作者：是德科技產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理 Bernard Ang 在當今信息時(shí)代，幾乎所有的便攜式電子產(chǎn)品都采用電池供電。 電池還可以充當大型場(chǎng)所的備用應急電源。 此外，純電動(dòng)汽車(chē)也在使用大型串、并聯(lián)電池包，來(lái)提供充足的功率，滿(mǎn)足性能要求。
電池包需要達到足夠的功率密度（W/kg）， 才能分配充分的電流來(lái)實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)的加速指標。 同時(shí)， 高功率密度 （Wh/kg），才能實(shí)現更長(cháng)的續航時(shí)間或續航里程。 監控電池溫度為什么很重要？ 當今的大多數充電電池都屬于鋰電池，它們的工作溫度范圍為 15 °C 到 35 °C，在這個(gè)溫度范圍內性能最高，容量最大。 • 如果在低于 15 °C 的環(huán)境溫度下使用電池，電池內的電化學(xué)反應速度會(huì )下降，電池的性能隨之降低、電量下降。 • 如果在超過(guò) 35 °C 的環(huán)境溫度下使用電池或電池包，電池老化速度會(huì )逐漸加快。 您可能會(huì )遇到電池續航時(shí)間縮短、溫度分布不均導致的不均勻老化、安全風(fēng)險增加等問(wèn)題，導致生命周期的成本上升。 溫度太高的話(huà)，電池甚至可能會(huì )脹裂并造成泄漏、冒煙、起火甚至是爆炸。
圖 1. 功率圖顯示電池或電池包在溫度范圍內的功率極限值（來(lái)源：Kandler Smith，NREL 里程碑報告，2008 年）。 什么時(shí)候使用數據采集（DAQ）系統監測電池溫度 數據采集（DAQ）系統是測量單個(gè)對象或多個(gè)對象的溫度時(shí)最常用的一種儀器。 DAQ 系統可以監控產(chǎn)品電池系統中多個(gè)點(diǎn)的溫度。 通常情況下，您會(huì )首先對設計模塊進(jìn)行功能測試， 進(jìn)一步， 集成的數個(gè)功能模塊， 進(jìn)行開(kāi)發(fā)階段的測試。 對電池包和系統進(jìn)行的實(shí)驗性測試， 通常是在早期產(chǎn)品設計階段， 使用幾種常見(jiàn)的研發(fā)實(shí)驗室用儀器完成。 DAQ 系統可用于：監控產(chǎn)品電池系統多個(gè)點(diǎn)的溫度； 使用直流電源為電池系統充電，和使用直流電子負載對電池系統放電。 下面的圖 2 展示了一個(gè)使用 DAQ 系統的常見(jiàn)實(shí)驗室測試裝置。 如果您恰好擁有既能供電、又能吸收電流的雙向直流電源，那么您可以用它同時(shí)代替單獨的直流電源和直流電子負載。
圖 2. 實(shí)驗室測試裝置使用 DAQ、直流電源和直流電子負載對產(chǎn)品電池系統進(jìn)行測試。 下面的圖 3 展示了一個(gè)在 PC 上運行的數據采集軟件示例，該軟件可以與 DAQ 硬件緊密配合，提高工作效率。 使用這樣的數據采集應用軟件，您可以快速設置并執行測試，更快獲得測試結果。 部分 PC 數據應用軟件允許您通過(guò)圖形界面構建自動(dòng)化測試，能夠顯著(zhù)縮短測試開(kāi)發(fā)時(shí)間。 這樣的軟件基本上支持通過(guò)圖形界面直觀(guān)地完成儀器設置和生成測量序列，并且能與多個(gè)儀器互相配合，幫助您創(chuàng )建自己的完整自動(dòng)化測試。
圖 3. Keysight PathWave BenchVue PC 數據采集軟件的圖形界面。 圖 3 展示了一個(gè)在電腦上運行的數據采集軟件示例，該軟件能夠： • 使用不同的電電流和功率進(jìn)行充電， 并使用電子負載進(jìn)行放電，同時(shí)監控電池系統的溫度和特性，以此來(lái)測試產(chǎn)品中的電池管理系統。 • 執行多點(diǎn)溫度測量，從而評估電芯之間的溫度波動(dòng)和分布。 • 設置警報觸發(fā)器，從而監控溫度、電壓或電流是否超出了可接受的閾值范圍。 什么時(shí)候使用專(zhuān)門(mén)的電池測試系統來(lái)監測電池溫度 在臺式測試儀器上采取快速靈活方法進(jìn)行測試，可以很好地幫助您快速診斷故障并驗證電池系統設計。 然而，如果您需要運行全面可靠的電池測試， 以便達到標準合規性和一致性測試要求， 請使用包含專(zhuān)用集成化電池控制及測試軟件的專(zhuān)用電池測試系統。 要想對電池系統進(jìn)行精準可靠的測試，無(wú)論這個(gè)系統是電芯、模組還是電池包，您都需要一套配置齊全的專(zhuān)用電池測試系統。 一套好的電池測試系統可以運行定制的性能測試、功能測試、老化測試和環(huán)境測試。 下面的圖 4 展示了一個(gè)專(zhuān)用電池測試系統示例，該系統可以從單獨的解決方案擴展為完全綜合的測試系統和即時(shí)可用的測試實(shí)驗室。
圖 4. Keysight Scienlab SL100XA 系列電池測試系統。 例如，圖 4 中所示的電池包測試系統可以擴展至最高 1000 V、± 2400 A 和 ± 360 kW。 出色的可擴展性能夠極大地保護您的測試硬件投資。 電池測試系統還必須足夠靈活和經(jīng)濟適用，滿(mǎn)足各種儲能應用的需求，包括汽車(chē)運輸、工業(yè)以及其他大型場(chǎng)所中的使用場(chǎng)景。 一個(gè)優(yōu)秀的電池測試系統應配有適用于被測器件（DUT）的綜合測試環(huán)境，例如溫度測試箱和氣候測試箱、用于 DUT 的調節設施、以及標準化的連接系統，以便輕松集成到 DUT 上。 此外，系統還必須內置安全和安保機制，這樣可以幫助您規避潛在的危險。 為了控制單個(gè)或多個(gè)被測電芯、 模組和電池包，以完成綜合電池測試，您還需要使用一個(gè)中央電池測試系統軟件。 一個(gè)優(yōu)秀的、基于互聯(lián)網(wǎng)的中央電池測試系統軟件還能夠： • 監控測試環(huán)境中的所有組件 • 使用預先定義的測試標準， 定制專(zhuān)用的測試步驟 • 執行測試測量并記錄數據，并通過(guò)時(shí)間戳功能支持您進(jìn)行同步分析 • 提供強大的測量數據顯示功能 最后，中央電池測試系統軟件還應當能夠執行驗證測試，滿(mǎn)足各種標準組織――如國際標準化組織（ISO）、德國標準化學(xué)會(huì )標準歐洲標準（DIN EN）和汽車(chē)工程師學(xué)會(huì )（SAE）――的合規要求。 總結 在電池系統的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，都需要對電池溫度進(jìn)行嚴格監控。 在產(chǎn)品生命周期的早期階段，工程師可以使用臺式儀器（如 DAQ）配合電流輸入、輸出直流電源一起， 快速診斷電池系統的故障和執行電池系統設計驗證。 在產(chǎn)品生命周期的表征和驗證階段，則必須采用專(zhuān)門(mén)的電池測試解決方案，它可以幫助工程師獲得全面、可靠和數量可擴展的測試解決方案。 資源 如需進(jìn)一步了解用于溫度測量的 DAQ 系統，請訪(fǎng)問(wèn) https://www.keysight.com/us/en/p ... cquisition-daq.html。如需進(jìn)一步了解直流電源，請訪(fǎng)問(wèn) https://www.keysight.com/us/en/products/dc-power-supplies.html。 如需進(jìn)一步了解 Keysight Scienlab 電池測試系統，請訪(fǎng)問(wèn) https://www.keysight.com/us/en/p ... y-test-systems.html。 |
