如何选择合适的设备来测试和监控电池温度?
原创
Bernard Ang
电子工程专辑
2022-07-08 12:00
发表于
广东
收录于合集
在当今的电子应用中,
电池
为我们几乎所有的便携式电子
设备
供电。电池还可用于大型场所的应急备用
电源
系统。此外,电动汽车使用大型
级联
电池组
来满足全功能所需功率。
电池组
需要所需的
功率密度
(W/kg),才能分配足够的电流,来实现电动汽车的速度性能。另外,它们还需要所需的能量比(Wh/kg),以实现更长的运行时间或行程。
为什么监测
电池
温度如此重要?
如今,大多数可充电
电池
都使用
锂离子电池
,工作温度范围在15 °C到35 °C之间,在此范围内,
电池组
能够释放其全部性能和容量。
如果
电池
在低于15°C的环境温度下工作,则电池内的
电化学
反应可能会减缓,从而导致
电池
性能变差和容量降低。
如果
电池
或
电池组
在高于35°C的环境温度下工作,
电池
性能可能会随着时间的推移而加速退化。因此,可能会出现电池寿命缩短、热梯度导致的不均匀
老化
、更大的
安全
风险以及更高的寿命周期成本。在极热的温度下,
电池
会发生故障,导致泄漏、冒烟、起火,甚至爆炸。
下面的功率图(图1)显示了
锂离子电池
单元、模块或
电池组
在整个温度范围内的功率限制。15°C和35°C之间的范围是
电池
实现全部性能的最佳工作温度范围。该温度范围也是电池运行最有效、最可靠和最
安全
的温度范围。
下面的功率图(图1)显示了
锂离子电池
单元、模块或组件在整个温度范围内的功率限制。15°C到35°C之间的温度范围,是
电池
实现全面性能的最佳工作温度范围。该温度范围也是电池工作最有效、最可靠和最
安全
的范围。
图1:功率图显示了
电池
或
电池组
在温度范围内的功率限制。(图片来源:Kandler Smith)
何时应该使用数据采集(DAQ)系统监测
电池
温度
数据采集(DAQ)系统是测量单个或多个物体温度的最
通用仪器
之一。DAQ系统监控产品
电池
系统中多点的温度。通常,最初单独
测试
功能
设计
块,然后在产品设计和开发阶段
测试
集成设计子模块。实验室
电池组
和系统的
测试
,在初期产品
设计
周期中进行,使用几种常见的研发实验室仪器即可。
DAQ系统可用于:
监控产品
电池
系统中多个点的温度
使用
直流电
源为
电池
系统充电
使用
直流电
子
负载
为
电池
系统放电。图2显示了使用DAQ系统的常见实验室设置。如果拥有可以提供和吸收电流的双向直流
电源
,那么就可以用一个双向直流电源替换单独的直流电源和直流电子
负载
。
图2:使用DAQ、
直流电
源和直流电子
负载
进行产品
电池
系统
测试
的实验室测试设置。
图3所示为一个基于PC的数据采集
软件
的示例,该软件对DAQ硬件进行补充以提高效率。使用这种数据采集软件应用程序,可以快速设置和执行
测试
,并更快地获得结果。一些PC数据应用软件,允许以图形方式构建
自动化
测试
,并显著缩短测试开发时间。该
软件
基本上支持图形直观的仪器设置、测量顺序,并与多个仪器交互,以帮助创建完整的自动
测试
。
图3:
Keysight
PathWave BenchVue PC数据采集
软件
图形界面。
图3中的示例显示了一个基于PC的数据采集
软件
,它允许:
通过改变充
电源
和放电电子
负载
来
测试
设备
中的
电池
管理系统
,同时监控
电池
系统的温度和行为。
执行多个温度点测量,以评估
电池
间的温度差异。
设置警报
触发器
,监控温度、电压或电流是否超出限制范围。何时使用专门的
电池
测试
系统来监测
电池
温度
在台式
测试
仪器上执行快速解决方案,可以很好地帮助快速排除故障并
验证
电池
系统
设计
。但是,当需要运行全面可靠的
电池
测试
,以满足标准合规性和一致性测试时,应使用专用的中央控制
电池
测试
软件
附带的专用
电池
测试
系统。
如果要对
电池
系统进行可靠而精确的
测试
,无论它们是
电池组
、模块还是在
电池
组,都需要一个专用且支持良好的专用电池
测试
系统。一个好的
电池
测试系统可以运行定制的性能、功能、
老化
和环境
测试
。
图4所示为一个专用
电池
测试
系统的示例,该系统可以从单个独立解决方案扩展到完全集成的测试系统和随时可用的测试实验室。
图4:
Keysight
Scienlab SL100XA 系列
电池
测试
系统。
如图4所示,
电池组
测试
系统可扩展至1000 V、±2400 A和±360 kW。对保护测试硬件投资而言,可扩展性是非常重要的一个因素。
电池
测试系统还必须灵活,适用于各种储能应用,如汽车运输到工业和其他大型现场用例。
一个好的
电池
测试
系统,可为被测
设备
(
DUT
)提供集成
测试
环境,例如温度和气候室、DUT的调节,以及标准化的接触系统,以便与DUT轻松集成。还有一点很重要,就是要有内置的
安全
机制,以避免潜在的危险情况。
对于控制单个或多个
电池
单元、模块和
电池组
的完全集成
电池
测试
系统来说,中央
电池
测试系统
软件
也必不可少。一个好的基于网络的中央
电池
测试
系统软件将能够:
控制和监控
测试
环境中的所有组件
使用预定义的标准
测试
来定制测试程序
执行
测试
测量,有数据记录,并有时间戳,以便进行同步分析
提供测量数据的功率可视化最终,中央
电池
测试
系统
软件
,应支持
验证
测试
是否符合所有合规测试(例如,国际标准化组织(ISO)、德意志欧洲标准协会(DIN EN)和汽车工程师协会(SAE))。
结论
在
电池
系统的整个产品生命周期中,监控电池温度是必要的。在产品生命周期的早期阶段,工程师可以使用DAQ等台式仪器,结合
电流源
和吸收式
直流电
源,快速排除故障并
验证
其
电池
系统
设计
。在产品生命周期的表征和鉴定阶段,一个专门的
电池
测试
解决方案,将有助于确保获得一个全面、可靠、可扩展的测试解决方案。
作者:Bernard Ang
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