電池快速無縫充放電的應(yīng)用背景

電池是現(xiàn)代電子工具的重要部件，應(yīng)用范圍廣闊，但它也有缺陷：不能像超級(jí)電容器那樣快速充電，性能會(huì)隨時(shí)間而降低。所以說電池快充技術(shù)的發(fā)展是勢(shì)在必行的。在這之中，電池的快速無縫充放電是一大重點(diǎn)。隨著電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，電池的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，如消費(fèi)類電子、工業(yè)電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車、軍工航天等等。衛(wèi)星、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV)、不間斷電源 (UPS)、綠色能源、以及大功率電池系統(tǒng)，它們依賴于雙向的、可再生的能源系統(tǒng)和器件儲(chǔ)蓄能量，并且在需要的時(shí)候，它們又能提供持續(xù)的供電。這些系統(tǒng)和器件包括:充電式電池組，超級(jí)電容器，電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器，電池管理系統(tǒng)(BMS)，制動(dòng)能源回收系統(tǒng)。在實(shí)際的應(yīng)用中，電池的一個(gè)重要的性能就是充放電切換的速度，能不能無縫切換充放電已經(jīng)成為了一個(gè)電池是否功能強(qiáng)大的一個(gè)重要指標(biāo)。

圖1電池快速無縫充放電應(yīng)用的領(lǐng)域

雙象限工作電源的工作原理

雙象限電源，不僅僅是簡(jiǎn)單的電源和負(fù)載相加。傳統(tǒng)的雙象限電源在正負(fù)電流切換時(shí)，中間會(huì)存在短暫的跳變和不連貫現(xiàn)象。IT6500C系列作為一款高速的雙象限電源具有Loop-Mode 功能，能夠?qū)崿F(xiàn)高速的源和載電流模式轉(zhuǎn)換，從而在輸出和吸收電流之間進(jìn)行快速連續(xù)的無縫切換，有效避免電壓或電流過沖，廣泛適用于電池，電池封裝以及電流保護(hù)板等儲(chǔ)能設(shè)備測(cè)試。在測(cè)試這種雙向的、可再生的能源系統(tǒng)和器件時(shí)，對(duì)于需要什么樣的電源和吸收負(fù)載，測(cè)試工程師們有時(shí)對(duì)此存在一些誤解。 他們往往以為雙向就是雙極，因此需要使用雙極性電源進(jìn)行測(cè)試。這實(shí)際上是風(fēng)馬牛不相及的。如圖 2所示，在這個(gè)雙象限中，單極、雙向電源的電流、電壓工作區(qū)域在圖中的 I和 II象限。它可以輸出和吸收電流，而電壓必須是正電壓。它既可以作為直流電源，又可以作為電子負(fù)載，是一種雙象限直流電源。在進(jìn)行電池充電的時(shí)候，工作在I象限，電流為正，在進(jìn)行放電的時(shí)候，工作在II象限，電流為負(fù)。

圖2雙象限的I-V曲線圖

這些系統(tǒng)和器件通常工作在數(shù)千瓦的功率范圍。在進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)過程中的測(cè)試需要有更大功率的電源和負(fù)載，為這些被測(cè)件提供功率輸入，并且吸收它們釋放出來的能量。其功率可高達(dá)數(shù)千瓦，甚至更高。對(duì)于測(cè)試工程師來說，這是一項(xiàng)極其艱巨的挑戰(zhàn)。最常用的方法， 是使用單獨(dú)的電源供電，再使用負(fù)載吸收被測(cè)件釋放的能量。但是這種方法存在很大的缺陷。主要問題是，這種方法無法實(shí)現(xiàn)電源和負(fù)載功能的連續(xù)轉(zhuǎn)換，與系統(tǒng)實(shí)際工作條件大相徑庭 。而且，必須在系統(tǒng)中使用大功率的導(dǎo)通二極管、開關(guān)、繼電器等，系統(tǒng)非常復(fù)雜，可靠性和可重復(fù)性往往無法達(dá)到要求。因此，只有將電源輸出和功率吸收的功能完全集成到單一儀器或系統(tǒng)中，而且可以實(shí)現(xiàn)源與負(fù)載功能的無縫轉(zhuǎn)換，才能克服這些缺陷。目前，在市場(chǎng)上很難找到幾十千瓦級(jí)功率的雙象限直流電源。加上被測(cè)件是有源和動(dòng)態(tài)的，根據(jù)其狀態(tài)和工作條件，在輸出功率和吸收功率之間轉(zhuǎn)換。我們的雙象限電源克服了之前存在的不能工作在電壓死區(qū)的問題，很好的解決了工作電壓不連續(xù)的情況?，F(xiàn)在，電子負(fù)載在 CC 模式而非 CV 模式下工作。電子負(fù)載的電流設(shè)置為固定值，大于被測(cè)件能提供的電流最大值。這樣，電子負(fù)載就會(huì)始終保持在 CC模式下，吸收固定水平的電流和功率。電子負(fù)載再也不必應(yīng)對(duì)任何模式交叉問題。直流電源始終保持在 CV模式中，并且始終供給電流。因此不再需要二極管。

IT6500C的電池充放電無縫切換

圖3無縫充放電電壓電流波形

如圖3所示，黃色的表示電壓，綠色的表示電流。在圖中可以清楚的看到在正負(fù)電流切換的時(shí)候會(huì)高速幾乎是無延時(shí)完成。相比于傳統(tǒng)的雙極性電源在實(shí)現(xiàn)正負(fù)電流切換時(shí)，中間會(huì)存在短暫的跳變和不連貫現(xiàn)象。我們的艾德克斯IT6500C系列在這個(gè)方面提升很大，能夠?qū)崿F(xiàn)高速源電流和載電流模式轉(zhuǎn)換。我們的IT6500C同樣可以模擬電動(dòng)汽車剎車電流回充電池的情況，在實(shí)際的測(cè)試中，需要模擬電動(dòng)汽車剎車回充技術(shù)，去實(shí)現(xiàn)高速的電流回充電池的測(cè)試，整個(gè)測(cè)試需要在10ms以內(nèi)完成，所以測(cè)試儀器的速度就直接決定了是否能進(jìn)行最真實(shí)的模擬，IT6500C搭配功率耗散器即可輕松完成。傳統(tǒng)的方法是使用兩個(gè)單機(jī)的方案，例如直流電源+電子負(fù)載，不但速度不夠快，無法滿足實(shí)際測(cè)試需求，而且配置及其復(fù)雜。相比于傳統(tǒng)的測(cè)試方案，我們的艾德克斯IT6500C能夠在輸出電流和吸收電流之間進(jìn)行快速連續(xù)的無縫切換，這是電動(dòng)汽車剎車電流回充電池測(cè)試的最佳選擇。

艾德克斯IT6500C產(chǎn)品簡(jiǎn)介

艾德克斯IT6500C系列具有雙象限電流輸出和吸收能力，跨象限無縫切換，適用于電池快速充放電測(cè)試。搭配選件IT-E500系列功率耗散器，可以將電流吸收的能力提升到100%，功率吸收擴(kuò)展300%，以滿足更大功率的放電測(cè)試需求。同時(shí)內(nèi)置了DIN40839和ISO-16750-2標(biāo)準(zhǔn)汽車功率網(wǎng)用電壓曲線，以及支持太陽(yáng)能I-V曲線模擬功能，廣泛應(yīng)用于汽車電子，太陽(yáng)能電池，直流電機(jī)，電池等多領(lǐng)域的研發(fā)，制造和系統(tǒng)配置。具有遠(yuǎn)端量測(cè)功能，模擬量控制接口，內(nèi)置USB/RS232/CAN/GPIB/LAN通訊接口。

圖4 艾德克斯IT6500C搭配功率耗散器

總結(jié)：

雖然電池行業(yè)的發(fā)展為電子產(chǎn)業(yè)帶來了諸多機(jī)遇，但與之配套的基礎(chǔ)設(shè)施和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還存在很多不足，電池行業(yè)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，嚴(yán)苛的安全標(biāo)準(zhǔn)使之能源供給的測(cè)試和檢驗(yàn)變得尤為重要。當(dāng)電子行業(yè)對(duì)電池測(cè)試普遍正在摸索時(shí)，艾德克斯已經(jīng)走在了最前沿，以最完善的方案助力電池快速無縫充放電的應(yīng)用，為整個(gè)行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。