Двонаправлені джерела живлення для імітації електромережі: чи можуть вони зменшити втрати енергії під час тестування акумуляторів?

Проблеми, пов’язані з тестуванням продуктивності акумуляторів

У центрі тестування продуктивності акумуляторів традиційні системи тестування створюють кілька експлуатаційних перешкод. По-перше, під час тестових циклів традиційні системи втрачають електроенергію, розряджаючи її. У традиційних системах тестування енергія втрачається у вигляді тепла, на резистивних навантаженнях та через необхідність додаткового охолодження. Зрештою, традиційні системи тестування втрачають додаткову енергію.

Одним із рішень цих проблем є використання двонаправлених джерел живлення з імітацією електромережі в обладнанні для тестування акумуляторів. На відміну від традиційних систем тестування, двонаправлені джерела живлення з імітацією електромережі не втрачають енергію у вигляді тепла, оскільки випробувальне обладнання здатне захоплювати й повторно використовувати енергію, що вивільняється під час розряду, повертаючи її в електромережу приміщення.

Розуміння процесу регенеративного тестування

Основою відновлення енергії під час тестування акумуляторів є прямий процес, а відповідні системи є одночасно простими й складними. Коли модуль акумулятора або акумуляторна батарея проходять тестування на розряд, двонаправлена система перебуває в режимі споживання (sink mode) й забирає енергію з акумулятора. Ця енергія перетворюється за допомогою високоефективного постійного струму на змінний струм (DC–AC) інвертора. Замість того щоб втрачати енергію у вигляді теплових відходів, система синхронізується з електромережею приміщення й повертає цю енергію для подальшого використання.

Зниження кількості виділеного тепла забезпечує й інші переваги. Зменшення кількості тепла означає, що умови випробувань стають більш комфортними для техніків; їм не доведеться мати справу з такою великою кількістю тепла від системи; а також системам потрібно буде менше охолоджувати, внаслідок чого зменшаться вимоги до технічного обслуговування, підвищиться надійність системи та зросте її термін служби.

Застосування у випробуванні модулів та блоків акумуляторів

Сучасне визначення характеристик акумуляторів набагато складніше, ніж просте випробування ємності. Інженери також повинні оцінювати динамічну відповідь, характеристики внутрішнього опору та реакцію на навантаження за умов, які реально виникають у процесі експлуатації. Випробувальна система з керованим двонапрямковим симулятором мережі здатна виконувати складні випробувальні програми та, за потреби, імітувати реальне навантаження.

Наприклад, для тестування акумуляторних батарей електромобілів випробувальне обладнання має імітувати цикл руху з певними характеристиками, у тому числі різке прискорення (інтенсивний розряд) та рекуперативне гальмування (що означає швидке заряджання акумулятора). Двонаправлені системи забезпечують безперешкодне перемикання поведінки між «джерелом» та «споживачем» потужності, що робить їх ідеальними для налаштувань зі швидкою зміною навантаження.

Під час валідації систем накопичення енергії критично важливою є здатність імітувати взаємодію з електромережею. Випробувальне обладнання має підтверджувати, що акумуляторні системи здатні реагувати на сигнали регулювання частоти, споживаючи або постачаючи електроенергію залежно від стану електромережі. Завдяки двонаправленій технології одне пристрій може виконувати обидві ці функції, що зменшує складність випробувальної установки та покращує точність вимірювань.

Забезпечення інтерфейсів зв’язку для автоматизованого тестування

Повне тестування продуктивності акумуляторів повністю залежить від складних інтерфейсів зв’язку або модулів. Модулі зв’язку дозволяють системі управління акумуляторами (BMS) взаємодіяти з контролюючим супервайзером та контролером. Сучасні випробувальні системи можуть використовувати й сумісні з численними промисловими стандартами зв’язку, такими як шина CAN, RS485, RS232 та Modbus. Цей різноманітний набір інтерфейсів зв’язку полегшує створення автоматизованої випробувальної системи.

У тестуванні акумуляторів комунікація по шині CAN є однією з найважливіших стандартів зв’язку через її високу надійність та можливість передачі даних у реальному часі. Крім того, цей стандарт комунікації забезпечує безпосередню взаємодію між обладнанням для тестування та окремим модулем керування акумуляторною батареєю (BMU). Така взаємодія дозволяє тестовому обладнанню визначати показники напруги та температури кожного окремого елемента, а також проводити цикл заряджання або розряджання для всієї акумуляторної батареї. Це дає обладнанню змогу забезпечити безпечні умови тестування та контролювати всі параметри під час тестування.

Конфігурації у вигляді «ланцюжка» спрощують тестування та обмін даними між кількома каналами. Такий дизайн дозволяє користувачам зменшити обсяг проводки й одночасно забезпечити передачу даних на високій швидкості. Цей дизайн також забезпечує масштабованість тестової системи, оскільки пристрої можуть працювати паралельно або спільно для синхронного тестування кількох пристроїв. Крім того, за допомогою цього дизайну користувачі можуть тестувати різноманітні пристрої — від окремого модуля акумулятора до великих систем накопичення енергії.

Розуміння вимог системи сприяє створенню точної системи.

Тестування акумуляторів вимагає високої точності, щоб забезпечити перевірку всіх параметрів акумулятора. Точність тестування пакетів і модулів становить ±0,05 %, що дозволяє точно фіксувати деталі поведінки тестової системи під час випробувань.

Для виявлення проблем із системою тестування ефективності акумулятора, а також невідповідностей у процесі виробництва та якості акумуляторів під час експлуатації характерні проблеми, пов’язані з окремими елементами. Вимірювання опору акумулятора є важливим і вимагає високої точності напруги для подачі імпульсу під час імпульсного тесту. Висока напруга під час тесту сприяє отриманню найважливіших даних для аналізу питань безпеки.

Зазначена точність стосується всієї тестової системи. Це означає, що тестова система забезпечує точні вимірювання навіть за надзвичайно низької або високої напруги. Такий діапазон забезпечує відмінну стабільність результатів і можливість їх порівняння.

Переваги з економічної та екологічної точок зору

Фінансове обґрунтування використання обладнання для регенеративного тестування постійно покращується зі зростанням вартості енергії та збільшенням обсягів тестування. Хоча початкові капітальні витрати можуть бути вищими, ніж у традиційних резистивних систем, нижчі експлуатаційні витрати через менше споживання електроенергії забезпечують вигідні терміни окупності для об’єктів, що проводять безперервне або масове тестування.

Системи відновлення енергії також мають позитивний вплив на навколишнє середовище. Лабораторії тестування акумуляторів споживають велику кількість електричної енергії, а регенеративні системи сприяють досягненню корпоративної цілі стійкого розвитку — зменшенню відходів. Повторне використання енергії, витраченої під час тестування, замість її перетворення на теплові відходи, зменшує вуглецевий слід тестувального об’єкта.

Здатність працювати енергоефективним способом створює конкурентну перевагу для виробників акумуляторів та незалежних лабораторій з випробувань. Впровадження енергоефективних практик стало важливим критерієм у процесі вибору постачальників, а регенеративні системи випробувань надають змогу наочно продемонструвати зобов’язання щодо сталого розвитку.

Впровадження з технічної точки зору

При розробці двонаправлених систем випробувань для акумуляторних модулів та батарей необхідно враховувати різні технічні параметри. Серед них — масштабованість потужності, тобто здатність системи обслуговувати як окремі модулі, так і великі системи зберігання енергії. Модульні системи, що працюють паралельно, дозволяють задовольняти різноманітні потреби у випробуваннях без необхідності закупівлі нових систем.

Кожен тип акумулятора має власні конкретні діапазони напруги та струму, які потрібно тестувати, а сучасні системи дозволяють налаштовувати ці вихідні параметри в певному діапазоні, щоб відповідати модулям з низькою напругою та системам з високою напругою, наприклад, акумуляторними пакетами для автомобілів і масштабних енергосистем.

Час відгуку значно впливає на те, наскільки точно можна імітувати динамічні умови. Системи з коротким часом наростання струму та високошвидкісною дискретизацією здатні фіксувати поведінку в таких перехідних режимах, яку швидші системи можуть пропустити, що забезпечує більш повне тестування продуктивності акумуляторів.

Підсумок: переваги та значення двонаправленої технології в тестуванні акумуляторів

Використання двонапрямкових джерел живлення з імітацією електромережі як компонента систем тестування ефективності акумуляторів забезпечує значне зниження енергетичних витрат, пов’язаних із операціями тестування акумуляторів.

Перші користувачі регенеративних систем отримають конкурентну перевагу, оскільки вимоги до тестування зростають, а вартість енергії для акумуляторів збільшується. Об’єкти з застарілим обладнанням стикаються зі зменшенням ефективності, оскільки необхідність тестування в складному, ефективному та сталому режимі стає галузевим стандартом.

Дуже чітко видно, що двонапрямкова технологія не лише мінімізує втрати енергії, а й встановлює важливий еталон сталого та економічно вигідного тестування ефективності акумуляторів.