Có nên giám sát hệ thống ắc quy tự động?

[hples]

Tôi đang quản lý và vận hành hệ thống UPS gồm có cả hệ thống ắc qui (lên đến 100 bình).
Để đánh giá chất lượng, tôi phải đo nhân công theo định kỳ các bình này và đưa ra kết luận. Tuy nhiên như vậy sẽ mất rất nhiều thời gian và không có tính kịp thời vì ắc qui có thể hỏng bất kỳ lúc nào khi gần đến thời điểm già, ảnh hưởng đến hoạt động của UPS.
Tôi dự định thiết kế một mạch đo + hiển thị + cảnh báo (gồm mạch và phần mềm trên máy tính).
Theo các bạn, việc giám sát tự động các ắc qui này có chính xác không, nên hay không nên. Ngoài đo được điện áp, tôi còn giám sát được thông số gì của ắc qui?
Mong các bạn comment và đưa ra các lời khuyến bổ ích.
Many thanks.

[vinhforever]

mấy hãng UPS uy tín đều sử dụng phần mềm quản lý năng lượng , qua đó có thể theo dõi thời gian sử dụng , dòng nạp xả ...điều chỉnh thông số ,vậy chắc chắn là vẫn hơn dùng nhân công đo đạc chứ ...

[bqviet]

Tôi đang quản lý và vận hành hệ thống UPS gồm có cả hệ thống ắc qui (lên đến 100 bình).
Để đánh giá chất lượng, tôi phải đo nhân công theo định kỳ các bình này và đưa ra kết luận. Tuy nhiên như vậy sẽ mất rất nhiều thời gian và không có tính kịp thời vì ắc qui có thể hỏng bất kỳ lúc nào khi gần đến thời điểm già, ảnh hưởng đến hoạt động của UPS.
Tôi dự định thiết kế một mạch đo + hiển thị + cảnh báo (gồm mạch và phần mềm trên máy tính).
Theo các bạn, việc giám sát tự động các ắc qui này có chính xác không, nên hay không nên. Ngoài đo được điện áp, tôi còn giám sát được thông số gì của ắc qui?
Mong các bạn comment và đưa ra các lời khuyến bổ ích.
Many thanks.

Đây là những câu hỏi khó, vì không chỉ phụ thuộc vào kỹ thuật, mà còn phụ thuộc vào nhu cầu hiện tại của nơi sử dụng, khả năng đầu tư, quan điểm của lãnh đạo ... ví dụ

• Nếu hệ thống UPS thi thoảng mới sử dụng thì rõ ràng thiết bị theo dõi bộ ắc-quy không cần thiết: cứ định kỳ vài tuần hoặc vài tháng lôi ra đo kiểm và nạp bù là đủ.
• Nếu ở vùng có sẵn công nhân lương thấp thì thiết bị cũng chả mấy quan trọng: lương CN rẻ mà, dùng người theo dõi cũng không sao.
• Nếu yêu cầu độ sẵn sàng của bộ UPS không cần cao ...
• Nếu lãnh đạo nghĩ rằng đang thời kỳ khó khăn, cần cắt giảm đầu tư ...
• Nếu đã từng mua thiết bị tương tự của tàu khựa chạy một vài năm đã hỏng, chẳng biết sửa thế nào ...

Sau khi đã loại trừ những yếu tố phi kỹ thuật, bất kỳ ai biết suy nghĩ cũng có thể thấy thiết bị như vậy là cần thiết. Thực tế tây đã có sản phẩm thương mại từ lâu rồi.

Bộ ắc-quy mắc nối tiếp luôn luôn có tình trạng không cân bằng. Có cái đã xả gần hết, có cái vẫn còn tương đối đầy. Thiết bị nạp ắc-quy chuyên dụng loại tốt đều có tính năng balance charge dùng để cân bằng giữa các ắc-quy trong một bộ, thậm chí cân bằng giữa các cell trong cùng một ắc-quy. Một hệ thống nguồn dự phòng ổn định cần phải có cả thiết bị theo dõi từng ắc-quy hoặc từng cell trong quá trình xả để biết cái nào dung lượng còn nhiều, cái nào còn ít, cái nào đã bị ngược cực do đã xả hết mà lại mắc nối tiếp.

Nếu thiết bị đo được điện áp của từng ắc-quy (hoặc từng cell) và dòng xả, có thể tính được điện trở nội của ắc-quy, từ đó ước lượng được trạng thái còn tốt hay đã già của ăc-quy và phần nào dự đoán được tuổi thọ ắc-quy. Ắc-quy có điện trở nội lớn thường nguyên nhân gây bởi tình trạng sun-phát hóa bản cực (không phải luôn luôn, nhưng thường là như vậy); đương nhiên hiệu suất thấp đi, khả năng nạp kém đi, dung lượng thực cũng thấp đi.

Nếu kết hợp đo được cả nhiệt độ của từng ắc-quy (hoặc từng cell) trong quá trình nạp/xả thì việc dự báo tuổi thọ còn chính xác hơn nữa, đồng thời có phương án để tối ưu hóa khi sử dụng. Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng đáng kể tới tuổi thọ ắc-quy nói chung, đặc biệt ắc-quy chì thông thường.

Chuyện cuối cùng là độ chính xác có cao hay không, chất lượng và/hoặc độ tin cậy của thiết bị thế nào ... thì quá khó để trả lời. Nó phụ thuộc vào kinh nghiệm thiết kế, kỹ thuật và trang thiết bị khi chế tạo, thời gian & số lần thiết kế và thử nghiệm, nguồn gốc xuất xứ linh kiện từ đâu ... Tất nhiên bạn kỹ sư mới ra trường thì khác xa ông trưởng phòng quản lý & vận hành hệ thống như bạn, càng khác người kiếm cơm bằng nghề thiết kế cho tây đã cả chục năm; đấy là ví dụ cụ thể - thực tế còn đa dạng hơn nhiều.

[hples]

Đây là những câu hỏi khó, vì không chỉ phụ thuộc vào kỹ thuật, mà còn phụ thuộc vào nhu cầu hiện tại của nơi sử dụng, khả năng đầu tư, quan điểm của lãnh đạo ... ví dụ

• Nếu hệ thống UPS thi thoảng mới sử dụng thì rõ ràng thiết bị theo dõi bộ ắc-quy không cần thiết: cứ định kỳ vài tuần hoặc vài tháng lôi ra đo kiểm và nạp bù là đủ.
• Nếu ở vùng có sẵn công nhân lương thấp thì thiết bị cũng chả mấy quan trọng: lương CN rẻ mà, dùng người theo dõi cũng không sao.
• Nếu yêu cầu độ sẵn sàng của bộ UPS không cần cao ...
• Nếu lãnh đạo nghĩ rằng đang thời kỳ khó khăn, cần cắt giảm đầu tư ...
• Nếu đã từng mua thiết bị tương tự của tàu khựa chạy một vài năm đã hỏng, chẳng biết sửa thế nào ...

Sau khi đã loại trừ những yếu tố phi kỹ thuật, bất kỳ ai biết suy nghĩ cũng có thể thấy thiết bị như vậy là cần thiết. Thực tế tây đã có sản phẩm thương mại từ lâu rồi.

Bộ ắc-quy mắc nối tiếp luôn luôn có tình trạng không cân bằng. Có cái đã xả gần hết, có cái vẫn còn tương đối đầy. Thiết bị nạp ắc-quy chuyên dụng loại tốt đều có tính năng balance charge dùng để cân bằng giữa các ắc-quy trong một bộ, thậm chí cân bằng giữa các cell trong cùng một ắc-quy. Một hệ thống nguồn dự phòng ổn định cần phải có cả thiết bị theo dõi từng ắc-quy hoặc từng cell trong quá trình xả để biết cái nào dung lượng còn nhiều, cái nào còn ít, cái nào đã bị ngược cực do đã xả hết mà lại mắc nối tiếp.

Nếu thiết bị đo được điện áp của từng ắc-quy (hoặc từng cell) và dòng xả, có thể tính được điện trở nội của ắc-quy, từ đó ước lượng được trạng thái còn tốt hay đã già của ăc-quy và phần nào dự đoán được tuổi thọ ắc-quy. Ắc-quy có điện trở nội lớn thường nguyên nhân gây bởi tình trạng sun-phát hóa bản cực (không phải luôn luôn, nhưng thường là như vậy); đương nhiên hiệu suất thấp đi, khả năng nạp kém đi, dung lượng thực cũng thấp đi.

Nếu kết hợp đo được cả nhiệt độ của từng ắc-quy (hoặc từng cell) trong quá trình nạp/xả thì việc dự báo tuổi thọ còn chính xác hơn nữa, đồng thời có phương án để tối ưu hóa khi sử dụng. Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng đáng kể tới tuổi thọ ắc-quy nói chung, đặc biệt ắc-quy chì thông thường.

Chuyện cuối cùng là độ chính xác có cao hay không, chất lượng và/hoặc độ tin cậy của thiết bị thế nào ... thì quá khó để trả lời. Nó phụ thuộc vào kinh nghiệm thiết kế, kỹ thuật và trang thiết bị khi chế tạo, thời gian & số lần thiết kế và thử nghiệm, nguồn gốc xuất xứ linh kiện từ đâu ... Tất nhiên bạn kỹ sư mới ra trường thì khác xa ông trưởng phòng quản lý & vận hành hệ thống như bạn, càng khác người kiếm cơm bằng nghề thiết kế cho tây đã cả chục năm; đấy là ví dụ cụ thể - thực tế còn đa dạng hơn nhiều.

Hiện hệ thống thông tin của tui đang dùng hệ thống UPS 200KVA, dùng 105 bình ắc qui, chia làm 3 rack mắc song song, mỗi rack 35 bình.
UPS được dùng như một nguồn backup chính và hoạt động liên tục.
Việc giám sát nhằm mục đích phát hiện sớm ắc qui bị hỏng hoặc có nguy cơ hỏng để thay thế tránh ảnh hưởng đến UPS và tải.
Nhân công của tôi cũng không có nhiều, nếu việc giám sát online này hoàn toàn hợp lý thì được cấp trên ủng hộ và đầu tư.
bqviet có các ý tưởng gì, xin mách rùm.
Thanks

[bqviet]

Ý tưởng thì bqv đã nói rõ rồi : đo điện áp rơi trên từng ắc-quy và đo dòng xả, nếu điều kiện cho phép (thực ra khá dễ với người chuyên làm điện tử) đo nhiệt độ từng bình ắc-quy. Từ đó tính ra trạng thái đầy vơi và nội trờ của từng ắc-quy, điều kiện làm việc từng cái. Viết thêm phần mềm nhỏ bằng C, C++, C# hay Java tùy khả năng. Với người đã từng làm thứ tương tự thì đề bài trên là hơi nhiều với một người nhưng hơi ít với nhóm 2 người.

[hples]

Ý tưởng thì bqv đã nói rõ rồi : đo điện áp rơi trên từng ắc-quy và đo dòng xả, nếu điều kiện cho phép (thực ra khá dễ với người chuyên làm điện tử) đo nhiệt độ từng bình ắc-quy. Từ đó tính ra trạng thái đầy vơi và nội trờ của từng ắc-quy, điều kiện làm việc từng cái. Viết thêm phần mềm nhỏ bằng C, C++, C# hay Java tùy khả năng. Với người đã từng làm thứ tương tự thì đề bài trên là hơi nhiều với một người nhưng hơi ít với nhóm 2 người.

Em chỉ chuyên về khai thác hệ thống. Bác cho em hỏi, bây giờ nếu muốn làm một mạch giám sát 1 rack (35 bình) với các điều kiện:
- Có thể đo được 35 bình
- 3 điểm đo nhiệt độ
- Giao tiếp với máy tính và sinh ra một file text (việc làm phần mềm em tự lo)
Thì giá thành khoảng bao nhiêu vậy?

[hples]

Nhưng bác bqviet ơi, có người phản biện lại ý tưởng này là, nếu đo ắc qui khi cả UPS đang online (khi ắc qui ko phóng cũng ko nạp) thì đo sẽ không chính xác.
Vì vậy em muốn post bài này để hỏi về tính khả thi của ý tưởng.

Mong bác bqviet và mọi người chỉ giáo. TKS

[bqviet]

Người đó phản biện không sai, cũng chả đúng. Nó còn tùy vào tình hình cụ thể.

Khi đo điện áp ắc-quy hở mạch, tức là không có dòng phóng hay dòng nạp, mặc dù có thể vẫn nối nối tiếp trong hệ thống, thì ước lượng được dung lượng còn lại của ắc-quy tính theo % của dung lượng khi đầy. Kết hợp với bù nhiệt độ thì tính được khá chính xác dung lượng còn lại, độ chính xác gần bằng phương pháp cổ điển là đo trọng lượng riêng của dung dịch a-xít bằng phù kế. Nhưng nếu ắc-quy nối song song với nhau thì việc đo này không còn đúng nữa bởi vì có dòng chạy giữa các ắc-quy với nhau.

Khi đo điện áp ắc-quy khi có dòng tải thì bản thân giá trị đó không có nhiều ý nghĩa, vì nó phụ thuộc vào nhiệt độ và dòng tải và dung lượng ắc-quy và trạng thái của ắc-quy đã bị sun-phát hóa ít hay nhiều. Tuy nhiên nếu kết hợp giá trị điện áp khi xả này với giá trị cường độ dòng điện xả thì tính được nội trở của ắc-quy tương đối chính xác. Nếu đo cả điện áp ắc-quy khi nạp và dòng nạp kết hợp nhiệt độ khi nạp/xả thì tính được nội trở rất chính xác. Từ nội trở => suy ra độ "già" của ắc-quy và phương pháp khắc phục (nạp bằng thiết bị khử sun-phát bản cực chẳng hạn).

Khi ắc-quy đang online thì thực ra vẫn có dòng rất nhỏ chạy ra ắc-quy, việc đo lường mỗi giá trị điện áp lúc này không có nhiều giá trị; người phản biện đúng. Tuy nhiên nếu kết hợp với các thông số đo được khác thì lại có nhiều ý nghĩa. Nếu đo được tất cả các thông số cả dòng khi nạp & xả, điện áp khi nạp & khi online & khi xả đầy tải, kết hợp bù nhiệt độ thì có khả năng kiểm soát gần như hoàn toàn được từng ắc-quy trong hệ thống. Tất nhiên chi phí đầu tư có thể không rẻ rề như mấy cái máy xạc đơn giản, nhưng chắc chắn rất nhỏ so với giá của bản thân cái ắc-quy, và cực kỳ nhỏ so với chi phí khi hệ thống bị sự cố vì ắc-quy. Tương tự như việc backup dữ liệu định kỳ trong ngành IT : chi phí việc backup có thể không rất rẻ, nhưng rẻ hơn nhiều so với chi phí khắc phục khi hệ thống có sự có, và cực kỳ rẻ so với những rủi ro có thể khi dữ liệu quý bị mất - có thể không bao giờ khắc phục được, doanh nghiệp có thể lao đao chỉ vì mất dữ liệu quý.

[bqviet]

Một lý do nữa khiến việc đo điện áp từng ắc-quy khi nó đang mắc nối tiếp trong hệ thống thường không chính xác vì người ta dùng thiết bị đo kiểu tập trung : một hoặc vài thiết bị đo dùng cho nhiều ắc-quy. Cách đo kiểu tập trung có ưu điểm là rẻ, nhưng dù thiết kế cẩn thận đến đâu thì độ chính xác vẫn hạn chế vì các đầu đo ảnh hưởng lẫn nhau. Sự ảnh hưởng đấy chỉ có thể giảm thiểu chứ không triệt tiêu hoàn toàn được. Bạn tham khảo mấy con chip và appnote của hãng Linear sẽ thấy việc dùng một thiết bị đo nhiều ắc-quy phức tạp thế nào, hãng Linear chuyên sản xuất IC đo lường và IC quản lý nguồn kiểu này.

Các triệt để nhất là mỗi ắc-quy có một thiết bị đo riêng, liên tục theo dõi điện áp và dòng điện và có thể cả nhiệt độ. Sau đó các thiết bị nối mạng công nghiệp (RS485, Modbus, CAN, ...) với nhau và với máy tính giám sát. Cách làm này tương tự quản lý từng cell của pin Li-ion trong bộ pin của máy tính xách tay, nhưng ở quy mô lớn hơn, đồng thời từng thiết bị phải cách ly về mặt điện với đường trục mạng (truyền tin thì cách ly quang opto, nguồn nuôi thì cách ly bằng biến áp xung) mới đảm bảo chính xác. Đương nhiên cách này không dành cho dân tay mơ; nó là kiến trúc phân tán thường dùng trong hệ thống công nghiệp.

[thieu-bn2011]

Thường các hãng UPS đều có phần mềm giúp chúng ta test được hệ thống ắc quy, nhưng đó cũng chỉ là những tính năng cơ bản nhất nếu người quản trị không có kinh nghiệm trong kĩnh vực quản trị này
Để triển khai một ý tưởng triệt để như bác bqviet thì lại yêu cầu phải có chi phí để đầu tư và nhân sự quản lý phải có kinh nghiệm vận hành các thiết bị này tuy nhiên nó sẽ mang lại kết quả tuyệt đối và an toàn cho bạn
Còn nếu đơn giản trong việc kiểm tra hoặc bạn phải xác định rõ việc lựa chọn phương pháp thực hiện thì có thể thực hiện theo cách làm sau
- Cài đặt phần mềm kèm theo của UPS bên bạn cài đặt lên và thực hiện các tính năng như:
+ Cài đặt thời gian lưu điện cố định: Việc này sẽ giúp bạn thống nhất về thời gian lưu điện cho hệ thống trong dải an toàn của hệ thống lưu trữ điện, việc làm này tránh thời gian xả sâu cho ắc quy như vậy sẽ giúp hệ thống ắc quy tăng tuổi thọ hơn (số lần xả/ nạp tỉ lệ nghịch với tuổi thọ ắc quy)
+ Cài đặt tính năng tự động Seltest định kỳ cho hệ thống ắc quy: VD 3 tháng 1 lần: việc này sẽ giúp chúng ta kiểm tra giám sát thời gian lưu điện của hệ thống và chủ động được trong công tác quản lý, làm tăng thêm tuổi thọ của ắc quy tránh việc chai ắc quy
+ Định kỳ thực hiện việc Seltest kết hợp với kiểm tra thực tế dung lượng các ắc quy bằng cách khi UPS đang thực hiện việc Seltest thì chúng ta tiến hành đo kiểm tra dung lượng của từng ắc quy trong dãy, khi hệ thống đang xả mà dung lượng các ắc quy đều giảm đều nhau chứng tổ hệ thống ắc quy vẫn tốt và đều nhau, nếu trong dãy có 1 bình nào đó tụt dưới ngưỡng so với các ắc quy còn lại thì cần kiểm tra lại bình đó ngay (VD Panasonic sự chênh lệch điện áp giữa các ắc quy là 0.5VDC)
+ Khi hệ thống đang sạc cho ắc quy thì chúng ta cũng thực hiện đo điện áp sạc rơi trên từng ắc quy được, nếu điện áp rơi đều trên các ắc quy thì chứng tỏ nội trở của các ắc quy này đều nhau và dẽ dàng kết luận hệ thống. Nếu điện áp sạc rơi trên các ắc quy này không đều nhau thì chúng ta càn loại bỏ những ắc quy có điện áp rơi khác so với các ắc quy khách trong hệ thống
+ Ngoài ra chúng ta có thể quản trị hệ thống bằng quan sát ắc quy như: hình dáng, chảy nớc, oxi hóa, các dây kết nối giữa các ắc quy với nhau

Do vậy việc quản trị hệ thống UPS và ắc quy có thể thực hiện bằng nhiều cách và phụ thuộc vào sự quản lý của người thực hiện. Có thể sử dụng công nghệ để thực hiện hày thô sơ mà vẫn đảm bảo an toàn cho hệ thống

Ps: theo tôi được biết như hãng UPS Santak những loại UPS từ 20- 480KVA thì các UPS này có đến 4 kiểu sạc cho ắc quy với mục đích duy nhất là duy trì, kéo dài tuổi thọ của ắc quy mà thôi. Các tính năng sạc này sẽ thay thế chúng ta thực hiện các bước Seltest trên

Vài lời chia sẻ cùng bạn