Bidireksjonale strømnett-simuleringskilder: Kan de redusere energitap under batteritest?

Utfordringer knyttet til batteriytelsestesting

I et anlegg for testing av batteriytelse oppstår flere operative hindringer som følge av tradisjonelle testsystemer. For det første går det tapt elektrisk energi under testsyklusene, da tradisjonelle testsystemer utlader energi. I tradisjonelle testsystemer går energien tapt som varme, i resistive laster og på grunn av behovet for ekstra kjøling. Til slutt går det også tapt ekstra energi som følge av tradisjonelle testsystemer.

En løsning på disse utfordringene er implementering av toveis nett-simuleringsstrømkilder i utstyr for batteritest. I motsetning til tradisjonelle testsystemer taper ikke toveis nett-simuleringsstrømkilder energi i form av varme, siden testutstyret er i stand til å fange opp og gjenbruke utladningsenergien til anleggets strømnett.

Forståelse av prosessen for regenerativ testing

Grunnen til energigjenvinning i batteritest er direkte, og de involverte systemene er både enkle og sofistikerte. Når en testbatterimodul eller et testbatteripakke gjennomgår utladningstesting, er det toveissystemet i «sink»-modus og trekker energi fra batteriet. Denne energien konverteres ved hjelp av en likestrøm-til-vækselstrøm-inverter med høy virkningsgrad. Isteden for å gå tapt som varmeenergi, synkroniseres systemet med anleggets strømnett, og energien returneres for gjenbruk.

Reduksjonen i varmegenerering gir også andre fordeler. Mindre varme betyr at testmiljøet er mer behagelig for teknikere; de trenger ikke å håndtere like mye varme fra systemet; og systemene vil også måtte gjøre mindre når det gjelder kjøling, og som følge av dette vil vedlikeholdsbehovet reduseres, og systemet vil ha bedre pålitelighet og en lengre levetid.

Anvendelser i testing av batterimoduler og batteripakker

Den moderne valideringen av batteriytelse er langt mer kompleks enn en enkel kapasitetstest. Ingeniører må også vurdere den dynamiske responsen, egenskapene til den indre motstanden og responsen på laster slik de realistisk oppstår under bruk. Testsystemet med en kontrollerbar toveiskapasitiv nett-simulator er i stand til å utføre komplekse testprogrammer og simulere en virkelig last etter behov.

For eksempel må testutstyret for testing av batteripakker til elbiler simulere en kjøresyklus med bestemte egenskaper, inkludert plutselig akselerasjon (høy utladning) og deretter regenerativ bremsing (som betyr at batteriet må lades raskt). Toveis-systemer gjør det mulig å bytte nahtløst mellom «forsyning» og «forbruk» av effekt, noe som gjør dem ideelle for oppsett med rask lastovergang.

Når energilagringssystemer valideres, er evnen til å simulere samspill med kraftnettet avgjørende. Testutstyret må bekrefte at batterisystemene kan reagere på frekvensreguleringsignaler ved enten å forbruke eller levere elektrisitet basert på tilstanden til kraftnettet. Med toveis-teknologi kan én enhet utføre begge funksjonene, noe som reduserer kompleksiteten i testoppsettet samtidig som nøyaktigheten i målingene forbedres.

Leverer kommunikasjonsgrensesnitt for automatisert testing

Testing av batterienes ytelse avhenger fullstendig av sofistikerte kommunikasjonsgrensesnitt eller moduler. Kommunikasjonsmoduler lar batteristyringssystemet (BMS) kommunisere med kontrollovervåkningsenheten og styringsenheten. Moderne testsystemer kan bruke og er kompatible med mange industrielle kommunikasjonsstandarder, som CAN-buss, RS485, RS232 og Modbus. Denne mangfoldigheten av kommunikasjonsgrensesnitt forbedrer enkelheten ved å etablere et automatisert testsystem.

I batteritestning er CAN-bus-kommunikasjon blant de viktigste kommunikasjonsstandardene på grunn av sin høye pålitelighet og sanntidskommunikasjon. Denne kommunikasjonsstandarden tillater også direkte interaksjon mellom testutstyret og den enkelte enhetsstyringsmodulen (BMU) i batteripakken. Denne interaksjonen gjør at testutstyret kan fastslå spennings- og temperaturavlesninger for hver enkelt celle, samt utføre en lade- eller utladesyklus for hele batteripakken. Dette gir utstyret evnen til å sikre trygge testforhold og overvåke alle parametere under testing.

Daisy-chain-konfigurasjoner gjør det enklere å teste og kommunisere mellom flere kanaler. Denne designløsningen lar brukerne redusere mengden kabler og samtidig oppnå hurtig datatransfer. Denne designløsningen lar også testsystemet vokse ved å tillate at enhetene arbeider parallelt eller samarbeider for å utføre en synkronisert test av flere enheter. Denne designløsningen lar dessuten brukerne teste en rekke ulike enheter, som for eksempel en enkelt batterimodul eller et stort energilagringssystem.

Å forstå systemets behov bidrar til utviklingen av et nøyaktig system.

Batteritestinger krever stor nøyaktighet for å sikre at batterispecifikasjoner valideres korrekt. Test av batteripakker og -moduler har en nøyaktighet på ±0,05 %, noe som gjør at testen kan registrere detaljer nøyaktig i oppførselen til testsystemet under testen.

For å identifisere problemer med batteriets ytelsestestsystem og med inkonsistenser i produksjonen samt med kvalitetsbatterier under bruk er det cellerelaterte problemer. Å måle batteriets motstand er viktig og krever mye nøyaktig spenning for å påvirke batteriet under en pulstest. Høy spenning under testen hjelper til å samle inn de viktigste dataene for analyse av sikkerhetsproblemer.

Den nevnte nøyaktigheten gjelder hele testsystemet. Dette betyr at testsystemet kan gi nøyaktige målinger under testen, selv ved svært lav eller høy spenning. Dette området gir utmerket konsekvens og sammenlignbarhet.

Fordeler fra økonomisk og miljømessig perspektiv

Den økonomiske begrunnelsen for regenerativ testutstyr fortsetter å forbedres etter hvert som energikostnadene stiger og testnivåene øker. Selv om de innledende investeringskostnadene kan være høyere enn for tradisjonelle resistive systemer, fører de lavere driftskostnadene fra lavere strømforbruk til gunstige tilbakebetalingstider for anlegg som utfører kontinuerlig eller høyvolumtestning.

Energigjenvinningssystemer har også positive miljøeffekter. Batteritestlaboratorier bruker en stor mengde elektrisk energi, og regenerative systemer støtter bedriftens bærekraftsmål om å redusere sløsing. Ved å gjenbruke testenergi i stedet for å la den bli konvertert til varmesløsing, reduseres karbonavtrykket til testanlegget.

Evnen til å drive driften på en energieffektiv måte skaper en konkurransfordel for batteriprodusenter og uavhengige testlaboratorier. Innføring av energieffektive praksiser har blitt et viktig kriterium i leverandørvalgsprosessen, og regenerativt testutstyr gir en meningsfull måte å vise engasjement for bærekraft på.

Implementering fra et teknisk perspektiv

Diverse tekniske parametere må tas i betraktning ved bidireksjonale testsystemer for batterimoduler og batteripakker. Blant disse er effektskalbarhet, som refererer til systemets evne til å håndtere både moduler og store systemer for energilagring. Modulære systemer som opererer parallelt gjør at systemet kan tilpasse seg ulike testbehov uten at det er nødvendig å kjøpe nye systemer.

Hver batteritype har sine egne spesifikke spennings- og strømområder som må testes, og moderne systemer lar deg tilpasse disse utgangene innen et område for å passe både lavspenningsmoduler og høyaspenningsystemer, som for eksempel bilbatterier og batteripakker for nettstøttede systemer. Funksjonen for automatisk områdevalg (autoranging) sikrer at du trekker ut maksimal effekt under ulike testforhold, noe som øker effektiviteten til den utstyret som testes.

Respons­tiden påvirker i stor grad hvor godt dynamiske forhold kan simuleres. Systemer med rask strømoppstigningstid og som bruker hurtig prøvetaking kan registrere oppførselen i disse transiente systemene – oppførsel som raskere systemer eventuelt kan overse – noe som resulterer i en mer fullstendig test av batteriets ytelse.

Sammendrag: Fordeler og betydning av toveis-teknologi i batteritest

Bruken av toveis nett-simuleringskilder som en del av batteritestsystemer for batteriytelse gir en betydelig reduksjon i energikostnadene knyttet til batteritestoperasjoner.

De første som adopterer regenerativt utstyr vil oppnå en konkurransefordel når testkravene øker og kostnadene for batterienergi stiger. Anlegg med utdatert utstyr står overfor et redusert avkastningsnivå etter hvert som behovet for testing på en sofistikert, effektiv og bærekraftig måte blir bransjestandard.

Det er tydelig at toveisteknologi ikke bare minimerer energitap, men også setter en viktig referanse for bærekraftig og økonomisk levedyktig testing av batteriytelse.