Двупосочни източници за симулация на електропреносна мрежа: Могат ли те да намалят загубите на енергия при тестване на батерии?

Проблеми при тестване на производителността на батерии

В център за тестване на производителността на батерии съществуват множество оперативни предизвикателства, породени от традиционните системи за тестване. Първо, по време на тестовите цикли традиционните системи за тестване губят електрическа енергия чрез разреждане. При традиционните системи за тестване енергията се губи под формата на топлина, резистивни натоварвания и необходимост от допълнително охлаждане. В крайна сметка традиционните системи за тестване водят до допълнителни енергийни загуби.

Едно решение на тези предизвикателства е внедряването на двупосочни източници на захранване с имитация на мрежа в оборудването за изпитване на батерии. В отличие от традиционните изпитвателни системи, двупосочните източници на захранване с имитация на мрежа не губят енергия под формата на топлина, тъй като изпитвателното устройство е способно да улавя и рециклира енергията от разреждането обратно в електрическата мрежа на обекта.

Разбиране на процеса на регенеративно изпитване

Основата за възстановяване на енергия при изпитването на батерии е пряка, а системите, участващи в този процес, са както простички, така и сложни. Когато модул или пакет батерии се изпитва при разреждане, двупосочната система работи в режим на консумация („sink mode“) и отнема енергия от батерията. Тази енергия се преобразува чрез високо ефективен постояннотоков/променливотоков инвертор. Вместо да се губи като топлинна загуба, системата се синхронизира с електрическата мрежа на обекта и тази енергия се връща обратно за повторна употреба.

Намаляването на топлината, генерирана от системата, осигурява и други предимства. По-малкото количество топлина означава по-удобна работна среда за техниците; те няма да се излагат на толкова висока температура от системата; освен това системите ще имат по-ниски изисквания към охлаждането, което води до намаляване на поддръжката, подобряване на надеждността и удължаване на експлоатационния живот.

Приложения при изпитването на батерийни модули и блокове

Съвременната валидация на батерийната производителност е значително по-сложна от простия тест за капацитет. Инженерите трябва също така да оценяват динамичния отклик, характеристиките на вътрешното съпротивление и отклика при натоварване, както те реално възникват по време на експлоатация. Тестващата система с регулируем двупосочен мрежов симулатор е способна да изпълнява сложни тестови програми и да симулира реално натоварване според необходимостта.

Например, при тестване на батерийните пакети на електрически превозни средства изпитвателното оборудване трябва да симулира цикъл на движение с определени характеристики, включително внезапно ускоряване (високо разреждане) и последващо рекуперативно спиране (което означава, че батерията трябва да се зарежда бързо). Двупосочните системи позволяват лесно превключване на поведението между „източник“ и „поглъщане“ на мощност, което ги прави идеални за настройки с бързи промени на натоварването.

При валидиране на системите за съхранение на енергия способността за симулиране на взаимодействието с електрическата мрежа е от критично значение. Изпитвателното оборудване трябва да удостовери, че батерийните системи могат да реагират на сигнали за регулиране на честотата, като или потребяват, или подават електроенергия в зависимост от състоянието на мрежата. Благодарение на двупосочната технология едно и също устройство може да изпълнява и двете функции, което намалява сложността на изпитателната установка и подобрява точността на измерванията.

Предоставяне на комуникационни интерфейси за автоматизирано тестване

Тестването на производителността на батериите напълно зависи от сложни комуникационни интерфейси или модули. Комуникационните модули позволяват на системата за управление на батериите (BMS) да комуникира с контролния супервайзор и контролера. Съвременните тестови системи могат да използват и са съвместими с множество промишлени комуникационни стандарти, като CAN шина, RS485, RS232 и Modbus. Това разнообразие от комуникационни интерфейси подобрява леснотата на създаване на автоматизирана тестова система.

При тестване на батерии CAN шината е една от комуникационните стандарти с висок приоритет поради високата ѝ надеждност и възможността за комуникация в реално време. Освен това този комуникационен стандарт позволява директно взаимодействие между изпитвателното оборудване и индивидуалния модул за управление на батерийния пакет (BMU). Това взаимодействие позволява на изпитвателното оборудване да определя напрежението и температурата на всяка отделна клетка, както и да извършва цикъл на зареждане или разреждане на целия батерийен пакет. Това дава възможност на оборудването да осигури безопасни условия за тестване и да следи всички параметри по време на тестването.

Конфигурациите с верижно свързване улесняват тестването и комуникацията между множество канали. Този дизайн позволява на потребителите да намалят количеството кабели и в същото време да осигурят пренос на данни с висока скорост. Този дизайн позволява разширение на тестващата система, като дава възможност на устройствата да работят паралелно или заедно, за да извършат синхронизирано тестване на множество устройства. Този дизайн също така позволява на потребителите да тестват различни устройства – от отделен батерийен модул до голяма система за съхранение на енергия.

Разбирането на изискванията на системата помага при разработването на точна система.

Тестването на батерии изисква висока точност, за да се гарантира валидацията на техните параметри. Точността при тестване на батерийни пакети и модули е ±0,05 %, което позволява на тестващата система да регистрира с висока точност поведението на тестваното устройство по време на теста.

За идентифициране на проблеми със системата за тестване на батерийната производителност, както и с несъответствия в производството и с качеството на батериите по време на употреба – всички те са свързани с отделните елементи (клетки). Измерването на съпротивлението на батерията е важно и изисква много точни напрежения, за да се подложи батерията на импулсен тест. Високото напрежение по време на теста помага за получаване на най-важните данни, които се анализират за оценка на безопасността.

Посочената точност се отнася за цялата тестова система. Това означава, че тестовата система може да осигурява точни измервания дори при изключително ниско или високо напрежение. Този обхват осигурява отлично съответствие и възможност за сравнение.

Преимущества от икономическа и екологична гледна точка

Финансовото оправдание за оборудването за регенеративно тестване продължава да се подобрява, докато цените на енергията растат и нивата на тестване се увеличават. Въпреки че първоначалните капиталистични разходи могат да са по-високи от тези за традиционните резистивни системи, по-ниските експлоатационни разходи поради по-ниското потребление на електроенергия водят до благоприятни периоди на възстановяване за обекти, които извършват непрекъснато или масово тестване.

Системите за възстановяване на енергия имат и положително въздействие върху околната среда. Лабораториите за тестване на батерии използват значително количество електрическа енергия, а регенеративните системи подпомагат корпоративната цел за устойчивост чрез намаляване на отпадъците. Рециклирането на енергията, използвана при тестването, вместо нейното превръщане в топлинни отпадъци, намалява въглеродния отпечатък на тестващия обект.

Възможността за енергийно ефективна работа създава конкурентно предимство за производителите на батерии и независимите изпитателни лаборатории. Внедряването на енергийно ефективни практики е станало важен критерий в процеса на избор на доставчици, а регенеративните изпитателни системи предоставят значим начин за демонстриране на ангажимента към устойчивото развитие.

Внедряване от техническа гледна точка

При двупосочните изпитателни системи за батерийни модули и блокове трябва да се вземат предвид различни технически параметри. Сред тях е мащабируемостта на мощността, която се отнася до способността на системата да обслужва както модули, така и големи системи за съхранение на енергия. Модулните системи, които работят паралелно, позволяват на цялата система да отговаря на разнообразни изпитателни нужди, без необходимостта от закупуване на нови системи.

Всеки тип батерия има собствени специфични диапазони на напрежение и ток, които трябва да се тестват, а съвременните системи ви позволяват да персонализирате тези изходни параметри в определен диапазон, за да отговарят както на модули с ниско напрежение, така и на системи с високо напрежение – например автомобилни и големи батерийни пакети за електроенергийни мрежи. Функцията автоматично мащабиране гарантира, че извличате максимална мощност при различни тестови условия, което повишава ефективността на тестваното оборудване.

Времето за отговор силно влияе върху качеството на симулацията на динамични условия. Системите с бързи времена за нарастване на тока и високочестотно пробоотборно вземане могат да регистрират поведението на тези преходни системи, докато по-бавните системи може да пропуснат такива явления, което води до по-пълно тестване на батерийната производителност.

Резюме: Предимства и значение на двупосочната технология при тестване на батерии

Използването на двупосочни източници на захранване за симулация на мрежата като компонент на системите за тестване на батерийната производителност осигурява значително намаляване на енергийните разходи, свързани с операциите по тестване на батерии.

Първите потребители на регенеративни системи ще постигнат конкурентно предимство, тъй като изискванията за тестване нарастват и енергийните разходи за батерии се увеличават. Обектите с остаряло оборудване са изправени пред намаляваща рентабилност, тъй като необходимостта от тестване по сложен, ефективен и устойчив начин става индустриален стандарт.

Много ясно се вижда, че двупосочната технология не само минимизира енергийните загуби, но и задава важен еталон за устойчиво и икономически жизнеспособно тестване на батерийната производителност.