JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 ETN.fi  Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
måndag 24 februari 2020 VECKA 09
Guidelines for contributing Technical Papers: download PDF
Keysight Technologies:

Bara fördelar att emulera batteriet

I vår mobila värld finns det allt fler enheter som kapar sladden för att ­istället drivas av batterier. Tack vare ökad effektdensitet i batterierna och avancerade effekthanteringstekniker kan till och med enheter som förbrukar mycket ström erbjudas i en batteridriven version. Det gäller allt från smarta telefoner, hushållsverktyg och hushållsapparater till elfordon.
embexLadda ner artikeln på 500 kbyte här (länk, pdf).
Fler tekniska rapporter finns på etn.se/expert
Ingenjörer som utvecklar dessa batteridrivna enheter kan inte lita på batterier för sina tester. Genom att endast använda batterier, hur kan en ingenjör verifiera konstruktionen för olika laddningsnivåer? Det skulle kräva att de hade typer av batterier tillgängliga med alla olika laddningsnivåer. När dessa batterier har använts för testet, skulle samtliga behöva återställas till samma laddningsnivå inför nästa användning. Det är möjligt, men inte alls praktiskt.

Istället kan testerna göras med ett enda batteri, men detta kräver att utvecklingsingenjören förbereder batteriet med den lämpliga laddningsnivån för varje test. Batteriet måste laddas eller tömmas för att få rätt laddningsnivå för testet. Sådan förberedelse av batteriet är tidskrävande.

Den långa tid som krävs för att förbereda batterier kan undvikas genom att använda ett programmerbart elektroniskt batteri, även kallat en batteriemulator. Batteriemulatorn minskar tiden som krävs för att förbereda tester, skapar en säkrare testmiljö och ger resultat som är lättare att upprepa jämfört med användning av ett batteri under testerna.

Batterier, särskilt av litiumjontyp, innehåller stora mängder lagrad energi. Under normala driftförhållanden (temperatur, laddningshastighet, urladdningshastighet), är batterier säkra att använda. Men under tester kan oväntade förhållanden förekomma. En enhet som testas i provstadiet kanske inte fungerar ordentligt och kan leda till att batteriet laddas eller urladdas för mycket. I värsta fall kan enheten som testas haverera eller försättas i ett oväntat skick som kan dra för mycket ström från batteriet, vilket innebär en risk för brand, explosion och kemiskt läckage. Användning av batterier under testning innebär därför risker och kan utgöra en fara.

Å andra sidan är batteriemulatorer mycket säkrare än ett verkligt batteri. Batteriemulatorer innehåller elektroniska skyddskretsar, som överspänningsskydd och överströmsskydd, som kan avbryta ett test som har gått fel. Genom att ta bort det verkliga batteriet från testet, leder fel på enheten som testas inte till batterirelaterade faror.

Kontinuerlig återanvändning av batterier kan ge inkonsekventa testresultat och kortare batterilivslängd. Det är svårt att garantera den exakta laddningsnivån när ett batteri förbereds manuellt för att få den önskade laddningsnivån. Detta skulle normalt göras genom att helt ladda ur batteriet och sedan ladda batteriet till den önskade laddningsnivån. Detta leder till att batteriet återanvänds oftare vilket gör att batteriet blir gammalt snabbare. Batteriets beteende ändras när batterier blir äldre, vilket innebär att en ingenjör efter en tid inte längre kan vara säker på att nå den önskade laddningsnivån med ett gammalt batteri. Detta kan leda till felaktiga resultat för tester som körs med det gamla batteriet.

En batteriemulator ger mer konsekventa och repeterbara testresultat jämfört med att använda ett verkligt batteri och avlägsnar ovissheten som finns hos åldrande batterier och att avgöra batteriets laddningsnivå.

Ett kraftaggregat kan användas istället för batteriet, men ett vanligt kraftaggregat har tre egenskaper som gör att det skiljer sig från ett batteri och därför är olämpligt att emulera batteriet:
•    Kraftaggregat brukar ha mycket låg och konstant utgångsimpedans.
•    Kraftaggregatet urladdas aldrig.
•    Ett kraftaggregat är en strömkälla, men ett batteri kan både vara en strömkälla (när det laddas ur) och absorbera/dra ström (när det laddas). Därför skiljer sig ett kraftaggregat i grund och botten från ett batteri.

Batterier kan modelleras som en 2-kvadrants spänningskälla tillsammans med ett seriemotstånd, enligt bild 1. Både utspänningen och motståndet kan programmeras om för att simulera effekterna av laddningsnivå och gamla batterier.

Genom att ställa in spänning och internt motstånd kan batteriemulatorn ge en valfri laddningsnivå, vilket gör det onödigt att ladda eller urladda batterier till den rätta laddningsnivån före tester. Testförhållanden som skulle vara farliga med ett batteri kan simuleras på ett säkert och repeterbart sätt, inklusive kortslutningar eller överström, överspänning, samt överladdning och överurladdning.

Kanske den mest komplexa delen av batteriemulering är att simulera hur spänningen ändras med batteriets laddningsnivå. Detta förhållande är en grundläggande modell och är mycket beroende av batteriets kemi och utformning. En sofistikerad batteriemulator kanske har förmåga att använda en nedladdad batterimodell (till exempel: skicka en instruktion till emulatorn att fungera som ett batteri av modellen 1234A från batteritillverkaren XYZ). Alternativt kan batteriemulatorn använda en tabell med värden för laddningsnivåer (i procent) jämfört med utspänning. Batteriemulatorns kontrollsystem övervakar hur mycket laddning som flödar in i eller ut ur batteriemulatorn (dvs Coulomb-räkning), justerar laddningsnivån och refererar sedan till den lämpliga nya spänningen baserat på laddningsnivån som uppdateras ständigt.

En batteriemulator kan dock fortfarande fungera ordentligt utan denna sofistikerade modellbaserade kontroll. Eftersom spänningsförändringen normalt är långsam, kan ett PC-baserat program helt enkelt programmera om utspänningen till det önskade värdet. Den programmerade spänningen kan höjas, eller ändras mycket långsamt för att emulera spänningsökningen när ett batteri laddas eller långsamt sänka spänningen för att emulera minskad spänning när ett batteri urladdas.

Användning av en batteriemulator ger snabbare testresultat, erbjuder bättre säkerhet och mer konsekventa tester jämfört med tester som använder ett verkligt batteri. Keysight Technologies tillverkar ett antal olika kraftaggregat som kan fungera som batteriemulatorer, med 2-kvadrants drift och programmerbar utgångsresistans. Se bild 2 och 3.
MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)