональной проверки моделируется сценарий сбоя в работе: несколько пасмурных дней, длительная работа в ночное время, низкий уровень заряда аккумулятора (SOC), зарядка в холодное утро (если это актуально), слабый сигнал связи, перезапуск камеры после падения напряжения, выход из спящего режима системы управления аккумуляторной батареей (BMS) и поведение солнечного контроллера при выходе из спящего режима.
«Чистый» результат означает, что система либо продолжает работать в режиме онлайн, либо отключается контролируемым образом перед переходом в режим глубокого сна BMS, а затем автоматически восстанавливает работу при возобновлении подачи солнечной энергии. Необходимость выезда на объект не должна возникать только из-за того, что аккумулятор сработал в защитном режиме. Именно это делает систему по-настоящему готовой к удаленному управлению.
Заключение
Удаленные солнечные камеры теряют питание после перехода системы управления батареей (BMS) в режим сна, если система разряжает аккумуляторную батарею за пределы безопасного диапазона рабочих значений и не может восстановить работу автоматически.
Чтобы этого не произошло, необходимо спроектировать систему, объединяющую в себе нагрузку камеры, солнечную панель, устройство отключения низковольтного питания, восстановление натриево-ионного аккумулятора, пробуждение системы управления батареей (BMS), зарядку при низкой температуре, нагрузку в режиме ожидания и потребность в энергии для связи.
Если вы разрабатываете систему автономного солнечного питания для камеры, связаться с нами с указанием основных сведений о вашем проекте. Мы поможем подобрать подходящий натриево-ионный аккумулятор и конфигурации энергосистемы.