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选择正确的设备监测电池状态,避免电池不均匀老化

汉通达 2022-06-18 11:56 次阅读

在当今信息时代,几乎所有的便携式电子产品都采用电池供电。电池还可以充当大型场所的备用应急电源。此外,纯电动汽车也在使用大型串并联电池包,来提供充足的功率,满足性能要求。

当今的大多数充电电池都属于锂电池,它们的工作温度范围为15°C到35°C,在这个温度范围内性能最高,容量最大。如果在低于15°C的环境温度下使用电池,电池内的电化学反应速度会下降,电池的性能随之降低、电量下降。如果在超过35°C的环境温度下使用电池或电池包,电池老化速度会逐渐加快。您可能会遇到电池续航时间缩短、温度分布不均导致的不均匀老化、安全风险增加等问题,导致生命周期的成本上升。温度太高的话,电池甚至可能会胀裂并造成泄露、冒烟、起火甚至是爆炸。

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图1 功率图显示电池或电池包在温度范围内的功率极限值(来源:Kandle Smith,NREL里程碑报告,2008年)

为了避免这种情况的发生,我们可以设计一套电池管理系统(BMS)对虚拟电池仿真,集成测试系统可以仿真实现电池组的各种常规工作状态,以及电池组无法实现的异常状态与故障状态,如电池组过热/过冷,单个单体过充电/过放电等。

电压模拟:具有单体/总电压动态工况或电池充放电标准曲线模拟功能,可模拟电池模块串联的电池组电压。每节电池的电压可以在0.1~5V内变化,完成电池均衡功能、单体过充电/过放电等功能的检测。设定分辨率:0.5mV。模拟电池模块可以显示每个通道的电压和电流,可以和被测BMS的测试通讯数据进行比较,得出BMS电压采集精度、均衡电流值判断等。单体采用模块化设计,扩展只需要增加对应的模块单元数量。

在BMS开发阶段,由于BMS尚处于原型期,使用真实电池组对BMS进行测试会存在安全隐患,因此利用集成测试系统可以更加安全、有效测试BMS的各项功能。尤其适合测试BMS系统对电池组异常状态的响应,大大提高对BMS测试的效率和测试完整性。

在BMS生产阶段,集成测试系统有助于产品的快速检测,并可根据需要与各种生产线管理系统软件集成,提高生产效率。

测试系统采用高度模块化的硬件与软件。主体硬件基于PXI平台和LXI平台,性能可靠,扩展方便。软件具有友好的人机界面,方便的数据导入导出与本地数据管理,支持csv或xls/xlsx格式的数据交换,系统支持网络登录运行,并且用户可以通过接口API对系统进行二次开发。为了保证使用效果提高测试精度,系统具有基于数字多用表的自校准功能。

测试系统核心基于高精度编程电池单体模拟器,可以通过程序精确模拟锂离子电池,镍氢电池等多种电池的充电和放电过程,设定并仿真电池组SOC。并可根据实际需要配置电池单体模拟器的数目。系统中还配置有高精度可编程温度传感器仿真器,可以用于仿真NTC、PTC、PT100/PT1000等类型的温度传感器。

●高精度电池组仿真系统

●可仿真锂离子电池、镍氢电池等多种类型的电池

●串联1-150个模拟电池单体

●多种温度传感器仿真

●电池组的运行状态设定与故障设定

●SOC/SOH仿真测试

●替代真实电池组,可灵活模拟故障或极端工况

●用户可以自行装载电池工况模型

CANRS232/422、I2C、SPI等多种总线通讯能力

●全系统自校准功能

●可订制特殊及复杂的测试要求和测试流程

集成测试系统的主要技术指标见下表:

电池模拟器
单体电压0~7V
电压输出精度优于±0.2%
步进精度<0.5mV
隔离电压±750V
安全保护短路保护,极性反转保护,过热保护,多通道互锁结构
温度传感器模拟器
可模拟传感器类型

NTC,PTC,PT100,PT1000等各种电阻输出的温度传感器

如需模拟数字输出传感器请联系我公司

通道数不限
阻值范围根据传感器类型有255Ω,64KΩ,1.5MΩ,16MΩ等
输出阻值精度根据传感器类型有0.1%,0.2%,0.5%,1%
步进精度根据传感器类型有2mΩ,10 mΩ,125 mΩ,250 mΩ,1 Ω
开关子系统
开关器件种类干簧继电器,电磁继电器,固态继电器
开关结构形式SPST,DPST,多路开关,矩阵开关
额定开关电压可达750V(与额定电流非同时到达极大值)
额定开关电流可达10A或更高(与额定电压非同时到达极大值)
支持其它类开关结构故障注入开关,数字I/O,外部继电器驱动器
数据通讯总线
封装形式集成在系统框架中或独立USB设备
支持的协议种类CAN,LIN,J1850,KWP2000,I2C,SPI,RS-232等,可定制协议
通道数量

CAN总线(高速,单线,容错)最多共计10个通道

IIC,SPI各1个,其它类型通道数量请联系本公司获得进一步信息

仪器与外围设备
A/D (可选)16bit
D/A (可选)16bit
数字I/O (可选)32输入32输出或更多
DMM6.5位/7.5位数字多用表
示波器(可选)2通道,16bit,250MHz模拟带宽,400MHz采样率
两通道直流稳压电源0~36V,0~5A
两通道程控电源(可选)0~48V,0~2A
可编程电流源(可选)0~100A或更高
可编程电压源(可选)0~600V或更高
可编程电子负载(可选)
信号调理箱(可选)
其它资源用户指定

外观尺寸

最小尺寸约为1m(宽)*1m(深)*1.6m(高)。此为19"标准机柜,不含测试接口和夹具的尺寸,整机尺寸随系统规模会有所变化。

操作系统

支持32bit Windows XP/7,如需使用64bit Windows或Linux等操作系统,请联系我公司。

开发环境

支持各种通用开发环境如Visual Studio和测试领域常用开发环境如ATEasy,LabVIEWActivATE等。

其它同类产品

除UI120H系列产品之外,还有UI100系列与UI120系列产品可供选择,三大系列的产品特性如下表所示:

产品系列典型适用范围

UI120H系列

高级型BMS测试系统

BMS产品开发与验证

BMS完整功能测试

BMS故障排查

UI120系列

标准型BMS测试系统

BMS产品开发与验证

BMS功能测试

BMS子模块开发与验证

UI100系列

基本型BMS测试系统

BMS产品下线测试

BMS产品基本功能验证

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