Solutions d'alimentation de secours avec générateur DC KS 48V-DC

La société moderne se dirige vers la flexibilité et les énergies renouvelables.

Les solutions d'îlots énergétiques et les systèmes d'alimentation avec batteries sont devenus une tendance et se généralisent de plus en plus. Nous assistons actuellement à des changements rapides dans la fabrication de batteries et d'accumulateurs, qui influencent de plus en plus notre quotidien.

Les dispositifs de stockage d'électricité font de plus en plus partie des différents systèmes d'alimentation électrique. Les systèmes solaires, les éoliennes, les voitures électriques, les appareils ménagers avec batteries rechargeables, les systèmes informatiques avec onduleurs, les télécommunications, les systèmes de surveillance, etc. sont équipés de batteries longue durée.

Les batteries sont rechargées à partir d'une source d'alimentation CA ou CC. Cependant, la tension CA doit d'abord être redressée, ce qui constitue un problème technique en soi à des niveaux de puissance plus élevés.

La plupart des chargeurs AC/DC ainsi que les modules de charge dans les onduleurs ont une consommation d'énergie pulsée et la plupart d'entre eux chargent le dispositif de stockage de la batterie de manière pulsée :

Consommation actuelle (verte) du chargeur

Courant de charge (vert) de la batterie

La tension secteur est indiquée en jaune. Dans le cas de chargeurs ou de modules de charge sans correction du facteur de puissance, seules les valeurs maximales de l'onde sinusoïdale sont consommées.

La consommation de courant pulsé a un facteur de puissance de 0,5-0,6, ce qui entraîne une puissance réactive élevée. Lorsqu'on fonctionne à partir du réseau électrique public, il y a moins de problèmes car plusieurs consommateurs d'énergie fonctionnent en parallèle et s'équilibrent mutuellement.

Lors de l'utilisation d'un générateur AC, divers problèmes techniques surviennent, ce qui signifie que vous ne pouvez pas utiliser plus de la moitié de la puissance nominale du générateur et des mesures doivent être prises pour stabiliser le circuit contre les harmoniques causées par une consommation de courant impulsionnelle.

En pratique, cela conduit souvent à un fonctionnement instable du chargeur et même à des dommages au générateur, tels que des enroulements surchauffés, un régulateur de tension cassé ou un module onduleur défectueux.

Un générateur conventionnel ne doit pas être utilisé comme source d'alimentation de secours pour un onduleur ou un convertisseur, car le module de charge peut déformer sa tension, ce qui affecte à son tour les consommateurs d'électricité à alimenter. Les générateurs avec technologie d'onduleur sont mieux adaptés à cet usage, mais il faut s'attendre à des limitations de performance.

GÉNÉRATEURS CC en tant que source d'énergie pour le stockage de batteries résolvent le problème d'une manière différente et présentent de nombreux avantages à cet égard.

Le KS 48V-DC est connecté directement à la batterie ou au barreau omnibus de 48V et remplit la même fonction que d'autres sources de courant continu telles qu'un champ solaire ou une éolienne avec un contrôleur de charge.

La charge de la batterie via le contrôleur de charge solaire est complexe, en fonction de la consommation d'énergie de l'onduleur :

Dans l'image de gauche, aucune puissance n'est tirée de l'onduleur pour alimenter la maison, et dans l'image de droite, la puissance est tirée par impulsions pour créer une onde sinusoïdale.

Le générateur à courant continu dispose de multiples enroulements et d'un contrôle électronique, ce qui rend le courant de sortie beaucoup plus régulier. Voici à quoi ressemble le courant de charge (en vert) d'une batterie LiFePO₄ (un cas extrême) à un courant de 40A et 70A (valeur efficace) :

L'ondulation de la tension de sortie du générateur DC est très faible, ce qui peut néanmoins provoquer une ondulation du courant de charge dans une batterie LiFePO₄. À mesure que le courant de charge augmente, la différence entre la tension propre de la batterie et celle du générateur augmente, ce qui peut entraîner une réduction de l'ondulation du courant de charge.

Un générateur à courant continu pour recharger les batteries est une solution avantageuse sous tous les aspects et, dans certains cas, il n'existe pas de meilleure alternative, voire aucune.

Par exemple, avec des onduleurs connectés au réseau dotés d'une fonction de secours et d'un stockage de batterie en courant continu, il n'est pas possible d'utiliser un générateur en courant alternatif à la place du réseau électrique public, car un tel générateur peut être endommagé par un retour de courant. Le stockage de batterie en courant continu ne peut être rechargé qu'à partir d'une source de courant continu.

Könner & Söhnen s'efforce toujours de proposer à nos clients de bonnes solutions. Une alimentation électrique fiable est extrêmement importante et les générateurs DC de Könner & Söhnen devraient jouer un rôle important à cet égard.

Le générateur à courant continu KS 48V-DC a été spécialement conçu pour le stockage de batteries 48V dont la plage de tension de fonctionnement chevauche la plage de 48-54V.

Voici les paramètres des batteries les plus courantes en comparaison :

Il est impératif de prêter attention à des paramètres tels que la tension de charge maximale, le courant recommandé et la capacité utilisable :

La tension de sortie maximale du KS 48V-DC est choisie de manière à éviter toute surcharge, même avec des batteries AGM et au plomb. Elle se situe dans la zone de charge d'entretien et ne peut pas endommager les batteries, même si le générateur fonctionne pendant plusieurs heures.

Si la tension sur le barreau de bus 48V doit monter à 57V (par exemple en raison d'autres sources d'alimentation en courant continu), le générateur s'arrête immédiatement, quel que soit le mode.

Les batteries au lithium sont équipées de contrôleurs BMS, qui empêchent également la surcharge.

La plage de tension de 48-54V convient à la plupart des barres omnibus de 48V. La chute de tension dans les câbles allant du générateur aux barres omnibus de 48V doit également être prise en compte, pouvant être de 0,5 à 1,0V selon l'intensité du courant.

Le KS 48V-DC fonctionne comme un chargeur ou un module de charge avec une caractéristique IU :

Il remplit la même fonction que toute autre source de courant continu connectée au bus 48V, fournissant de l'énergie au système lorsque cela est nécessaire.

Différents algorithmes de fonction peuvent être mis en œuvre en utilisant le mode AUTO ou CONTRÔLE EXTERNE existant. Lors du choix entre le mode AUTO et le mode CONTRÔLE EXTERNE, il est essentiel de prendre en compte les caractéristiques particulières du système à alimenter. Lorsque le générateur fonctionne et qu'il est la seule source d'alimentation en courant continu sur le bus 48V, il prend en charge pratiquement toute l'alimentation électrique, car sa tension de sortie reste alors légèrement supérieure à la tension de la batterie.

Si la demande énergétique moyenne dépasse 50 % de la puissance nominale du générateur (par exemple, pour les systèmes de télécommunications), nous recommandons d'utiliser plusieurs KS 48V-DC pour augmenter la puissance :

La puissance nominale totale des générateurs DC connectés en parallèle doit être au moins deux fois supérieure à la consommation moyenne d'énergie des consommateurs d'énergie connectés, afin de garantir un fonctionnement ininterrompu à long terme. Par exemple, la moitié des générateurs DC peut fonctionner pendant que l'autre moitié est refroidie, entretenue ou ravitaillée.

En mode AUTO, un tel système serait également auto-régulant. Même une petite déviation de la tension de démarrage du générateur signifie que le 1er générateur démarre en premier et que les autres se mettent en marche lorsque la tension de la batterie continue de baisser si la puissance du 1er générateur seul n'est pas suffisante. Si le courant de sortie de l'un des générateurs actifs tombe en dessous de 20A, il est éteint dans les 30 secondes tandis que les autres générateurs continuent de fonctionner.

Si d'autres sources de courant continu doivent devenir actives sur le bus 48V (module de charge de l'onduleur ou de l'ASI, convertisseur AC/DC, contrôleur de charge des modules PV ou de l'éolienne, etc.) et prendre en charge l'alimentation électrique en partie ou en totalité, la consommation de courant sur le KS 48V-DC et lorsqu'il est en mode AUTO, le contrôleur arrête le générateur. Si plusieurs KS 48V-DC doivent fonctionner en parallèle, ils sont arrêtés l'un après l'autre et seuls ceux où la consommation de courant dépasse 20A continuent de fonctionner.

Cela permet d'économiser du carburant car le moteur ne fonctionne pas à faible charge mais dans la plage de vitesse économique.

En mode CONTRÔLE EXTERNE, les KS 48V-DC ne sont activés et désactivés que via des contacts "secs" sans potentiel externe, à l'exception de la protection contre les surtensions, qui éteint le générateur à 57V.

FONCTIONNEMENT  EN MODE AUTOMATIQUE

Le générateur en mode AUTO surveille la tension de la batterie à alimenter et démarre automatiquement lorsque la valeur de tension inférieure de 47,5-48V est atteinte. Temps de réaction d'environ 5 secondes.

Le générateur charge la batterie avec une tension allant jusqu'à 53,5-54V et un courant allant jusqu'à 70-75A, et s'éteint dès que la tension atteint 53,5-54V et que le courant de charge tombe en dessous de 20A. Temps de réaction d'environ 30 secondes.

Le générateur peut être démarré en appuyant sur le bouton START à tout moment, indépendamment de la tension de la batterie, mais il s'arrêtera dans les 30 secondes après que le courant tiré soit inférieur à 20A.

La lampe témoin verte (affichage de fonctionnement) s'allume en continu lorsque la consommation de courant dépasse 20A et clignote lorsque la consommation de courant tombe en dessous de 20A.

Si la consommation d'énergie dans le cas respectif ne doit techniquement jamais descendre en dessous de 20A (barre omnibus 48V), le mode de CONTRÔLE EXTERNE doit être utilisé afin que le générateur ne fonctionne pas en continu.

FONCTIONNEMENT EN MODE DE COMMANDE EXTERNE

En mode CONTRÔLE EXTERNE, le générateur sera démarré en fermant les contacts du TERMINAL DE CONTRÔLE et arrêté en les ouvrant. Ce mode permet d'adapter de manière optimale le générateur à différents systèmes de stockage de batteries grâce au contrôle externe d'appareils avec des contacts "secs" sans potentiel, ce qui élargit considérablement le champ d'application du générateur. Avec le cavalier entre les contacts du TERMINAL DE CONTRÔLE, le générateur démarre immédiatement dès que le commutateur rotatif est mis en position ON et s'arrête lorsqu'il est en position OFF. Une telle utilisation est recommandée afin de pouvoir démarrer et arrêter le générateur manuellement indépendamment de la tension de la batterie.

De nombreux appareils sont équipés de contacts "secs" sans potentiel (onduleurs, UPS, batteries avec contrôleurs BMS, moniteurs de batterie, relais temporisés, etc.), ce qui permet de mettre en œuvre tous les algorithmes possibles d'utilisation du générateur.

PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS ET LES SURCHARGES

Si la tension sur le jeu de barres de 48V ou la batterie à alimenter devait atteindre 57V ou plus pour quelque raison que ce soit, le générateur s'éteint immédiatement.

La tension de sortie du générateur est réduite lorsque le courant maximal est dépassé et peut être inférieure à 48V, mais si elle devient trop basse, elle est reconnue comme un court-circuit et le générateur est immédiatement arrêté.

Il est normal que la LED rouge s'allume lors de la charge à courant maximal. Cela signifie simplement que le courant de sortie maximal du générateur a été atteint.

PROTECTION EN CAS DE BAS NIVEAU DE CARBURANT OU D'HUILE MOTEUR

Si le carburant est épuisé, le moteur s'arrête.

Si le niveau d'huile est trop bas (le voyant LED jaune s'allume), le moteur s'arrête immédiatement.

Si les conditions de démarrage sont remplies (la tension de la batterie est inférieure à 47,5-48V en mode AUTO ou les contacts de CONTRÔLE EXTERNE sont court-circuités en mode CONTRÔLE EXTERNE), le moteur tente de démarrer 5 fois et si cela ne fonctionne pas, un message d'erreur apparaît (le voyant rouge clignote).

ENTRETIEN FACILE 

Le générateur ne possède pas sa propre batterie et est démarré par la batterie à fournir. La batterie à fournir a généralement une capacité de plusieurs kWh et même avec une faible charge, il y a encore plus qu'assez d'énergie pour démarrer le générateur, même après plusieurs tentatives de démarrage. Cela élimine le besoin d'un entretien régulier de la batterie du générateur, comme c'est le cas avec les générateurs CA, par exemple, et augmente la fiabilité de l'alimentation de secours lorsque le générateur est rarement utilisé.

Cependant, avec le générateur, il est essentiel de veiller à ce que la durée de conservation du carburant ne soit pas dépassée. Nous recommandons d'utiliser uniquement de l'essence à longue durée de vie avec un indice d'octane de 90-95 comme carburant, en prêtant attention aux dépôts éventuels dans le carburateur et en les vidant à temps en fonction de la durée de conservation de l'essence.

Il est également important de prêter attention à la durée de conservation de l'huile moteur. Celle-ci doit être changée soit tous les 12 à 18 mois selon les spécifications du fabricant, soit toutes les 50 heures de fonctionnement.

Le filtre à air doit être remplacé en fonction de son degré de saleté.

REMARQUE IMPORTANTE : 

Le générateur à courant continu KS 48V-DC ne peut être utilisé qu'avec des batteries de 48V, qui sont listées dans le tableau ci-dessus. Il est impératif de prêter attention aux paramètres de l'ensemble du système d'alimentation. Dans les systèmes où le barreau de distribution 48V est alimenté exclusivement par l'onduleur, il faut s'assurer que d'autres sources d'alimentation en courant continu peuvent être connectées au barreau de distribution 48V et qu'il n'y a pas de défauts dans le contrôleur (en particulier avec la gestion de l'énergie basée sur les flux d'énergie) de l'installation causés.

AVERTISSEMENT :

Ces instructions ne peuvent être considérées que comme une recommandation, sont illustratives et doivent être adaptées aux circonstances et conditions locales exactes lors de l'installation. L'installation elle-même doit être effectuée en conformité avec toutes les normes et réglementations. Nous déclinons toute responsabilité pour les installations incorrectes et leurs conséquences.