CellSense – Lokale monitoring van celspanning
Als een producent van brandstofcellen, systeemintegrator of eindgebruiker kijkt u met gemengde gevoelens naar individuele monitoring van celspanningen: aan de ene kant is het geruststellend om te weten dat de installatie die u bedient het goed doet. Hoogstwaarschijnlijk hebt u deze ontworpen om de beste prestaties of hoogst mogelijke celspanningen te halen. Aan de andere kant wil u deze monitoring liefst simpel houden om de kosten laag te houden. Extra hardware betekent bovendien een extra kans op valse alarmen of slechte contacten, extra onderhoud etc.
Met CellSense proberen we u te helpen om de keuze makkelijker te maken.
Wij bieden u een stabiele oplossing voor het bewaken van de celspanning met bewezen betrouwbaarheid.
We werken aan het verbeteren van de voordelen van het monitoren van celspanningen, waardoor uw technologie beter presteert en gemakkelijker te integreren is.
We voegen functionaliteit toe aan CellSense zodat bestaande hardware kan worden vervangen en er geen extra middelen nodig zijn om CellSense aan te sluiten.
Wat is het?
Batterijcellen zijn kleine chemische reactoren die waterstof en zuurstof omzetten in elektrische energie en warmte. Een enkele batterijcel produceert zijn elektriciteit met een spanning van minder dan één Volt. Daarom worden batterijcellen voor praktische toepassingen in serie geschakeld of gestapeld om hoge spanningen te bereiken. Over het algemeen worden de gassen parallel aan deze cellen toegevoerd.
Een gevolg van deze opstelling is dat de gastoevoer naar de afzonderlijke cellen kan verschillen terwijl de stroom die er doorheen vloeit identiek is. Dit kan resulteren in grote verschillen in celspanningen binnen één cluster. Wanneer een cel stroom produceert met een lage spanning (vergeleken met de andere cellen in de stapel), is dit een duidelijke indicatie dat er iets mis is in de werking van deze cel.
Omdat de efficiëntie van een batterijfcel wordt gemeten aan de hand van de celspanning, werken cellen altijd op de hoogst mogelijke spanning. Bijgevolg wordt elke afwijking van deze optimale situatie, bijvoorbeeld door een defect onderdeel of besturing, vertaald in een verlaging van de celspanningen. Bijgevolg geven celspanningen de juiste en veilige werking van een batterijcelpakket aan.
Het grootste probleem bij het meten van individuele celspanningen is echter de aanwezigheid van een standaard DC-spanning die voor elke cel anders is en in de tijd verandert. Er bestaan oplossingen om hiermee om te gaan, maar die zijn vaak duur.
CellSense is een daarom monitoringstool voor celspanningen dat spanningen van individuele cellen kan meten en een oplossing biedt voor beide problemen. Als gevolg hiervan is het zeer geschikt voor het bewaken van commerciële baterijcelpaketten en integratie in besturingssystemen.
De technologie die wordt gebruikt in CellSense wordt beschermd door een patent.
Hoe werkt het?
CellSense is modulair opgebouwd. Een belangrijke component in dit ontwerp is een analoog-naar-digitaal omzetting die de spanningen van vier aangrenzende cellen omzet in digitale informatie. Dit wordt een voltage scanning unit of VSU genoemd. Een willekeurig aantal VSU’s is parallel geschakeld, één voor elke vier cellen in een batterijpakket. Al deze VSU’s worden gevoed via een gemeenschappelijke geïsoleerde voedingsbus en ze verzenden en ontvangen gegevens via een gemeenschappelijke geïsoleerde databus. Het andere onderdeel in het ontwerp is de hoofdcontroller. Zijn taak is om de door de VSU’s gegenereerde data uit te lezen, te behandelen en berichten te genereren voor een bovenliggende regelaar in de batterijcelinstallatie.
Het gebruik van meerdere VSU’s heeft daarbij verschillende voordelen:
- Zeer modulair ontwerp, zeer weinig ongebruikte kanalen
- Hoge common-mode spanningsafwijzing
- Metingen worden quasi gelijktijdig uitgevoerd (binnen minder dan 0,5 msec)
- Zeer laag aantal componenten om lage kosten te bereiken
- Grote flexibiliteit voor PCB-lay-out in het geval van een aangepast ontwerp
Zoals opgemerkt, resulteert elke afwijking van een optimale werking in celspanningen die laag worden. Dit betekent dat storingen of onveilige situaties kunnen worden gedetecteerd door een CVM, waardoor het een effectief en waardevol onderdeel is bij beoordelingen van veiligheid, risico’s en bruikbaarheid.
Mogelijke voordelen van de CVM zijn:
- Verhoogde veiligheid om te voldoen aan risicobeoordeling
- Lagere gasstoichiometrie (lagere λ)
- Hogere beschikbaarheid, betere kwaliteit van elektrische stroom
- Minder kans op schade
- Verhoogde levensverwachting
- Snelle diagnose bij schade
- Een complete geschiedenis van het batterijcelpakket
