Bộ ghi dữ liệu lý tưởng để ghi dữ liệu điện áp và nhiệt độ của pin

Kiểm tra sạc/xả pin được thực hiện như một phần của kiểm tra hiệu suất trong quá trình phát triển pin, mô-đun và gói pin cũng như trong giai đoạn đánh giá. Loại thử nghiệm này cho phép nhà sản xuất kiểm tra hiệu suất sạc và xả của pin cũng như tuổi thọ của pin. Nó đóng một vai trò thiết yếu trong việc phát triển pin an toàn, hiệu suất cao và trong việc xác minh hiệu suất của thành phẩm. Trong quá trình kiểm tra sạc/xả pin, kỹ thuật viên sẽ kiểm tra các chỉ số nhiệt độ hoặc điện áp bất thường ở mỗi tế bào và đánh giá các đặc tính của pin. Vì sự thay đổi về đặc điểm của tế bào có thể dẫn đến suy giảm hiệu suất tổng thể của bộ pin nên việc xác định hành vi điện áp và nhiệt độ ở cấp độ tế bào là cực kỳ quan trọng. Để giảm thời gian sạc và mở rộng phạm vi hoạt động của xe, các nhà sản xuất đang phát triển bộ pin có điện áp cao hơn để sử dụng cho xe điện (EV). Bài viết này giới thiệu một thiết bị ghi dữ liệu lý tưởng để kiểm tra sạc/xả các bộ pin 400 V tiêu chuẩn cũng như các bộ pin 800 V hiện đang được thương mại hóa.

Hiệu suất ghi dữ liệu được yêu cầu bởi thử nghiệm này

Mặc dù điện áp của từng ô trong bộ pin thấp ở khoảng 4 V, nhưng việc đo điện áp của ô trong bộ pin 800 V chẳng hạn, yêu cầu một thiết bị có điện áp định mức nối đất tối đa là 800 V DC hoặc cao hơn. Một bộ pin 800 V bao gồm khoảng 200 ô được mắc nối tiếp. Cần khoảng 400 kênh để đo điện áp và nhiệt độ của tất cả các tế bào.

Cần có khả năng và hiệu suất đo lường như sau để thực hiện kiểm tra sạc/xả pin:

Đo các bộ pin điện áp cao
– Hiệu suất cách điện cao của dụng cụ đo
– Khả năng mở rộng Bộ đếm kênh của nhạc cụ

Độ tin cậy của dữ liệu
– Khả năng thu thập dữ liệu điện áp và nhiệt độ chi tiết
– Biện pháp chống ồn từ các thiết bị lân cận

Phân tích dữ liệu
Khả năng xuất dữ liệu theo thời gian thực

Liên quan đến hiệu suất cách điện, cần đặc biệt thận trọng vì thực tế là điện áp trên các mô-đun đo được kết nối và giữa các cực của thiết bị với đất không giống như điện áp chịu đựng của thiết bị. Điện áp chịu được là điện áp có thể được áp dụng cho một thiết bị mục tiêu nhất định trong 1 phút khi tắt nguồn mà không làm hỏng thiết bị trong quá trình kiểm tra điện áp chịu được. Vì có điện áp chịu được nhất định không có nghĩa là điện áp có thể được cấp liên tục mà không gặp vấn đề gì, nên ngay cả các sản phẩm quảng cáo điện áp chịu được là 800 V cũng không có khả năng đo điện áp pin trong thiết lập có điện áp 800 V được cấp liên tục trên các mô-đun hoặc giữa các thiết bị đầu cuối của thiết bị và đất.

Bộ ghi dữ liệu lý tưởng để sử dụng trong kiểm tra sạc/xả pin

*Chỉ dải điện áp (nhiệt độ: từ 10 ms)

Bộ ghi dữ liệu LR8101 và LR8102 có thể đo và ghi lại nhiệt độ và điện áp của từng cell pin một cách an toàn, chi tiết. Bộ ghi nhật ký có thể được kết hợp với các mô-đun đo lường để dễ dàng mở rộng số lượng kênh đầu vào lên tối đa 3.000 kênh. Nhờ hiệu suất cách điện 1500 V DC CAT II tuân thủ tiêu chuẩn an toàn EN IEC 61010, các máy ghi nhật ký này có thể đo các hệ thống điện áp cao một cách an toàn. Chúng có thể ghi lại các dao động điện áp chi tiết ở độ phân giải cao nhờ tốc độ lấy mẫu tối đa là 5 ms. Hơn nữa, LR8102 có khả năng xuất dữ liệu đo được ở tốc độ cao, mỗi lần một điểm dữ liệu. Khả năng này cho phép bạn theo dõi dữ liệu điện áp và nhiệt độ trong quá trình kiểm tra sạc/xả theo thời gian thực.

Có năm lý do tại sao LR8101 và LR8102 lý tưởng để sử dụng trong thử nghiệm sạc/xả:

1. Các thiết bị có khả năng mở rộng cao vì số lượng kênh có thể dễ dàng tăng lên
Cả bộ thiết bị ghi dữ liệu và mô-đun đo lường đều có hai loại. Số lượng kênh có thể dễ dàng tăng lên bằng cách thêm các mô-đun. Hơn nữa, nếu bạn đang sử dụng LR8102, tối đa 10 bộ ghi có thể thực hiện lấy mẫu đồng bộ. Bằng cách kết hợp LR8102 với M7102, bạn có thể mở rộng số kênh lên tối đa 3000. Hình bên dưới minh họa một hệ thống trong đó 10 thiết bị LR8102, mỗi thiết bị được trang bị 10 mô-đun MR7102, đã được đồng bộ hóa bằng cáp kết nối quang (20 ms lấy mẫu). (Tốc độ lấy mẫu bị giới hạn bởi số lượng kênh được sử dụng.)

2. Thực hiện các phép đo an toàn nhờ hiệu suất cách điện 1500 V DC CAT II tuân thủ tiêu chuẩn an toàn EN IEC 61010
Khi đo điện áp trong các cell pin hoặc đo nhiệt độ điện cực, điện áp cao sẽ được đặt vào giữa các cực và đất (giữa kênh đầu vào và đất) và giữa các mô-đun đo. Bộ điện áp/nhiệt độ Hioki M7100 sử dụng biến áp cách ly được thiết kế mới để đạt được mức cách điện 1500 V DC giữa kênh đầu vào và đất. Sự an toàn và độ tin cậy được đảm bảo nhờ khả năng của thiết bị không chỉ chịu được điện áp cao ổn định mà còn cả các đợt tăng điện áp tạm thời.

M7100
Điện áp định mức tối đa giữa kênh: 300 V DC
Điện áp định mức tối đa chạm đất: 1500 V DC, 1000 V AC (CAT II)
Điện áp định mức tối đa giữa các mô-đun: 1500 V DC, 1000 V AC

M7102
Điện áp định mức tối đa giữa kênh: 300 V DC
Điện áp định mức tối đa chạm đất: 600 V DC, 600 V AC (CAT II)
Điện áp định mức tối đa giữa các mô-đun: 600 V DC, 600 V AC

3. Ghi lại các biến động điện áp ở độ phân giải cao nhờ khả năng lấy mẫu tốc độ cao
Mô-đun đo M7100 cung cấp tốc độ lấy mẫu tối đa là 5 ms, trong khi M7102 cung cấp tốc độ lấy mẫu tối đa là 10 ms. (Trong cả hai trường hợp, tốc độ lấy mẫu khác nhau tùy theo số lượng kênh được sử dụng trên mỗi mô-đun.) Để đảm bảo có thể ghi lại chi tiết sự dao động điện áp của pin, mỗi mô-đun có bộ chuyển đổi AD có độ phân giải 18 bit. Kết quả là, các mô-đun có thể được thêm vào mà không ảnh hưởng đến tốc độ lấy mẫu tối đa. Ngoài ra, các mô-đun được thiết kế để cung cấp điện trở đầu vào 100 MΩ trong phạm vi 2 V và 6 V nhằm giảm thiểu dòng điện rò từ pin đến thiết bị ghi dữ liệu. Bằng những cách này – đặc biệt nhờ khả năng lấy mẫu tốc độ cao và độ phân giải cao – thiết lập có thể ghi lại các dao động điện áp chi tiết.

Độ phân giải và Độ chính xác của phép đo
Khi sử dụng phạm vi 2 V fs: độ phân giải 20 μV và Độ chính xác ±1 mV
Khi sử dụng phạm vi 6 V fs: độ phân giải 60 μV và Độ chính xác ±3 mV

4. Cải thiện khả năng chống ồn và đo lường ổn định, chính xác
Máy kiểm tra sạc/xả, xử lý điện áp cao và dòng điện lớn, dễ tạo ra tiếng ồn. Do đó, phép đo bằng các thiết bị lân cận trong quá trình kiểm tra sạc/xả dễ bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn. Thiết Bị Ghi Dữ Liệu LR8101 và LR8102 có khả năng chống ồn cao. Ngay cả trong môi trường nhiễu điện áp cao, tần số cao, chúng vẫn có khả năng đo ổn định trong đó các giá trị đo được không dịch chuyển hoặc dao động đáng kể.

5. Dữ liệu điện áp và nhiệt độ đầu ra theo thời gian thực trong quá trình thử nghiệm
Để thu thập dữ liệu đo được bằng hệ thống mô phỏng điều khiển pin, cần xuất dữ liệu ra hệ thống ở tốc độ cao. Thông thường, các lệnh liên lạc được sử dụng để gửi dữ liệu từ bộ ghi dữ liệu đến các hệ thống như vậy. Tốc độ thu thập dữ liệu bằng lệnh văn bản bị giới hạn trong một chu kỳ nằm trong khoảng từ hàng chục mili giây đến vài trăm mili giây.

Hình 1 cung cấp một ví dụ về đo lường và định thời gian xuất dữ liệu bằng cách sử dụng thiết bị ghi dữ liệu điển hình. Mặc dù giá trị điện áp vượt quá ngưỡng t7 nhưng dữ liệu đó không thể thu được cho đến t9.

Hình 2 minh họa thời điểm xuất ra dữ liệu cho các phép đo được thực hiện bằng Bộ ghi dữ liệu LR8102. LR8102 sử dụng giao thức truyền thông UDP, cho phép xuất dữ liệu ở tốc độ cao. Dữ liệu đo lường được xuất ra một điểm dữ liệu tại một thời điểm, cho phép tất cả dữ liệu được phân tích theo thời gian thực. Ngay cả dữ liệu cho t7, khi vượt quá giá trị ngưỡng, cũng có thể được lấy ngay lập tức.

Ví dụ về thiết lập thiết bị ghi dữ liệu

Bộ ghi dữ liệu được kết hợp với các mô-đun đo lường. Người dùng chọn loại thiết bị và số lượng mô-đun để kết nối dựa trên hiệu suất cách điện cần thiết, tốc độ lấy mẫu và Bộ đếm kênh. Tốc độ lấy mẫu khác nhau tùy theo số lượng kênh được sử dụng trên mỗi mô-đun.

Ứng dụng tiêu chuẩn: Bộ pin 400 V (4 V × 100 cell)
Phần này giới thiệu một ví dụ về thiết lập thiết bị để đo điện áp và nhiệt độ ở mỗi ô trong bộ pin 400 V và truyền dữ liệu đến máy kiểm tra sạc/xả. Một chiếc M7102 có thể đo tới 30 kênh. Thiết lập đo lường này có thể được thực hiện với chi phí thấp cả về đầu tư và không gian.

Cấu hình thiết bị
Bộ ghi dữ liệu LR8101 × 1
Mô-đun điện áp/nhiệt độ M7102 × 7

Điều kiện đo
Số kênh: 100 điện áp + 100 nhiệt độ
Tốc độ lấy mẫu (khoảng thời gian làm mới dữ liệu): 100 ms
Khoảng thời gian truyền dữ liệu: 200 ms*
Truyền dữ liệu: Truyền lệnh văn bản dựa trên mạng LAN
*Khoảng thời gian truyền dữ liệu truyền lệnh văn bản bị giới hạn bởi số lượng mô-đun đo lường trong quá trình thiết lập.

Hệ thống đánh giá nâng cao: bộ pin 800 V (4 V × 200 cell)
Phần này giới thiệu một thiết lập thiết bị mẫu để đo điện áp và nhiệt độ ở mỗi ô trong bộ pin điện áp cao 800 V và truyền dữ liệu đến hệ thống sạc/xả trong thời gian thực. Máy ghi nhật ký LR8102 có thể được kết nối với cáp quang để đồng bộ hóa các phép đo của tối đa 10 thiết bị. M7100 đảm bảo an toàn khi thử nghiệm pin điện áp cao với hiệu suất cách điện 1500 V DC CAT II. Trong dải điện áp, nếu không có nhiều hơn 8 kênh được sử dụng bởi bất kỳ mô-đun cụ thể nào, các phép đo sẽ được thực hiện ở khoảng thời gian làm mới dữ liệu tối đa là 5 ms và tất cả dữ liệu có thể được truyền trong thời gian thực. Tổng giá trị điện áp của pin đang được hệ thống sạc/xả theo dõi, có thể được theo dõi với độ trễ thấp

Cấu hình thiết bị
Bộ ghi dữ liệu LR8102×4
Mô-đun điện áp/nhiệt độ M7100 × 39
Cáp Kết Nối Quang L6101×4
Cáp Kết Nối Quang L6102×1
(Cáp kết nối quang không cần thiết nếu tín hiệu lấy mẫu bên ngoài được đưa vào song song từ máy kiểm tra sạc/xả.)

Điều kiện đo
Số kênh: 200 điện áp + 200 nhiệt độ
Tốc độ lấy mẫu (khoảng thời gian làm mới dữ liệu): 5 ms (điện áp), 10 ms (nhiệt độ)
Khoảng thời gian truyền dữ liệu: 5 ms
Truyền dữ liệu: Truyền dữ liệu thời gian thực dựa trên UDP

Bản tóm tắt

Thiết Bị Ghi Dữ Liệu Hioki LR8101 và LR8102 cũng như các mô-đun đo lường M7100 và M7102 rất lý tưởng để sử dụng trong việc kiểm tra sạc/xả pin. Hiệu suất cách nhiệt mạnh mẽ giúp tăng cường độ an toàn, đồng thời các phép đo đáng tin cậy và khả năng thu thập dữ liệu chính xác sẽ hỗ trợ cho việc phát triển hệ thống ngoại vi và pin trở lại.