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      2. 選擇正確的設備監測電池溫度

        2022-02-11 17:59:53 來源:是德科技產品市場經理 Bernard Ang
        在當今信息時代,幾乎所有的便攜式電子產品都采用電池供電。 電池還可以充當大型場所的備用應急電源。 此外,純電動汽車也在使用大型串、并聯電池包,來提供充足的功率,滿足性能要求。
         

        電池包需要達到足夠的功率密度(W/kg), 才能分配充分的電流來實現電動汽車的加速指標。 同時, 高功率密度 (Wh/kg),才能實現更長的續航時間或續航里程。
         
        監控電池溫度為什么很重要?

        當今的大多數充電電池都屬于鋰電池,它們的工作溫度范圍為 15 °C 到 35 °C,在這個溫度范圍內性能最高,容量最大。

        · 如果在低于 15 °C 的環境溫度下使用電池,電池內的電化學反應速度會下降,電池的性能隨之降低、電量下降。

        · 如果在超過 35 °C 的環境溫度下使用電池或電池包,電池老化速度會逐漸加快。 您可能會遇到電池續航時間縮短、溫度分布不均導致的不均勻老化、安全風險增加等問題,導致生命周期的成本上升。 溫度太高的話,電池甚至可能會脹裂并造成泄漏、冒煙、起火甚至是爆炸。
         
        圖 1.  功率圖顯示電池或電池包在溫度范圍內的功率極限值(來源:Kandler Smith,NREL 里程碑報告,2008 年)。
         
        什么時候使用數據采集(DAQ)系統監測電池溫度

        數據采集(DAQ)系統是測量單個對象或多個對象的溫度時最常用的一種儀器。 DAQ 系統可以監控產品電池系統中多個點的溫度。 通常情況下,您會首先對設計模塊進行功能測試, 進一步, 集成的數個功能模塊, 進行開發階段的測試。 對電池包和系統進行的實驗性測試, 通常是在早期產品設計階段, 使用幾種常見的研發實驗室用儀器完成。

        DAQ 系統可用于:監控產品電池系統多個點的溫度; 使用直流電源為電池系統充電,和使用直流電子負載對電池系統放電。

        下面的圖 2 展示了一個使用 DAQ 系統的常見實驗室測試裝置。 如果您恰好擁有既能供電、又能吸收電流的雙向直流電源,那么您可以用它同時代替單獨的直流電源和直流電子負載。
         
        圖 2.  實驗室測試裝置使用 DAQ、直流電源和直流電子負載對產品電池系統進行測試。
         
        下面的圖 3 展示了一個在 PC 上運行的數據采集軟件示例,該軟件可以與 DAQ 硬件緊密配合,提高工作效率。 使用這樣的數據采集應用軟件,您可以快速設置并執行測試,更快獲得測試結果。 部分 PC 數據應用軟件允許您通過圖形界面構建自動化測試,能夠顯著縮短測試開發時間。 這樣的軟件基本上支持通過圖形界面直觀地完成儀器設置和生成測量序列,并且能與多個儀器互相配合,幫助您創建自己的完整自動化測試。
         
        圖 3.  Keysight PathWave BenchVue PC 數據采集軟件的圖形界面。
         
        圖 3 展示了一個在電腦上運行的數據采集軟件示例,該軟件能夠:
        • 使用不同的電電流和功率進行充電, 并使用電子負載進行放電,同時監控電池系統的溫度和特性,以此來測試產品中的電池管理系統。
        • 執行多點溫度測量,從而評估電芯之間的溫度波動和分布。
        • 設置警報觸發器,從而監控溫度、電壓或電流是否超出了可接受的閾值范圍。

        什么時候使用專門的電池測試系統來監測電池溫度

        在臺式測試儀器上采取快速靈活方法進行測試,可以很好地幫助您快速診斷故障并驗證電池系統設計。 然而,如果您需要運行全面可靠的電池測試, 以便達到標準合規性和一致性測試要求, 請使用包含專用集成化電池控制及測試軟件的專用電池測試系統。

        要想對電池系統進行精準可靠的測試,無論這個系統是電芯、模組還是電池包,您都需要一套配置齊全的專用電池測試系統。 一套好的電池測試系統可以運行定制的性能測試、功能測試、老化測試和環境測試。

        下面的圖 4 展示了一個專用電池測試系統示例,該系統可以從單獨的解決方案擴展為完全綜合的測試系統和即時可用的測試實驗室。
         
        圖 4.  Keysight Scienlab SL100XA 系列電池測試系統。
         
        例如,圖 4 中所示的電池包測試系統可以擴展至最高 1000 V、± 2400 A 和 ± 360 kW。 出色的可擴展性能夠極大地保護您的測試硬件投資。 電池測試系統還必須足夠靈活和經濟適用,滿足各種儲能應用的需求,包括汽車運輸、工業以及其他大型場所中的使用場景。

        一個優秀的電池測試系統應配有適用于被測器件(DUT)的綜合測試環境,例如溫度測試箱和氣候測試箱、用于 DUT 的調節設施、以及標準化的連接系統,以便輕松集成到 DUT 上。 此外,系統還必須內置安全和安保機制,這樣可以幫助您規避潛在的危險。
        為了控制單個或多個被測電芯、 模組和電池包,以完成綜合電池測試,您還需要使用一個中央電池測試系統軟件。

        一個優秀的、基于互聯網的中央電池測試系統軟件還能夠:
        • 監控測試環境中的所有組件
        • 使用預先定義的測試標準, 定制專用的測試步驟
        • 執行測試測量并記錄數據,并通過時間戳功能支持您進行同步分析
        • 提供強大的測量數據顯示功能
        最后,中央電池測試系統軟件還應當能夠執行驗證測試,滿足各種標準組織――如國際標準化組織(ISO)、德國標準化學會標準歐洲標準(DIN EN)和汽車工程師學會(SAE)――的合規要求。
         
        總結

        在電池系統的整個產品生命周期中,都需要對電池溫度進行嚴格監控。 在產品生命周期的早期階段,工程師可以使用臺式儀器(如 DAQ)配合電流輸入、輸出直流電源一起, 快速診斷電池系統的故障和執行電池系統設計驗證。 在產品生命周期的表征和驗證階段,則必須采用專門的電池測試解決方案,它可以幫助工程師獲得全面、可靠和數量可擴展的測試解決方案。

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