Защита аккумулятора от перенапряжения

Вот эта тема — защита от перенапряжения — часто сводится к простому ?поставил стабилизатор и забыл?, но на практике всё куда капризнее. Многие коллеги до сих пор путают перенапряжение с перегрузкой по току, а ведь это разные вещи: первое бьет по химии банок, второе — по контактам. В наших щитах для ООО Юэцин Сутун Электрооборудование я не раз видел, как клиенты экономят на защите аккумулятора, ставя китайские DC-реле с задержкой срабатывания в 2–3 секунды — а за это время гелевый аккумулятор уже получает необратимый перезаряд.

Почему классические схемы не всегда работают

Раньше мы в проектах использовали тиристорные отсечки — дешево, но с ними своя головная боль. Например, в одном из объектов в Юэцине для систем аварийного освещения ставили такую защиту, а она срабатывала только при скачках выше 28 В. Казалось бы, запас есть, но зимой при глубоком разряде и резком подключении к генератору аккумуляторы ?плыли? — пластины коробились именно из-за кратковременных всплесков, которые тиристор не успевал отсекать.

Пришлось переходить на гибридные схемы с MOSFET + BMS. Кстати, на сайте https://www.sutong.ru мы как-то выкладывали кейс по такому решению — не реклама, а скорее попытка объяснить, почему готовые модули не всегда спасают. Там же, в описании компании, упоминается, что они с 2016 года в Юэцине — городе, где каждый второй завод делает электротехнику. Это важно: местные производители часто тестируют прототипы защит в реальных условиях, и их опыт показал, что даже качественный BMS может ?пропускать? импульсные помехи от инверторов.

Один раз наблюдал, как в системе телекоммуникационного шкафа ?сдохли? три AGM-батареи — все из-за того, что защита была настроена на порог 14.8 В, а обратные скачки от DC/DC-преобразователя достигали 15.2 В всего на 200 мс. Для человека — мелочь, для кислотного аккумулятора — смерть.

Роль BMS в защите от перенапряжения

Современные BMS — это не просто ?умный предохранитель?. В проектах для Сутун Электрооборудование мы стали внедрять каскадную логику: первая ступень — аппаратная отсечка на 15.0 В, вторая — программное ограничение по dV/dT. Если напряжение растет слишком резко, даже не достигнув порога, BMS принудительно разрывает цепь. Но и тут есть нюанс: некоторые контроллеры ?залипают? в состоянии защиты, особенно после частых скачков.

Помню, на одном из объектов в Чжэцзяне пришлось перепрошивать BMS в полевых условиях — она блокировала заряд после каждого минимального превышения. Клиент был в ярости, ведь система аварийного питания постоянно уходила в ошибку. Оказалось, проблема в кривой калибровки АЦП — заводской допуск в 2% превращал 14.6 В в 14.9 В.

Сейчас часто рекомендуем схемы с аналоговой защитой параллельно с цифровой. Да, это дороже, но для критичных систем — например, для медицинского оборудования — только так. Кстати, в ассортименте Сутун есть силовые модули как раз для таких задач, но я бы не сказал, что они идеальны — при высоких температурах пороги срабатывания уплывают.

Типичные ошибки при выборе компонентов

Самая частая ошибка — ставить варисторы на DC-линиях. Да, они дешевые и хорошо гасят импульсы, но после нескольких срабатываний деградируют, причем визуально это не заметишь. В одном из щитов для промышленного освещения мы нашли варистор, который уже был в обрыве, но до этого ?пропускал? скачки — аккумуляторы стояли с вздутыми корпусами.

Другая беда — неправильный подбор DC-контакторов. Казалось бы, коммутация на 30 А — бери с запасом. Но если контактор стоит рядом с инвертором, его катушка индуктивности сама генерирует выбросы при отключении. Приходится ставить RC-цепи, но и их надо рассчитывать под конкретную нагрузку — об этом редко пишут в мануалах.

Для литий-железо-фосфатных батарей ситуация еще тоньше — их можно убить перенапряжением всего в 3.8 В на банку. Мы как-то тестировали защиту для таких сборок и выяснили, что даже качественные BMS от известных брендов иногда не успевают отреагировать на скачки от солнечных контроллеров MPPT. Пришлось допиливать схему своими силами — добавили быстродействующие TVS-диоды на каждую банку.

Полевые случаи и неочевидные связи

В 2019 году на одном из заводов в Вэньчжоу случился массовый выход из строя аккумуляторов в ИБП. Сначала грешили на качество батарей, но при детальном разборе выяснилось: проблема в сети 380 В — там были высокочастотные помехи от частотных преобразователей, которые пробивались через зарядные устройства. Защита на самих АКБ не срабатывала, потому что измеряла среднеквадратичное значение, а не пиковое.

После этого случая мы стали всегда ставить осциллограф на линию при диагностике — иначе можно годами искать причину деградации батарей. Кстати, в документации на сайте https://www.sutong.ru есть рекомендации по использованию фильтров EMI — но я бы добавил, что их надо подбирать под спектр помех, а не ставить ?типовые?.

Еще один момент: многие забывают про переходные процессы при коммутации нагрузки. Например, когда отключается мощный потребитель, в цепи может возникнуть всплеск напряжения из-за индуктивности проводки. Для защиты от такого эффекта мы иногда ставим демпфирующие цепи прямо на клеммах АКБ — не по ГОСТу, зато работает.

Что в итоге стоит рекомендовать

Если обобщать наш опыт, то идеальной схемы нет — всегда надо смотреть на конкретную систему. Но базовый набор: быстродействующий BMS с двухуровневой защитой, TVS-диоды на шинах, аналоговый компаратор для критичных порогов. И — обязательно — регулярная проверка порогов срабатывания.

Для проектов, где бюджет ограничен, можно посоветовать гибридные решения — например, связку из реле напряжения и варистора, но с обязательной заменой варистора раз в два года. Да, это не идеально, но лучше, чем ничего.

Главное — не надеяться на одну лишь защиту в контроллере заряда. Как показывает практика, именно он часто становится источником проблем — особенно если это дешевые китайские модели с нестабильной работой ШИМ. Лучше переплатить за нормальную схемотехнику, чем потом менять парк аккумуляторов.