Pruebas de carga/descarga de baterías de alto voltaje
Un registrador de datos ideal para registrar datos de voltaje y temperatura de las celdas
Las pruebas de carga/descarga de la batería se llevan a cabo como parte de las pruebas de rendimiento durante el desarrollo de la celda, el módulo y el paquete de la batería y durante la etapa de evaluación. Este tipo de prueba permite a los fabricantes inspeccionar el rendimiento de carga y descarga de la batería, así como su vida útil. Desempeña un papel esencial en el desarrollo de baterías seguras y de alto rendimiento y en la verificación del rendimiento de los productos terminados. En las pruebas de carga/descarga de paquetes de baterías, los técnicos prueban lecturas anómalas de voltaje o temperatura en cada celda y evalúan las características de las baterías. Dado que la variabilidad en las características de las celdas puede provocar una disminución en el rendimiento general del paquete de baterías, es extremadamente importante determinar el comportamiento del voltaje y la temperatura a nivel de las celdas. Para reducir los tiempos de carga y ampliar la autonomía del vehículo, los fabricantes están desarrollando paquetes de baterías de mayor voltaje para su uso en vehículos eléctricos (EV). Este artículo presenta un registrador de datos que es ideal para pruebas de carga/descarga de paquetes de baterías estándar de 400 V, así como de paquetes de baterías de 800 V, que ya se están comercializando.
Rendimiento del registrador de datos requerido por esta prueba
Aunque el voltaje de las celdas individuales en un paquete de baterías es bajo, aproximadamente 4 V, medir voltajes de celdas en un paquete de baterías de 800 V, por ejemplo, requiere un instrumento con un voltaje nominal máximo terminal a tierra de 800 V CC o mayor. Un paquete de baterías de 800 V consta de unas 200 celdas conectadas en serie. Se necesitan alrededor de 400 canales para medir el voltaje y la temperatura de todas las celdas.
Se necesitan capacidades de medición y rendimiento como los siguientes para realizar pruebas de carga/descarga del paquete de baterías:
Medición de paquetes de baterías de alto voltaje.
- Alto rendimiento de aislamiento del instrumento de medición.
- Ampliabilidad del número de canales del instrumento.
Confiabilidad de los datos
- Capacidad para capturar datos detallados de voltaje y temperatura.
- Contramedidas para combatir el ruido de dispositivos cercanos.
Análisis de los datos
Capacidad de generar datos en tiempo real.
Con respecto al rendimiento del aislamiento, es necesario tener especial cuidado con el hecho de que el voltaje entre los módulos de medición conectados y entre los terminales de un instrumento y tierra no es el mismo que el voltaje soportado del instrumento. El voltaje soportado es el voltaje que se puede aplicar a un dispositivo objetivo determinado durante 1 minuto mientras está apagado sin dañarlo durante la prueba de voltaje soportado. Dado que tener un voltaje soportado determinado no significa que el voltaje se pueda aplicar continuamente sin problemas, incluso los productos que anuncian un voltaje soportado de 800 V no son capaces de medir voltajes de batería en una configuración donde se aplica un voltaje de 800 V continuamente a través de los módulos. o entre los terminales del instrumento y tierra.
Registradores de datos ideales para usar en pruebas de carga/descarga de baterías
Los registradores de datos Hioki LR8101 y LR8102 son ideales para usar en pruebas de carga/descarga de las baterías de voltaje cada vez más alto de hoy en día. Simplemente combine tantos módulos de medición M7100 y M7102 como sean necesarios en función del rendimiento de aislamiento, la velocidad de muestreo y el número de canales necesarios.
| Registrador de datos LR8101 | Registrador de datos LR8102 |
|---|---|
| Conecte hasta 10 módulos de medición a 1 registrador | |
| Transferencia de datos LAN | Sincroniza hasta 10 registradores |
| - | Transferencia de datos de alta velocidad (UDP) |
| Módulo de voltaje/temperatura M7100 | Módulo de voltaje/temperatura M7102 | |
|---|---|---|
| Canal | 15 canales (voltaje/temperatura) | 30 canales (voltaje/temperatura) |
| Rendimiento de aislamiento |
|
|
| Frecuencia de muestreo (intervalo de actualización de datos) | 5 ms* (al usar de 1 canal a 8 canales) 10 ms a 10 s (cuando se utilizan de 9 canales a 15 canales) | 10 ms (cuando se utilizan de 1 canal a 15 canales) 20 ms a 10 s (cuando se utilizan 16 canales a 30 canales) |
*Solo rango de voltaje (temperatura: desde 10 ms)
Los registradores de datos LR8101 y LR8102 pueden medir y registrar la temperatura y el voltaje de celdas de batería individuales de manera segura y detallada. Los registradores se pueden combinar con módulos de medición para ampliar fácilmente el número de canales de entrada hasta un máximo de 3000 canales. Gracias al rendimiento de aislamiento CAT II de 1500 V CC que cumple con la norma de seguridad EN IEC 61010, estos registradores pueden medir de forma segura sistemas de alto voltaje. Pueden capturar fluctuaciones de voltaje detalladas en alta resolución gracias a su velocidad máxima de muestreo de 5 ms. Además, el LR8102 es capaz de generar datos medidos a alta velocidad, un punto de datos a la vez. Esta capacidad le permite monitorear los datos de voltaje y temperatura durante las pruebas de carga/descarga en tiempo real.
Hay cinco razones por las que el LR8101 y el LR8102 son ideales para su uso en pruebas de carga/descarga:
1. Los instrumentos son altamente ampliables ya que el número de canales se puede aumentar fácilmente
Tanto el registrador de datos como los módulos de medición están disponibles en dos tipos. El número de canales se puede aumentar fácilmente añadiendo módulos. Además, si utiliza el LR8102, hasta 10 registradores pueden realizar muestreo sincronizado. Al combinar el LR8102 con el M7102, puede ampliar el número de canales hasta un máximo de 3000. La siguiente figura ilustra un sistema en el que 10 instrumentos LR8102, cada uno equipado con 10 módulos MR7102, se han sincronizado mediante cables de conexión óptica (20 ms muestreo). (La velocidad de muestreo está limitada por la cantidad de canales que se utilizan).
2. Realice mediciones de forma segura gracias al rendimiento de aislamiento CAT II de 1500 V CC que cumple con la norma de seguridad EN IEC 61010
Al medir el voltaje en las celdas del paquete de baterías o medir la temperatura de los electrodos, se aplicarán altos voltajes entre los terminales y tierra (entre los canales de entrada y tierra) y entre los módulos de medición. La unidad de voltaje/temperatura Hioki M7100 utiliza un transformador de aislamiento de nuevo diseño para lograr un aislamiento de 1500 V CC entre los canales de entrada y tierra. La seguridad y la confiabilidad están garantizadas gracias a la capacidad del dispositivo para soportar no solo altos voltajes constantes, sino también sobretensiones transitorias.
M7100
Tensión nominal máxima entre canales: 300 V DC
Tensión nominal máxima a tierra: 1500 V CC, 1000 V CA (CAT II)
Tensión nominal máxima entre módulos: 1500 V CC, 1000 V CA
M7102
Tensión nominal máxima entre canales: 300 V DC
Tensión nominal máxima a tierra: 600 V CC, 600 V CA (CAT II)
Tensión nominal máxima entre módulos: 600 V CC, 600 V CA
3. Capture fluctuaciones de voltaje en alta resolución gracias a la capacidad de muestreo de alta velocidad
El módulo de medición M7100 proporciona una velocidad de muestreo máxima de 5 ms, mientras que el M7102 proporciona una velocidad de muestreo máxima de 10 ms. (En ambos casos, la velocidad de muestreo difiere según la cantidad de canales que se utilizan por módulo). Para garantizar que las fluctuaciones de voltaje de las celdas de la batería se puedan capturar en detalle, cada módulo tiene un convertidor AD de resolución de 18 bits. Como resultado, se pueden agregar módulos sin comprometer la velocidad máxima de muestreo. Además, los módulos están diseñados para proporcionar una resistencia de entrada de 100 MΩ en los rangos de 2 V y 6 V para minimizar la fuga de corriente de la batería al registrador de datos. De esta manera, especialmente gracias a su capacidad de muestreo de alta velocidad y alta resolución, la configuración puede capturar fluctuaciones de voltaje detalladas.
Resolución y precisión de la medición
Cuando se utiliza el rango de 2 V fs: resolución de 20 μV y precisión de ±1 mV
Cuando se utiliza el rango de 6 V fs: resolución de 60 μV y precisión de ±3 mV
4. Resistencia al ruido mejorada y medición estable y precisa
Los probadores de carga/descarga, que manejan altos voltajes y grandes corrientes, son propensos a generar ruido. En consecuencia, la medición realizada por dispositivos cercanos durante las pruebas de carga/descarga es propensa a los efectos del ruido. Los registradores de datos LR8101 y LR8102 ofrecen una alta resistencia al ruido. Incluso en entornos de alto voltaje y ruido de alta frecuencia, son capaces de realizar mediciones estables en las que los valores medidos no cambian ni fluctúan significativamente.
5. Datos de voltaje y temperatura de salida en tiempo real durante la prueba.
Para capturar datos medidos con un sistema de simulación de control de batería, es necesario enviar datos al sistema a alta velocidad. Normalmente, los comandos de comunicaciones se utilizan para enviar datos desde los registradores de datos a dichos sistemas. La velocidad a la que se pueden capturar datos mediante comandos de texto está limitada a un ciclo que oscila entre decenas de milisegundos y varios cientos de milisegundos.
La Figura 1 proporciona un ejemplo de sincronización de medición y salida de datos utilizando un registrador de datos típico. Aunque el valor de voltaje excede el umbral en t7, esos datos no se pueden adquirir hasta t9.
La Figura 2 ilustra el momento en que se emiten los datos de las mediciones realizadas con el registrador de datos LR8102. El LR8102 utiliza el protocolo de comunicaciones UDP, lo que le permite generar datos a alta velocidad. Los datos de medición se generan un punto de datos a la vez, lo que permite analizar todos los datos en tiempo real. Incluso los datos de t7, cuando se superó el valor umbral, se pueden adquirir inmediatamente.
Ejemplo de configuración del registrador de datos
Los registradores de datos se combinan con módulos de medición. El usuario elige el tipo de instrumento y la cantidad de módulos a conectar según el rendimiento de aislamiento necesario, la velocidad de muestreo y el número de canales. La velocidad de muestreo difiere según la cantidad de canales que se utilizan por módulo.
Aplicación estándar: paquete de baterías de 400 V (4 V × 100 celdas)
Esta sección presenta un ejemplo de configuración de instrumento para medir el voltaje y la temperatura en cada celda de un paquete de baterías de 400 V y transferir los datos a un probador de carga/descarga. Un solo M7102 puede medir hasta 30 canales. Esta configuración de medición se puede implementar con un bajo costo tanto en términos de inversión como de espacio.
Configuración del instrumento
Registrador de datos LR8101 × 1
Módulo de voltaje/temperatura M7102 × 7
Condiciones de medición
Número de canales: 100 voltaje + 100 temperatura
Velocidad de muestreo (intervalo de actualización de datos): 100 ms
Intervalo de transferencia de datos: 200 ms*
Comunicaciones de datos: transferencia de comandos de texto basada en LAN
*El intervalo de transferencia de datos de transferencia de comandos de texto está limitado por la cantidad de módulos de medición en la configuración.
Sistema de evaluación avanzado: paquete de baterías de 800 V (4 V × 200 celdas)
Esta sección presenta un ejemplo de configuración de instrumento para medir el voltaje y la temperatura en cada celda de un paquete de baterías de alto voltaje de 800 V y transferir los datos a un sistema de carga/descarga en tiempo real. Los registradores LR8102 se pueden conectar con cables ópticos para sincronizar mediciones de hasta 10 instrumentos. El M7100 garantiza la seguridad para las pruebas de baterías de alto voltaje con un rendimiento de aislamiento CAT II de 1500 V CC. En el rango de voltaje, si un módulo determinado no utiliza más de 8 canales, las mediciones se realizan en un intervalo de actualización de datos máximo de 5 ms y todos los datos se pueden transferir en tiempo real. El valor de voltaje total de la batería, que está siendo monitoreado por el sistema de carga/descarga, se puede monitorear con un retraso bajo.
Configuración del instrumento
Registrador de datos LR8102 × 4
Módulo de voltaje/temperatura M7100 × 39
Cable de conexión óptica L6101 × 4
Cable de conexión óptica L6102 × 1
(Los cables de conexión óptica son innecesarios si se introducen señales de muestreo externas en paralelo desde el probador de carga/descarga).
Condiciones de medición
Número de canales: 200 voltaje + 200 temperatura
Velocidad de muestreo (intervalo de actualización de datos): 5 ms (voltaje), 10 ms (temperatura)
Intervalo de transferencia de datos: 5 ms
Comunicaciones de datos: transferencia de datos en tiempo real basada en UDP
Resumen
Los registradores de datos Hioki LR8101 y LR8102 y los módulos de medición M7100 y M7102 son ideales para usar en pruebas de carga/descarga de baterías. El sólido rendimiento del aislamiento aumenta la seguridad, y las mediciones confiables y la capacidad de captura de datos precisa brindan soporte para el desarrollo de sistemas periféricos y de respaldo de batería.
Visite el sitio web Hioki's para obtener más información sobre estos productos.
Las solicitudes de unidades de demostración y preguntas sobre aplicaciones deben dirigirse a su representante Hioki más cercano a través de nuestro formulario de contacto.
