Teste de carga/descarga de baterias de alta tensão
Um registrador de dados ideal para registrar dados de tensão e temperatura das células
O teste de carga/descarga da bateria é realizado como parte dos testes de desempenho durante o desenvolvimento da célula, módulo e conjunto de bateria e durante a fase de avaliação. Este tipo de teste permite que os fabricantes inspecionem o desempenho de carga e descarga da bateria, bem como a sua vida útil. Desempenha um papel essencial no desenvolvimento de baterias seguras e de alto desempenho e na verificação do desempenho dos produtos acabados. Nos testes de carga/descarga da bateria, os técnicos testam leituras anômalas de tensão ou temperatura em cada célula e avaliam as características das baterias. Como a variabilidade nas características das células pode levar a um declínio no desempenho geral da bateria, é extremamente importante verificar o comportamento da tensão e da temperatura no nível da célula. Para reduzir os tempos de carregamento e ampliar a autonomia dos veículos, os fabricantes estão desenvolvendo baterias de alta tensão para uso em veículos elétricos (EVs). Este artigo apresenta um registrador de dados ideal para testes de carga/descarga de baterias padrão de 400 V, bem como de baterias de 800 V, que já estão sendo comercializadas.
Desempenho do registrador de dados exigido por este teste
Embora a tensão das células individuais em uma bateria seja baixa, cerca de 4 V, medir tensões de células em uma bateria de 800 V, por exemplo, requer um instrumento com tensão nominal terminal-terra máxima de 800 V CC ou superior. Uma bateria de 800 V consiste em cerca de 200 células conectadas em série. Cerca de 400 canais são necessários para medir a tensão e a temperatura de todas as células.
Capacidade de medição e desempenho como os seguintes são necessários para realizar testes de carga/descarga da bateria:
Medição de baterias de alta tensão
- Alto desempenho de isolamento do instrumento de medição
- Expansibilidade da contagem de canais do instrumento
Confiabilidade dos dados
- Capacidade de capturar dados detalhados de tensão e temperatura
- Contramedidas para combater o ruído de dispositivos próximos
Análise de dados
Capacidade de produzir dados em tempo real
No que diz respeito ao desempenho do isolamento, é necessário cuidado especial com relação ao fato de que a tensão entre os módulos de medição conectados e entre os terminais de um instrumento e o terra não é a mesma que a tensão suportável do instrumento. A tensão suportável é a tensão que pode ser aplicada a um determinado dispositivo alvo por 1 minuto enquanto está desligado, sem danificá-lo durante o teste de tensão suportável. Como ter uma determinada tensão suportável não significa que a tensão possa ser aplicada continuamente sem problemas, mesmo os produtos que anunciam uma tensão suportável de 800 V não são capazes de medir tensões de bateria em uma configuração onde uma tensão de 800 V é aplicada continuamente através dos módulos ou entre os terminais do instrumento e o terra.
Registradores de dados ideais para uso em testes de carga/descarga de bateria
Os registradores de dados Hioki LR8101 e LR8102 são ideais para uso em testes de carga/descarga das baterias de alta tensão atuais. Basta combinar quantos módulos de medição M7100 e M7102 forem necessários com base no desempenho de isolamento, velocidade de amostragem e contagem de canais necessários.
| Registrador de dados LR8101 | Registrador de dados LR8102 |
|---|---|
| Conecte até 10 módulos de medição a 1 registrador | |
| Transferência de dados LAN | Sincronize até 10 registradores |
| - | Transferência de dados em alta velocidade (UDP) |
| Módulo de tensão/temperatura M7100 | Módulo de tensão/temperatura M7102 | |
|---|---|---|
| Canal | 15 canais (tensão/temperatura) | 30 canais (tensão/temperatura) |
| Desempenho de isolamento |
|
|
| Taxa de amostragem (intervalo de atualização de dados) | 5 ms* (ao usar 1 ch a 8 ch) 10 ms a 10 s (ao usar 9 ch a 15 ch) | 10 ms (ao usar 1 canal a 15 canais) 20 ms a 10 s (ao usar 16 ch a 30 ch) |
*Apenas faixa de tensão (temperatura: de 10 ms)
Os Data Logger LR8101 e LR8102 podem medir e registrar a temperatura e a tensão de células de bateria individuais de maneira segura e detalhada. Os registradores podem ser combinados com módulos de medição para expandir facilmente o número de canais de entrada para um máximo de 3.000 canais. Graças ao desempenho de isolamento de 1500 V DC CAT II que está em conformidade com o padrão de segurança EN IEC 61010, esses registradores podem medir sistemas de alta tensão com segurança. Eles podem capturar flutuações de tensão detalhadas em alta resolução graças à velocidade máxima de amostragem de 5 ms. Além disso, o LR8102 é capaz de produzir dados medidos em alta velocidade, um ponto de dados por vez. Esse recurso permite monitorar dados de tensão e temperatura durante testes de carga/descarga em tempo real.
Existem cinco razões pelas quais o LR8101 e o LR8102 são ideais para uso em testes de carga/descarga:
1. Os instrumentos são altamente expansíveis, pois o número de canais pode ser facilmente aumentado
Tanto o registrador de dados quanto os módulos de medição estão disponíveis em dois tipos. O número de canais pode ser facilmente aumentado adicionando módulos. Além disso, se você estiver usando o LR8102, até 10 registradores podem realizar amostragem sincronizada. Ao combinar o LR8102 com o M7102, você pode expandir o número de canais para um máximo de 3.000. A figura abaixo ilustra um sistema no qual 10 instrumentos LR8102, cada um equipado com 10 módulos MR7102, foram sincronizados usando cabos de conexão óptica (20 ms amostragem). (A velocidade de amostragem é limitada pelo número de canais usados.)
2. Faça medições com segurança graças ao desempenho de isolamento de 1500 V DC CAT II que atende ao padrão de segurança EN IEC 61010
Ao medir a tensão nas células da bateria ou medir a temperatura do eletrodo, altas tensões serão aplicadas entre os terminais e o terra (entre os canais de entrada e o terra) e entre os módulos de medição. A unidade de tensão/temperatura Hioki M7100 usa um transformador de isolamento recém-projetado para atingir isolamento de 1500 V DC entre os canais de entrada e o terra. A segurança e a confiabilidade são garantidas graças à capacidade do dispositivo de suportar não apenas altas tensões constantes, mas também surtos de tensão transitórios.
M7100
Tensão nominal máxima entre canais: 300 V DC
Tensão nominal máxima à terra: 1500 V CC, 1000 V CA (CAT II)
Tensão nominal máxima entre módulos: 1500 V DC, 1000 V AC
M7102
Tensão nominal máxima entre canais: 300 V DC
Tensão nominal máxima à terra: 600 V CC, 600 V CA (CAT II)
Tensão nominal máxima entre módulos: 600 V DC, 600 V AC
3. Capture flutuações de tensão em alta resolução graças à capacidade de amostragem de alta velocidade
O módulo de medição M7100 fornece uma velocidade máxima de amostragem de 5 ms, enquanto o M7102 fornece uma velocidade máxima de amostragem de 10 ms. (Em ambos os casos, a velocidade de amostragem difere de acordo com o número de canais usados por módulo.) Para garantir que as flutuações de tensão da célula da bateria possam ser capturadas em detalhes, cada módulo possui um conversor AD de resolução de 18 bits. Como resultado, módulos podem ser adicionados sem comprometer a velocidade máxima de amostragem. Além disso, os módulos são projetados para fornecer uma resistência de entrada de 100 MΩ nas faixas de 2 V e 6 V, a fim de minimizar a corrente de fuga da bateria para o registrador de dados. Desta forma, especialmente graças à sua capacidade de amostragem de alta velocidade e alta resolução, a configuração pode capturar flutuações de tensão detalhadas.
Resolução e precisão de medição
Ao usar a faixa de 2 V fs: resolução de 20 μV e precisão de ±1 mV
Ao usar a faixa de 6 V fs: resolução de 60 μV e precisão de ±3 mV
4. Melhor resistência ao ruído e medição estável e precisa
Testadores de carga/descarga, que lidam com altas tensões e grandes correntes, são propensos a gerar ruído. Consequentemente, a medição feita por dispositivos próximos durante o teste de carga/descarga está sujeita aos efeitos do ruído. Os Data Loggers LR8101 e LR8102 oferecem alta resistência a ruídos. Mesmo em ambientes com ruído de alta tensão e alta frequência, eles são capazes de realizar medições estáveis nas quais os valores medidos não mudam ou flutuam significativamente.
5. Dados de tensão e temperatura de saída em tempo real durante o teste
Para capturar dados medidos com um sistema de simulação de controle de bateria, é necessário enviar os dados para o sistema em alta velocidade. Normalmente, comandos de comunicação são usados para enviar dados de registradores de dados para tais sistemas. A velocidade com que os dados podem ser capturados usando comandos de texto é limitada a um ciclo que varia de dezenas de milissegundos a várias centenas de milissegundos.
A Figura 1 fornece um exemplo de medição e tempo de saída de dados usando um registrador de dados típico. Embora o valor da tensão exceda o limite em t7, esses dados não podem ser adquiridos até t9.
A Figura 2 ilustra o tempo em que os dados das medições feitas com o Data Logger LR8102 são emitidos. O LR8102 usa o protocolo de comunicação UDP, permitindo a saída de dados em alta velocidade. Os dados de medição são gerados um ponto de dados por vez, permitindo que todos os dados sejam analisados em tempo real. Mesmo os dados para t7, quando o valor limite foi excedido, podem ser adquiridos imediatamente.
Exemplo de configuração do registrador de dados
Os registradores de dados são combinados com módulos de medição. O usuário escolhe o tipo de instrumento e o número de módulos a serem conectados com base no desempenho de isolamento necessário, velocidade de amostragem e contagem de canais. A velocidade de amostragem difere de acordo com o número de canais usados por módulo.
Aplicação padrão: bateria de 400 V (4 V × 100 células)
Esta seção apresenta um exemplo de configuração de instrumento para medir a tensão e a temperatura em cada célula de uma bateria de 400 V e transferir os dados para um testador de carga/descarga. Um único M7102 pode medir até 30 canais. Esta configuração de medição pode ser implementada com baixo custo em termos de investimento e espaço.
Configuração do instrumento
Registrador de dados LR8101 × 1
Módulo de tensão/temperatura M7102 × 7
Condições de medição
Número de canais: 100 tensão + 100 temperatura
Velocidade de amostragem (intervalo de atualização de dados): 100 ms
Intervalo de transferência de dados: 200 ms*
Comunicações de dados: transferência de comando de texto baseada em LAN
*O intervalo de transferência de dados do comando de texto é limitado pelo número de módulos de medição na configuração.
Sistema de avaliação avançado: bateria de 800 V (4 V × 200 células)
Esta seção apresenta um exemplo de configuração de instrumento para medir a tensão e a temperatura em cada célula de uma bateria de alta tensão de 800 V e transferir os dados para um sistema de carga/descarga em tempo real. Os registradores LR8102 podem ser conectados com cabos ópticos para sincronizar medições de até 10 instrumentos. O M7100 garante segurança para testes de baterias de alta tensão com desempenho de isolamento de 1500 V DC CAT II. Na faixa de tensão, se não mais de 8 canais estiverem sendo usados por qualquer módulo, as medições serão feitas em um intervalo máximo de atualização de dados de 5 ms, e todos os dados poderão ser transferidos em tempo real. O valor total da tensão da bateria, que está sendo monitorado pelo sistema de carga/descarga, pode ser monitorado com baixo atraso
Configuração do instrumento
Registrador de dados LR8102 × 4
Módulo de tensão/temperatura M7100 × 39
Cabo de Conexão Óptica L6101 × 4
Cabo de Conexão Óptica L6102 × 1
(Os cabos de conexão óptica são desnecessários se sinais de amostragem externos forem recebidos em paralelo do testador de carga/descarga.)
Condições de medição
Número de canais: 200 tensão + 200 temperatura
Velocidade de amostragem (intervalo de atualização de dados): 5 ms (tensão), 10 ms (temperatura)
Intervalo de transferência de dados: 5 ms
Comunicações de dados: transferência de dados em tempo real baseada em UDP
Resumo
Os registradores de dados Hioki LR8101 e LR8102 e os módulos de medição M7100 e M7102 são ideais para uso em testes de carga/descarga de baterias. O desempenho robusto do isolamento aumenta a segurança, e medições confiáveis e capacidade precisa de captura de dados fornecem suporte para o desenvolvimento de sistemas periféricos e traseiros de bateria.
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