Bidirektionelle net-simuleringsstrømkilder: Kan de reducere energitab ved batteritest?

Udfordringer ved test af batteriydelse

I en facilitet til test af batteriydelse opstår der flere driftsmæssige udfordringer som følge af traditionelle testsystemer. For det første går der strøm tabt under testcyklusserne, idet traditionelle testsystemer afgiver energi ved afladning. I traditionelle testsystemer går energien tabt som varme, gennem resistive belastninger og på grund af behovet for ekstra køling. Til sidst går der yderligere energi tabt i traditionelle testsystemer.

En løsning på disse udfordringer er implementeringen af tovejs net-simuleringsstrømkilder i udstyr til batteripræstationsprøvning. I modsætning til traditionelle prøvningsystemer taber tovejs net-simuleringsstrømkilder ikke energi i form af varme, da prøvningsudstyret er i stand til at opsamle og genbruge afladningsenergien til facilitetens strømnet.

Forståelse af regenerativ prøvningsproces

Grundlaget for energigenindvinding i batteriprøvning er direkte, og de involverede systemer er både enkle og sofistikerede. Når en testbatterimodule eller et testbatteripakke gennemgår afladningsprøvning, er det tovejs-system i 'sink'-tilstand og trækker energi fra batteriet. Denne energi konverteres ved hjælp af en højeffektiv DC-til-AC-omformer. I stedet for at spilde energien som varme er systemet synkroniseret med facilitetens strømnet, så energien returneres til genbrug.

Reduktionen af varmeudviklingen giver også andre fordele. Mindre varme betyder, at testmiljøet er mere behageligt for teknikere; de behøver ikke at håndtere så meget varme fra systemet; og systemerne kræver også mindre køling, hvilket resulterer i færre vedligeholdelseskrav, forbedret pålidelighed og en længere levetid.

Anvendelser inden for test af batterimoduler og batteripakker

Den moderne validering af batteriydelse er langt mere kompleks end en simpel kapacitetstest. Ingeniører skal også vurdere den dynamiske respons, indre modstandsegenskaber samt responsen på belastninger, som realistisk optræder under brug. Testsystemet med en styrbart tovejs net-simulator er i stand til at udføre komplekse testprogrammer og simulere en realistisk belastning efter behov.

Som eksempel kræver test af batteripakker til elbiler, at testudstyret simulerer en kørecyklus med bestemte karakteristika, herunder pludselig acceleration (høj afladning) og derefter regenerativ bremsning (hvilket betyder, at batteriet skal oplades hurtigt). Tovejs-systemer gør det muligt at skifte ubesværet mellem at 'levere' og 'modtage' effekt, hvilket gør dem ideelle til opstillinger med hurtige belastningsændringer.

Når energilagringssystemer valideres, er evnen til at simulere interaktion med elnettet afgørende. Testudstyr skal certificere, at batterisystemer er i stand til at reagere på frekvensreguleringskommandoer ved enten at forbruge eller levere elektricitet, afhængigt af elnettets tilstand. Med tovejsteknologi kan én enhed udføre begge funktioner, hvilket reducerer kompleksiteten i testopstillingen og samtidig forbedrer præcisionen i målingerne.

Levering af kommunikationsgrænseflader til automatiseret test

Testning af batteriers ydeevne er fuldstændigt afhængig af avancerede kommunikationsgrænseflader eller moduler. Kommunikationsmoduler giver mulighed for, at batteristyringssystemet (BMS) kan kommunikere med kontrolovervågningsenheden og styringsenheden. Moderne testsystemer kan bruge og er kompatible med mange industrielle kommunikationsstandarder, såsom CAN-bus, RS485, RS232 og Modbus. Denne mangfoldighed af kommunikationsgrænseflader forbedrer muligheden for at etablere et automatiseret testsystem.

Ved batteritest er CAN-bus-kommunikation en af de kommunikationsstandarder med højeste prioritet på grund af dens høje pålidelighed og realtidskommunikation. Desuden gør denne kommunikationsstandard det muligt at have direkte interaktion mellem testudstyret og den enkelte enhedsstyringsmodul (BMU) i batteripakken. Denne interaktion giver testudstyret mulighed for at bestemme spændings- og temperaturmålinger for hver enkelt celle samt udføre en opladnings- eller afladningscyklus for hele batteripakken. Dette giver udstyret evnen til at sikre sikre testforhold og overvåge alle parametre under testen.

Daisy-chain-konfigurationer gør det nemmere at teste og kommunikere mellem flere kanaler. Denne designløsning giver brugerne mulighed for at reducere mængden af kabler og samtidig opnå hurtig datatransmission. Denne designløsning giver også testsystemet mulighed for at udvides, idet enhederne kan arbejde parallelt eller samarbejde om en synkroniseret test af flere enheder. Desuden giver denne designløsning brugerne mulighed for at teste en række forskellige enheder, såsom en enkelt batterimodule eller et stort energilagringssystem.

At forstå systemets behov er afgørende for at udvikle et præcist system.

Batteritest kræver stor nøjagtighed for at sikre, at batteriets egenskaber valideres korrekt. Test af batteripakker og -moduler har en nøjagtighed på ±0,05 %, hvilket gør det muligt at registrere detaljer præcist i testsystemets adfærd under testen.

Til identificering af problemer med batteriets ydeevnetestsystem samt inkonsistenser i forbindelse med produktion og kvalitet af batterier under brug er cellerelaterede problemer. Måling af batteriets modstand er vigtig og kræver en stor præcision i spændingsmålingen for at udløse batteriet under en puls-test. Høj spænding under testen hjælper med at indsamle de mest væsentlige data til analyse af sikkerhedsproblemer.

Den nævnte nøjagtighed gælder for hele testsystemet. Dette betyder, at testsystemet kan levere præcise målinger under testen, selv ved ekstremt lav eller høj spænding. Denne spændingsområde muliggør fremragende konsekvens og sammenlignelighed.

Fordele fra økonomisk og miljømæssig synsvinkel

Den økonomiske begrundelse for regenerativ testudstyr fortsætter med at forbedres, da energiomkostningerne stiger og testniveauerne stiger. Selvom de oprindelige anlægsomkostninger måske er højere end for traditionelle resistive systemer, fører de lavere driftsomkostninger som følge af lavere strømforbrug til fordelagtige tilbagebetalingstider for faciliteter, der udfører kontinuerlig eller højvolumen testning.

Energifremstillingssystemer har også positive miljøpåvirkninger. Batteritestlaboratorier bruger en stor mængde elektrisk energi, og regenerative systemer understøtter virksomhedens bæredygtigheds mål om at reducere spild. Genbrug af testenergi i stedet for at lade den blive omdannet til varmespild reducerer testfacilitetets CO₂-aftryk.

Evnen til at operere på en energieffektiv måde skaber en konkurrencemæssig fordel for batteriproducenter og uafhængige testlaboratorier. Implementering af energieffektive praksisser er blevet et vigtigt kriterium i leverandørudvælgelsesprocessen, og regenerativt testudstyr giver en meningsfuld mulighed for at demonstrere engagement for bæredygtighed.

Implementering fra et teknisk perspektiv

Der skal tages hensyn til forskellige tekniske parametre ved bidirektionelle testsystemer til batterimoduler og -pakker. Blandt disse er effektskaleringsevne, som henviser til systemets evne til at håndtere både moduler og store systemer til energilagring. Modulære systemer, der opererer parallelt, gør det muligt for systemet at imødekomme forskellige testbehov uden behov for at købe nye systemer.

Hver batteritype har sine egne specifikke spændings- og strømområder, der skal testes, og moderne systemer giver dig mulighed for at tilpasse disse udgange inden for et område, så de passer til både lavspændingsmoduler og højspændingssystemer som f.eks. bilbatterier og store nettilsluttede batteripakker. Funktionen autoranging sikrer, at du udtrækker den maksimale effekt under forskellige testforhold, hvilket øger effektiviteten af den udstyr, der testes.

Responsstiden påvirker i høj grad, hvor godt dynamiske forhold kan simuleres. Systemer med hurtige strømstigningstider og med brug af hurtig sampling kan registrere opførslen i disse transiente systemer – opførsel, som hurtigere systemer måske overser – hvilket resulterer i en mere omfattende test af batteriets ydeevne.

Opsummering: Fordele og betydning af tovejs-teknologi i batteritest

Brugen af tovejs elnet-simuleringsstrømkilder som en komponent i batteripræstationsprøvningsystemer giver en betydelig reduktion af energiomkostningerne forbundet med batteriprøvninger.

De første, der indfører regenerativteknologi, vil opnå en konkurrencemæssig fordel, da kravene til prøvninger stiger og omkostningerne ved batterienergi stiger. Faciliteter med forældet udstyr står over for et faldende afkast, da behovet for at udføre prøvninger på en sofistikeret, effektiv og bæredygtig måde bliver branchestandard.

Det fremgår meget tydeligt, at tovejsteknologi ikke kun minimerer energitab, men også sætter en vigtig milepæl for bæredygtig og økonomisk levedygtig batteripræstationsprøvning.