Максим Орлов, maksim.orlov@eltech.spb.ru
Источники питания MEAN WELL для электрических зарядных станций и зарядных устройств
Статья опубликована в журнале "Компоненты и технологии " №10 2021
В статье представлены материалы о новых программируемых импульсных источниках питания MEAN WELL для зарядных устройств и электрических зарядных станций аккумуляторных батарей.
Защита окружающей среды и бережное отношение к ресурсам, включая энергетические ресурсы, с каждым днем становится все более актуальной проблемой планетарного масштаба. Мировая тенденция поступательного внедрения различных видов электротранспортных средств во все сферы жизнедеятельности человечества способствует сохранению экосистемы нашей планеты, а также обеспечивает новый уровень комфорта жизни современных людей. Благодаря прогрессу в технологиях и материалах новые решения в производстве аккумуляторных батарей позволяют новым батареям электропитания становиться все более легкими, тонкими, обладать большей емкостью, увеличенным сроком службы и быстрой зарядкой. Что касается типов аккумуляторных батарей, сегодня наблюдается постепенная замена свинцово‑кислотных батарей литий-ионными источниками питания. Литий-ионные батареи широко распространены в современных автономных электронных устройствах из-за их высокой плотности энергии, отсутствия эффекта памяти и низких характеристик саморазряда. С увеличением количества новых электротранспортных средств возникает все большая потребность в малогабаритных мощных зарядных устройствах и зарядных станциях.
Компания «ЭЛТЕХ Компонент» представляет линейку программируемых источников питания MEAN WELL для зарядных устройств и электрических зарядных станций аккумуляторных батарей, полностью построенных на цифровой схемотехнике с поддержкой протоколов CANBus/PMBus, которые способны обеспечивать заряд как проверенных временем свинцово‑кислотных батарей, так и различных типов литийионных батарей. Традиционные зарядные устройства имеют большой объем, тяжелый вес и низкую эффективность. MEAN WELL создал технологические решения своих программируемых источников питания, достигнув рекордной удельной мощности до 37 Вт на 1 кубический дюйм устройства. В силу своей богатой функциональной насыщенности и высокой удельной мощности программируемые источники питания MEAN WELL уже используются в автоматических электрических зарядных станциях AGV роботизированных складских терминалов Тайваня.
В созданных на Тайване автоматических электрических зарядных станциях предусмотрена схема подключения двух источников питания MEAN WELL RPB‑1600−48, установленных параллельно. Когда AGV робот-транспортер возвращается к зарядной станции, система определяет состояние подключения порта с помощью PMBus и активирует зарядное устройство для зарядки аккумулятора. Как показано на фотографии, PMBus-система автоматически выбирает соответствующий ток зарядки аккумуляторных блоков AGV и выдает обратно по каналу связи телеметрическую информацию об уровне заряда и о завершении процедуры автоматической зарядки аккумуляторных батарей роботов‑транспортеров.
Линейка программируемых источников питания MEAN WELL не только упрощает управление и мониторинг систем электропитания автоматических зарядных станций, но и предлагает различные форм-факторы, мощности и варианты систем охлаждения:
• HEP‑1000, RPB/RSP‑1600/2000, BIC‑2200 и DPU‑3200 для применения в общих решениях;
• RCP‑1600/2000 и DRP‑3200 для применения в 19‑дюймовых шкафах систем электропитания;
• UHP‑1500/2500, PHP‑3500/3500‑HV с безвентиляторным или с водяным охлаждением.
Все перечисленные типы источников питания MEANWELL поддерживают протоколы CANBus/PMBus и предназначены для приложений, требующих интеллектуального управления и мониторинга.
Защита окружающей среды и бережное отношение к ресурсам, включая энергетические ресурсы, с каждым днем становится все более актуальной проблемой планетарного масштаба. Мировая тенденция поступательного внедрения различных видов электротранспортных средств во все сферы жизнедеятельности человечества способствует сохранению экосистемы нашей планеты, а также обеспечивает новый уровень комфорта жизни современных людей. Благодаря прогрессу в технологиях и материалах новые решения в производстве аккумуляторных батарей позволяют новым батареям электропитания становиться все более легкими, тонкими, обладать большей емкостью, увеличенным сроком службы и быстрой зарядкой. Что касается типов аккумуляторных батарей, сегодня наблюдается постепенная замена свинцово‑кислотных батарей литий-ионными источниками питания. Литий-ионные батареи широко распространены в современных автономных электронных устройствах из-за их высокой плотности энергии, отсутствия эффекта памяти и низких характеристик саморазряда. С увеличением количества новых электротранспортных средств возникает все большая потребность в малогабаритных мощных зарядных устройствах и зарядных станциях.
Компания «ЭЛТЕХ Компонент» представляет линейку программируемых источников питания MEAN WELL для зарядных устройств и электрических зарядных станций аккумуляторных батарей, полностью построенных на цифровой схемотехнике с поддержкой протоколов CANBus/PMBus, которые способны обеспечивать заряд как проверенных временем свинцово‑кислотных батарей, так и различных типов литийионных батарей. Традиционные зарядные устройства имеют большой объем, тяжелый вес и низкую эффективность. MEAN WELL создал технологические решения своих программируемых источников питания, достигнув рекордной удельной мощности до 37 Вт на 1 кубический дюйм устройства. В силу своей богатой функциональной насыщенности и высокой удельной мощности программируемые источники питания MEAN WELL уже используются в автоматических электрических зарядных станциях AGV роботизированных складских терминалов Тайваня.
В созданных на Тайване автоматических электрических зарядных станциях предусмотрена схема подключения двух источников питания MEAN WELL RPB‑1600−48, установленных параллельно. Когда AGV робот-транспортер возвращается к зарядной станции, система определяет состояние подключения порта с помощью PMBus и активирует зарядное устройство для зарядки аккумулятора. Как показано на фотографии, PMBus-система автоматически выбирает соответствующий ток зарядки аккумуляторных блоков AGV и выдает обратно по каналу связи телеметрическую информацию об уровне заряда и о завершении процедуры автоматической зарядки аккумуляторных батарей роботов‑транспортеров.
Линейка программируемых источников питания MEAN WELL не только упрощает управление и мониторинг систем электропитания автоматических зарядных станций, но и предлагает различные форм-факторы, мощности и варианты систем охлаждения:
• HEP‑1000, RPB/RSP‑1600/2000, BIC‑2200 и DPU‑3200 для применения в общих решениях;
• RCP‑1600/2000 и DRP‑3200 для применения в 19‑дюймовых шкафах систем электропитания;
• UHP‑1500/2500, PHP‑3500/3500‑HV с безвентиляторным или с водяным охлаждением.
Все перечисленные типы источников питания MEANWELL поддерживают протоколы CANBus/PMBus и предназначены для приложений, требующих интеллектуального управления и мониторинга.
Краткая справка о протоколах CANBus/PMBus, поддерживаемых программируемыми ИП производства MEAN WELL
Шина управления питанием (PMBus) использует две двунаправленные линии, последовательную линию данных SDA (Serial Data Line) и последовательную линию синхронизации SCL (Serial Clock Line), это означает, что ей нужны только три сигнальных провода (включая провод GND), подсоединенные между устройствами для связи с помощью команд (рис. 1). Например, ведущий блок контроллера (Master) может взаимодействовать с каждым ведомым источником питания (Slave) по шине, чтобы обеспечивать управление и мониторинг системы, построенной из нескольких источников питания. Этот метод значительно уменьшает объем управляющих и сигнальных проводов, что сокращает частоту отказов схем, повышает управляемость системы и упрощает установку. PMBus реализована в различных областях, таких как оборудование для промышленной автоматизации и телекоммуникационное оборудование. Шина PMBus имеет следующие характеристики:
• интерфейс протокола — SMBus 1.1;
• версия — PMBus 1.1;
• скорость шины — 100 кГц.
К преимуществам следует отнести открытый протокол PMBus, который упрощает разработчикам процесс проектирования, а к недостаткам — низкую устойчивость PMBus к электрическим помехам и применение для связи на короткие расстояния.
Шина управления питанием (PMBus) использует две двунаправленные линии, последовательную линию данных SDA (Serial Data Line) и последовательную линию синхронизации SCL (Serial Clock Line), это означает, что ей нужны только три сигнальных провода (включая провод GND), подсоединенные между устройствами для связи с помощью команд (рис. 1). Например, ведущий блок контроллера (Master) может взаимодействовать с каждым ведомым источником питания (Slave) по шине, чтобы обеспечивать управление и мониторинг системы, построенной из нескольких источников питания. Этот метод значительно уменьшает объем управляющих и сигнальных проводов, что сокращает частоту отказов схем, повышает управляемость системы и упрощает установку. PMBus реализована в различных областях, таких как оборудование для промышленной автоматизации и телекоммуникационное оборудование. Шина PMBus имеет следующие характеристики:
• интерфейс протокола — SMBus 1.1;
• версия — PMBus 1.1;
• скорость шины — 100 кГц.
К преимуществам следует отнести открытый протокол PMBus, который упрощает разработчикам процесс проектирования, а к недостаткам — низкую устойчивость PMBus к электрическим помехам и применение для связи на короткие расстояния.
Сеть контроллеров (CANBus), в которой используется метод дифференциальной сигнализации (CANH и CANL), изначально разработана для замены сложной проводки в автомобильной промышленности (рис. 2). Обладая высокой устойчивостью к электрическим помехам и возможностью самодиагностики и исправления ошибок данных, CANBus получает все большее распространение в различных отраслях промышленности, включая производство и системы автоматизации. Компания MEAN WELL предоставляет следующую информацию о CANBus:
• уровень канала передачи данных — CAN2.0B;
• уровень приложения — определяется MEAN WELL;
• скорость передачи — 250 кбит/с.
Преимущество: высокая невосприимчивость CANBus к электрическим помехам.
Недостаток: часть протокола CANBus определяется MEAN WELL; при внедрении в конечную систему может потребоваться модификация.
MEAN WELL программатор для мощных зарядных устройств
За последние несколько лет литий-ионные батареи нашли широкое применение в автономных системах электропитания AGV роботов‑транспортеров, но в то же время этот тип батарей редко используется в крупномасштабных приложениях, таких как системы хранения энергии или силовые батареи, поскольку отличается высокой стоимостью, недостаточной стойкостью к ударам и высоким температурам. В данный момент новый тип литий-железо-фосфатных аккумуляторов сочетает преимущества аккумуляторов LiCoO2, LiNiO2 и LiMn2O2 и в основном состоит из фосфора, лития и металлов, которыми богаты многие страны, что обеспечивает устойчивые источники поставок и конкурентоспособные цены. Кроме того, допустимое рабочее напряжение (3,2 В), большая емкость (170 мА·ч/г), высокая способность к зарядке и разрядке и превосходная стабильность при высоких температурах становятся дополнительными преимуществами литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов, отвечающих требованиям
безопасности и высокой производительности. Также в некоторых отраслях до сих пор применяются традиционные свинцово‑кислотные батареи.
Как известно, кривые заряда свинцово‑кислотных, литий-ионных и литий-железо-фосфатных аккумуляторов имеют свои особенности, которые были приняты во внимание компанией MEAN WELL при создании описываемых в данной статье источников питания для зарядных устройств и электрических зарядных станций аккумуляторных батарей.
• уровень канала передачи данных — CAN2.0B;
• уровень приложения — определяется MEAN WELL;
• скорость передачи — 250 кбит/с.
Преимущество: высокая невосприимчивость CANBus к электрическим помехам.
Недостаток: часть протокола CANBus определяется MEAN WELL; при внедрении в конечную систему может потребоваться модификация.
MEAN WELL программатор для мощных зарядных устройств
За последние несколько лет литий-ионные батареи нашли широкое применение в автономных системах электропитания AGV роботов‑транспортеров, но в то же время этот тип батарей редко используется в крупномасштабных приложениях, таких как системы хранения энергии или силовые батареи, поскольку отличается высокой стоимостью, недостаточной стойкостью к ударам и высоким температурам. В данный момент новый тип литий-железо-фосфатных аккумуляторов сочетает преимущества аккумуляторов LiCoO2, LiNiO2 и LiMn2O2 и в основном состоит из фосфора, лития и металлов, которыми богаты многие страны, что обеспечивает устойчивые источники поставок и конкурентоспособные цены. Кроме того, допустимое рабочее напряжение (3,2 В), большая емкость (170 мА·ч/г), высокая способность к зарядке и разрядке и превосходная стабильность при высоких температурах становятся дополнительными преимуществами литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов, отвечающих требованиям
безопасности и высокой производительности. Также в некоторых отраслях до сих пор применяются традиционные свинцово‑кислотные батареи.
Как известно, кривые заряда свинцово‑кислотных, литий-ионных и литий-железо-фосфатных аккумуляторов имеют свои особенности, которые были приняты во внимание компанией MEAN WELL при создании описываемых в данной статье источников питания для зарядных устройств и электрических зарядных станций аккумуляторных батарей.
Для программирования источников питания серии ENC, HEP‑1000, RCB‑1600/RPB‑1600, DBR‑3200/DBU‑3200 при использовании в обычных зарядных устройствах MEAN WELL предлагает программатор SBP‑001, который включается между персональным компьютером (ПК) и зарядным устройством (рис. 3). Компания MEAN WELL регулярно обновляет прошивку программатора SBP‑001, что позволяет пользователям самостоятельно настраивать кривую зарядки в соответствии с потребностями своего устройства в зависимости от химического состава заряжаемой аккумуляторной батареи.
Режимы зарядки на примере источника питания HEP‑1000−48
На компьютер устанавливается программное обеспечение Smart Battery Charging Programmer Software. Рабочие окна программы показаны на рис. 4 и 5. Окно SETTING (рис. 4) позволяет выбрать величину термокомпенсации, характеристику заряда и адрес зарядного устройства при работе с несколькими приборами. В окне CURVE PROFILE (рис. 5) устанавливаются параметры зарядки: постоянный зарядный ток (Constant Current), постоянное напряжение заряда (Constant Voltage), напряжение поддерживающего заряда (Floating Voltage) и ток подзарядки, который компенсирует саморазряд (Trickle Current) и тайм-ауты этапов заряда.
Режимы зарядки на примере источника питания HEP‑1000−48
На компьютер устанавливается программное обеспечение Smart Battery Charging Programmer Software. Рабочие окна программы показаны на рис. 4 и 5. Окно SETTING (рис. 4) позволяет выбрать величину термокомпенсации, характеристику заряда и адрес зарядного устройства при работе с несколькими приборами. В окне CURVE PROFILE (рис. 5) устанавливаются параметры зарядки: постоянный зарядный ток (Constant Current), постоянное напряжение заряда (Constant Voltage), напряжение поддерживающего заряда (Floating Voltage) и ток подзарядки, который компенсирует саморазряд (Trickle Current) и тайм-ауты этапов заряда.
Кривая зарядки по умолчанию является трехступенчатой (рис. 5а) для типичных герметизированных свинцово‑кислотных аккумуляторов с напряжением ускоренной зарядки 57,6 В и плавающим напряжением зарядки 55,2 В. Напряжение и ток зарядки различных типов
свинцово‑кислотных аккумуляторов можно легко отрегулировать в диапазоне 36−60 В DC и 3,5−17,5 А DC.
При выборе двухступенчатого режима зарядки (рис. 5б) HEP‑1000 можно использовать для зарядки литий-ионных батарей с тем же диапазоном регулировки 36−60 В DC, и 3,5−17,5 А DC соответственно.
Для зарядки литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов емкостью 20 А·ч с максимальным зарядным напряжением 56 В DC в двух режимах — стабилизации тока (CC) и стабилизации напряжения (CV), показанных на рис. 5б, можно установить значения 17,5 А DC и 56 В DC для максимально быстрой зарядки. Пользователь также может снизить зарядный ток, чтобы предотвратить повышение температуры, вызванное сильным током, и снизить напряжение, чтобы избежать возможности перезарядки.
свинцово‑кислотных аккумуляторов можно легко отрегулировать в диапазоне 36−60 В DC и 3,5−17,5 А DC.
При выборе двухступенчатого режима зарядки (рис. 5б) HEP‑1000 можно использовать для зарядки литий-ионных батарей с тем же диапазоном регулировки 36−60 В DC, и 3,5−17,5 А DC соответственно.
Для зарядки литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов емкостью 20 А·ч с максимальным зарядным напряжением 56 В DC в двух режимах — стабилизации тока (CC) и стабилизации напряжения (CV), показанных на рис. 5б, можно установить значения 17,5 А DC и 56 В DC для максимально быстрой зарядки. Пользователь также может снизить зарядный ток, чтобы предотвратить повышение температуры, вызванное сильным током, и снизить напряжение, чтобы избежать возможности перезарядки.
Заключение
Компания MEAN WELL предлагает широкую линейку современных мощных надежных программируемых источников питания с поддержкой протоколов CANBus/PMBus для автоматических электрических зарядных станций и зарядных устройств с возможностью регулирования кривых зарядки, необходимых для свинцово‑кислотных, литий-ионных и литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей, применяемых в различных отраслях промышленности.
Литература
1. Li G. Digital communication and applications of programmable power supply.
www.meanwell.eu/newsInfo.aspx?c=5&i=3435
2. Ge А. Programmable Battery Charger for Lead-Acid and Lithium Batteries.
www.meanwell.com/py/newsInfo.aspx?c=5&i=946
3. Li G. DBR‑3200 & DBU‑3200 Series 3200W digitalized 1U low profile parallelable high efficiency smart charger (with PFC).
www.meanwell.com/py/newsInfo.aspx?c=1&i=625
4. Mean Well SBP‑001. Smart Battery Charging Programmer Software User Manual.
www.meanwellrussia.com/upload/pdf/SBP‑001/SBP-E.pdf
Компания MEAN WELL предлагает широкую линейку современных мощных надежных программируемых источников питания с поддержкой протоколов CANBus/PMBus для автоматических электрических зарядных станций и зарядных устройств с возможностью регулирования кривых зарядки, необходимых для свинцово‑кислотных, литий-ионных и литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей, применяемых в различных отраслях промышленности.
Литература
1. Li G. Digital communication and applications of programmable power supply.
www.meanwell.eu/newsInfo.aspx?c=5&i=3435
2. Ge А. Programmable Battery Charger for Lead-Acid and Lithium Batteries.
www.meanwell.com/py/newsInfo.aspx?c=5&i=946
3. Li G. DBR‑3200 & DBU‑3200 Series 3200W digitalized 1U low profile parallelable high efficiency smart charger (with PFC).
www.meanwell.com/py/newsInfo.aspx?c=1&i=625
4. Mean Well SBP‑001. Smart Battery Charging Programmer Software User Manual.
www.meanwellrussia.com/upload/pdf/SBP‑001/SBP-E.pdf