Источники питания для двунаправленного моделирования электросети: могут ли они снизить потери энергии при испытаниях аккумуляторов?

Проблемы при испытаниях производительности аккумуляторов

На объекте по испытаниям производительности аккумуляторов традиционные испытательные системы создают несколько эксплуатационных трудностей. Во-первых, в ходе циклов испытаний традиционные системы теряют электроэнергию при разряде. При использовании традиционных испытательных систем энергия теряется в виде тепла, рассеивается на резистивных нагрузках и требует дополнительного охлаждения. В конечном итоге традиционные испытательные системы приводят к дополнительным потерям энергии.

Одним из решений этих задач является внедрение источников питания с функцией двунаправленного моделирования электросети в оборудование для тестирования характеристик аккумуляторов. В отличие от традиционных испытательных систем, источники питания с функцией двунаправленного моделирования электросети не теряют энергию в виде тепла, поскольку испытательное устройство способно улавливать и возвращать энергию разряда в электрическую сеть объекта.

Понимание процесса рекуперативного тестирования

Основой восстановления энергии при тестировании аккумуляторов является прямой процесс, а задействованные системы одновременно просты и сложны. Когда модуль или блок аккумуляторов проходит тестирование на разряд, двунаправленная система находится в режиме потребления (sink mode) и забирает энергию из аккумулятора. Эта энергия преобразуется с помощью высокоэффективного инвертора постоянного тока в переменный. Вместо того чтобы рассеивать энергию в виде тепловых потерь, система синхронизируется с электрической сетью объекта, и эта энергия возвращается в сеть для повторного использования.

Снижение выделения тепла обеспечивает и другие преимущества. Меньшее количество тепла означает, что условия испытаний становятся более комфортными для техников: им не придётся сталкиваться с избыточным тепловыделением от системы; кроме того, системам потребуется меньше охлаждения, в результате чего сократятся требования к техническому обслуживанию, а надёжность и срок службы системы повысятся.

Применение при испытаниях модулей и блоков аккумуляторных батарей

Современная проверка характеристик аккумуляторных батарей значительно сложнее простого теста ёмкости. Инженерам также необходимо оценивать динамический отклик, характеристики внутреннего сопротивления и реакцию на нагрузки в условиях, максимально приближённых к реальным эксплуатационным. Испытательная система с управляемым двунаправленным сетевым симулятором способна выполнять сложные программы испытаний и по мере необходимости моделировать реальные нагрузки.

Например, при тестировании аккумуляторных батарей электромобилей (EV) испытательное оборудование должно имитировать цикл движения с определёнными характеристиками, включая резкое ускорение (высокий разряд) и последующее рекуперативное торможение (что означает быструю зарядку аккумулятора). Двунаправленные системы обеспечивают лёгкое переключение режимов между «отдачей» и «приёмом» мощности, что делает их идеальными для настроек с быстрой сменой нагрузки.

При валидации систем накопления энергии способность имитировать взаимодействие с электросетью имеет критическое значение. Испытательное оборудование должно подтверждать, что аккумуляторные системы способны реагировать на сигналы регулирования частоты путём либо потребления, либо подачи электроэнергии в зависимости от состояния сети. Благодаря двунаправленной технологии одно устройство может выполнять обе функции одновременно, тем самым снижая сложность испытательной установки и повышая точность измерений.

Обеспечение интерфейсов связи для автоматизированного тестирования

Полная проверка производительности аккумуляторов полностью зависит от сложных интерфейсов связи или модулей. Модули связи позволяют системе управления аккумуляторами (BMS) взаимодействовать с контролирующим устройством и контроллером. Современные испытательные системы могут использовать и совместимы с многочисленными промышленными стандартами связи, такими как шина CAN, RS485, RS232 и Modbus. Это разнообразие интерфейсов связи повышает удобство создания автоматизированной испытательной системы.

При испытаниях аккумуляторов связь по шине CAN относится к числу приоритетных стандартов связи благодаря высокой надёжности и возможности обмена данными в реальном времени. Кроме того, данный стандарт связи обеспечивает прямое взаимодействие между испытательным оборудованием и отдельным модулем управления элементами аккумуляторной батареи (BMU). Такое взаимодействие позволяет испытательному оборудованию считывать показания напряжения и температуры каждого отдельного элемента, а также выполнять цикл заряда или разряда для всей аккумуляторной батареи. Это даёт возможность оборудованию обеспечивать безопасные условия проведения испытаний и контролировать все параметры в процессе тестирования.

Конфигурации каскадного подключения упрощают тестирование и обмен данными между несколькими каналами. Такая конструкция позволяет пользователям сократить объём проводки и при этом обеспечивать высокоскоростную передачу данных. Благодаря этой конструкции тестовая система может масштабироваться: устройства могут работать параллельно или совместно выполнять синхронизированный тест нескольких устройств. Кроме того, такая конструкция позволяет тестировать широкий спектр устройств — от отдельного модуля аккумулятора до крупной системы накопления энергии.

Понимание потребностей системы помогает разработать точную систему.

Тестирование аккумуляторов требует высокой точности для обеспечения валидации параметров аккумулятора. Точность тестирования блоков и модулей составляет ±0,05 %, что позволяет точно фиксировать детали поведения тестируемой системы в ходе испытаний.

Для выявления проблем с системой тестирования производительности аккумуляторов, а также несоответствий в процессе производства и качества аккумуляторов в ходе эксплуатации характерны проблемы, связанные с отдельными элементами (ячейками). Измерение внутреннего сопротивления аккумулятора имеет важное значение и требует высокой точности измерения напряжения для подачи импульсного тока при проведении импульсного теста. Высокое напряжение во время теста способствует получению наиболее важных данных для анализа вопросов безопасности.

Указанная точность относится ко всей испытательной системе. Это означает, что испытательная система способна обеспечивать точные измерения даже при чрезвычайно низком или высоком напряжении. Такой диапазон обеспечивает превосходную воспроизводимость результатов и возможность их сопоставления.

Преимущества с экономической и экологической точек зрения

Финансовое обоснование использования оборудования для регенеративного тестирования продолжает улучшаться по мере роста цен на энергию и увеличения объёмов испытаний. Хотя первоначальные капитальные затраты могут быть выше, чем у традиционных резистивных систем, более низкие эксплуатационные расходы за счёт меньшего потребления электроэнергии обеспечивают выгодные сроки окупаемости для объектов, выполняющих непрерывные или высокопроизводительные испытания.

Системы рекуперации энергии также оказывают положительное воздействие на окружающую среду. Лаборатории по испытанию аккумуляторов потребляют значительное количество электрической энергии, а регенеративные системы способствуют достижению корпоративной цели в области устойчивого развития — снижению отходов. Повторное использование энергии, затрачиваемой при испытаниях, вместо её преобразования в тепловые потери позволяет сократить углеродный след испытательного объекта.

Возможность работы в энергоэффективном режиме создает конкурентное преимущество для производителей аккумуляторов и независимых испытательных лабораторий. Внедрение энергоэффективных практик стало важным критерием при выборе поставщиков, а рекуперативные испытательные системы позволяют наглядно продемонстрировать приверженность принципам устойчивого развития.

Реализация с технической точки зрения

При проектировании двунаправленных испытательных систем для аккумуляторных модулей и блоков необходимо учитывать различные технические параметры. Среди них — масштабируемость мощности, то есть способность системы обслуживать как отдельные модули, так и крупные системы накопления энергии. Модульные системы, работающие параллельно, позволяют удовлетворять разнообразные потребности в испытаниях без необходимости приобретения новых систем.

Каждый тип аккумулятора имеет свои собственные конкретные диапазоны напряжения и тока, подлежащие тестированию; современные системы позволяют настраивать эти выходные параметры в заданном диапазоне для соответствия модулям с низким напряжением и высоковольтным системам, таким как автомобильные и промышленные (сетевые) аккумуляторные блоки. Функция автоматического выбора диапазона обеспечивает максимальное потребление мощности при различных условиях испытаний, что повышает эффективность тестируемого оборудования.

Время отклика существенно влияет на качество моделирования динамических условий. Системы с быстрым нарастанием тока и использующие высокоскоростную дискретизацию способны фиксировать поведение таких переходных процессов, которые более медленные системы могут пропустить, что позволяет проводить более полное тестирование характеристик аккумуляторов.

Резюме: преимущества и значение двунаправленных технологий в тестировании аккумуляторов

Использование двунаправленных источников питания с имитацией электросети в качестве компонента систем тестирования характеристик аккумуляторов обеспечивает значительное снижение энергозатрат, связанных с проведением испытаний аккумуляторов.

Первые пользователи рекуперативных систем получат конкурентное преимущество по мере роста требований к испытаниям и увеличения стоимости энергии для аккумуляторов. Предприятия, оснащённые устаревшим оборудованием, сталкиваются с падением отдачи, поскольку необходимость проведения испытаний сложным, эффективным и устойчивым способом становится отраслевым стандартом.

Очень наглядно видно, что двунаправленные технологии не только минимизируют потери энергии, но и задают важный ориентир для устойчивого и экономически целесообразного тестирования характеристик аккумуляторов.