В нашия мобилен свят все повече устройства изхвърлят кабели и работят на батерии. Благодарение на увеличената плътност на захранването на батерията и усъвършенстваните техники за управление на захранването, дори и най-консумиращите устройства имат версии с батерии. От малки енергийни акумулатори до вездесъщите смартфони и от домакински уреди до електрически превозни средства, ние откриваме батерии от всякакъв вид и размери.

батерии

По време на ежедневното тестване, инженерите за научноизследователска и развойна дейност не могат да разчитат на батерии при разработването на тези устройства, захранвани с батерии. Използвайки само батерии, как може инженер да тества дизайна на устройство, захранвано от батерии, с различни нива на зареждане? За да направите това, ще трябва да имате набор от батерии, всички предварително конфигурирани с различни нива на зареждане. Веднъж използвана за тест, всяка батерия със специфично зареждане трябва да има възстановено точно същото ниво на зареждане, преди да може да се използва отново. И въпреки че това би могло да се направи, би било крайно непрактично.

Вместо това тестовете могат да се правят с една истинска батерия, но това изисква инженерът от НИРД да подготви батерията, като зададе подходящо ниво на зареждане за всеки тест. Батерията трябва да бъде заредена или разредена, за да се постигне подходящото ниво на заряд за теста, а това отнема време.

За да ни спести цялото това време за подготовка на батериите, можем да използваме програмируем електронен барабанен комплект, който е известен още като барабанен емулатор. Емулаторът на батерията намалява времето за настройка на теста, създава по-сигурна среда за тестване и осигурява по-повтарящи се резултати, отколкото използването на истинска батерия.

По-сигурно тестване

Батериите и особено най-новите литиево-йонни дизайни съхраняват големи количества енергия. Батериите са безопасни при нормални работни условия (температура, скорост на зареждане и разреждане), но по време на тестването могат да възникнат неочаквани условия.

Във фазата на проектиране изпитваното устройство може да не функционира правилно, причинявайки претоварване на батерията или прекомерно разреждане. Или дори по-лошо, тестваното устройство може да се повреди или да премине в неочаквано състояние, което може да изтегли твърде много ток от батерията, причинявайки риск от пожар, експлозия или изтичане на химикали.

По този начин използването на батерии по време на тестване крие определени рискове и може да застраши безопасността.

За разлика от него, емулаторът на батерията е много по-безопасен от истинската батерия. Емулаторите на батерии съдържат електронни защитни вериги - например срещу пренапрежения и свръхток, които могат да прекъснат тест в случай на проблеми. Премахвайки действителните батерии от тестване, неизправно устройство, което се тества, няма да направи батерията източник на опасност.

По-висока повторяемост

Постоянното циклиране на батерията може да доведе до противоречиви резултати от теста и да намали живота на батерията. Когато нивото на зареждане на батерията се подготвя ръчно, е трудно да се гарантира неговата точност. Обикновено това изисква пълно разреждане на батерията и след това я зарежда до желаното ниво. Така батерията се подлага на допълнителни цикли и нейното стареене се ускорява.

Поведението на батерията се променя с напредването на възрастта, така че инженерът за научноизследователска и развойна дейност в крайна сметка няма да знае дали нивото на зареждане на старата батерия ще бъде правилно. Това може да доведе до неточни резултати при тестове, използващи тази батерия.

Емулаторът на батерията осигурява по-последователни и повторяеми резултати от теста, отколкото реалната батерия, премахвайки несигурността, свързана със стареенето на батерията и неточността при определяне на нивото на зареждане.

Използване на захранване за емулиране на батерия

Въпреки че е възможно да се използват захранвания за тези програмируеми батерии, типичното захранване има три характеристики, които го отличават от батерията и го правят неподходящо за този тип емулация.

На първо място, захранването има тенденция да показва много нисък и постоянен изходен импеданс. Второ, нивото на зареждане на захранването е постоянно. И накрая, захранването доставя енергия, докато батерията захранва (докато се разрежда), но също така я абсорбира (докато се зарежда). По този начин разликите между захранването и батерията са основни.

Както виждаме на фигура 1, батерията може да бъде моделирана като 2-квадрантен източник на напрежение заедно със сериен резистор. И изходното напрежение, и съпротивлението са препрограмирани, за да симулират ефектите от нивото на зареждане и стареенето на батерията.

Чрез директна настройка на напрежението и вътрешното съпротивление, емулаторът на батерията може незабавно да представи всяко желано ниво на зареждане, така че вече няма да е необходимо да зареждате или разреждате батерия, за да зададете правилното ниво на зареждане преди тестване. Условията за изпитване, които могат да бъдат опасни в батерията, могат да бъдат симулирани безопасно и повторно, включително прилагане на къси съединения или свръхток, пренапрежения, претоварвания или прекомерни разреждания.

Може би най-сложната част от емулирането на батерията симулира как се променя напрежението според нивото на зареждане. Това съотношение е основен модел на батерии и силно зависи от химията и дизайна на всяка батерия. Изтънчен емулатор на батерия може да е в състояние да приеме модел на разредена батерия (например чрез изпращане на инструкция до емулатора да функционира като батерия с марка Xyz модел 1234A).

Също така, емулаторът на батерията може да приеме таблица със стойности (процент) на нивото на зареждане по отношение на изходното напрежение. В системата за управление на емулатора на батерията той ще контролира колко заряд влиза или излиза от емулатора (кулонов брояч), регулира нивото на зареждане и отчита новото подходящо изходно напрежение въз основа на постоянно актуализираното ниво на зареждане.

Въпреки това, дори без този сложен модел, базиран на управление, барабанният емулатор все още може да функционира правилно. Тъй като промените в напрежението обикновено са бавни, компютърното приложение трябва само да препрограмира изходното напрежение до желаната стойност. Програмираното напрежение може да се увеличава или променя много бавно, като емулира нарастването на напрежението, което се случва, когато батерията се зарежда, или може да се намалява бавно, за да имитира намаляването, което настъпва при разреждането на батерията.

Обобщение

Емулаторът на батерията позволява по-бързи резултати, предлага по-голяма сигурност и осигурява по-последователно тестване от действителните батерии. Keysight Technologies произвежда различни източници на захранване, които могат да се използват като емулатори на батерии, предлагайки 2-квадрантна работа и програмируемо изходно съпротивление. Вижте фигури 2 и 3.