電池快速無縫充放電的應用背景

電池是現(xiàn)代電子工具的重要部件，應用范圍廣闊，但它也有缺陷：不能像超級電容器那樣快速充電，性能會隨時間而降低。所以說電池快充技術的發(fā)展是勢在必行的。在這之中，電池的快速無縫充放電是一大重點。隨著電池技術的不斷進步，電池的應用領域也越來越廣泛，如消費類電子、工業(yè)電動工具、電動汽車、軍工航天等等。衛(wèi)星、混合動力電動汽車 (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)和器件儲蓄能量，并且在需要的時候，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，超級電容器，電動機-發(fā)電機系統(tǒng)，雙向DC/DC轉換器，電池管理系統(tǒng)(BMS)，制動能源回收系統(tǒng)。在實際的應用中，電池的一個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)成為了一個電池是否功能強大的一個重要指標。

圖1電池快速無縫充放電應用的領域

雙象限工作電源的工作原理

雙象限電源，不僅僅是簡單的電源和負載相加。傳統(tǒng)的雙象限電源在正負電流切換時，中間會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，能夠實現(xiàn)高速的源和載電流模式轉換，從而在輸出和吸收電流之間進行快速連續(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板等儲能設備測試。在測試這種雙向的、可再生的能源系統(tǒng)和器件時，對于需要什么樣的電源和吸收負載，測試工程師們有時對此存在一些誤解。 他們往往以為雙向就是雙極，因此需要使用雙極性電源進行測試。這實際上是風馬牛不相及的。如圖 2所示，在這個雙象限中，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，又可以作為電子負載，是一種雙象限直流電源。在進行電池充電的時候，工作在I象限，電流為正，在進行放電的時候，工作在II象限，電流為負。

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。在進行研發(fā)和生產(chǎn)過程中的測試需要有更大功率的電源和負載，為這些被測件提供功率輸入，并且吸收它們釋放出來的能量。其功率可高達數(shù)千瓦，甚至更高。對于測試工程師來說，這是一項極其艱巨的挑戰(zhàn)。最常用的方法， 是使用單獨的電源供電，再使用負載吸收被測件釋放的能量。但是這種方法存在很大的缺陷。主要問題是，這種方法無法實現(xiàn)電源和負載功能的連續(xù)轉換，與系統(tǒng)實際工作條件大相徑庭 。而且，必須在系統(tǒng)中使用大功率的導通二極管、開關、繼電器等，系統(tǒng)非常復雜，可靠性和可重復性往往無法達到要求。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，而且可以實現(xiàn)源與負載功能的無縫轉換，才能克服這些缺陷。目前，在市場上很難找到幾十千瓦級功率的雙象限直流電源。加上被測件是有源和動態(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，電子負載在 CC 模式而非 CV 模式下工作。電子負載的電流設置為固定值，大于被測件能提供的電流最大值。這樣，電子負載就會始終保持在 CC模式下，吸收固定水平的電流和功率。電子負載再也不必應對任何模式交叉問題。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電流切換的時候會高速幾乎是無延時完成。相比于傳統(tǒng)的雙極性電源在實現(xiàn)正負電流切換時，中間會存在短暫的跳變和不連貫現(xiàn)象。我們的艾德克斯IT6500C系列在這個方面提升很大，能夠實現(xiàn)高速源電流和載電流模式轉換。我們的IT6500C同樣可以模擬電動汽車剎車電流回充電池的情況，在實際的測試中，需要模擬電動汽車剎車回充技術，去實現(xiàn)高速的電流回充電池的測試，整個測試需要在10ms以內完成，所以測試儀器的速度就直接決定了是否能進行最真實的模擬，IT6500C搭配功率耗散器即可輕松完成。傳統(tǒng)的方法是使用兩個單機的方案，例如直流電源+電子負載，不但速度不夠快，無法滿足實際測試需求，而且配置及其復雜。相比于傳統(tǒng)的測試方案，我們的艾德克斯IT6500C能夠在輸出電流和吸收電流之間進行快速連續(xù)的無縫切換，這是電動汽車剎車電流回充電池測試的最佳選擇。

艾德克斯IT6500C產(chǎn)品簡介

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%，功率吸收擴展300%，以滿足更大功率的放電測試需求。同時內置了DIN40839和ISO-16750-2標準汽車功率網(wǎng)用電壓曲線，以及支持太陽能I-V曲線模擬功能，廣泛應用于汽車電子，太陽能電池，直流電機，電池等多領域的研發(fā)，制造和系統(tǒng)配置。具有遠端量測功能，模擬量控制接口，內置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：

雖然電池行業(yè)的發(fā)展為電子產(chǎn)業(yè)帶來了諸多機遇，但與之配套的基礎設施和行業(yè)標準還存在很多不足，電池行業(yè)復雜的應用環(huán)境，嚴苛的安全標準使之能源供給的測試和檢驗變得尤為重要。當電子行業(yè)對電池測試普遍正在摸索時，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用，為整個行業(yè)的發(fā)展做出貢獻。