選擇正確的設(shè)備監(jiān)測電池溫度

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在當(dāng)今信息時代，幾乎所有的便攜式電子產(chǎn)品都采用電池供電。 電池還可以充當(dāng)大型場所的備用應(yīng)急電源。 此外，純電動汽車也在使用大型串、并聯(lián)電池包，來提供充足的功率，滿足性能要求。

電池包需要達(dá)到足夠的功率密度（W/kg）， 才能分配充分的電流來實現(xiàn)電動汽車的加速指標(biāo)。 同時， 高功率密度 （Wh/kg），才能實現(xiàn)更長的續(xù)航時間或續(xù)航里程。

監(jiān)控電池溫度為什么很重要？

當(dāng)今的大多數(shù)充電電池都屬于鋰電池，它們的工作溫度范圍為 15 °C 到 35 °C，在這個溫度范圍內(nèi)性能最高，容量最大。

如果在低于 15 °C 的環(huán)境溫度下使用電池，電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)速度會下降，電池的性能隨之降低、電量下降。

如果在超過 35 °C 的環(huán)境溫度下使用電池或電池包，電池老化速度會逐漸加快。 您可能會遇到電池續(xù)航時間縮短、溫度分布不均導(dǎo)致的不均勻老化、安全風(fēng)險增加等問題，導(dǎo)致生命周期的成本上升。 溫度太高的話，電池甚至可能會脹裂并造成泄漏、冒煙、起火甚至是爆炸。

圖 1. 功率圖顯示電池或電池包在溫度范圍內(nèi)的功率極限值（來源：Kandler Smith，NREL 里程碑報告，2008 年）。

什么時候使用數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)監(jiān)測電池溫度

數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)是測量單個對象或多個對象的溫度時最常用的一種儀器。 DAQ 系統(tǒng)可以監(jiān)控產(chǎn)品電池系統(tǒng)中多個點的溫度。 通常情況下，您會首先對設(shè)計模塊進(jìn)行功能測試， 進(jìn)一步， 集成的數(shù)個功能模塊， 進(jìn)行開發(fā)階段的測試。 對電池包和系統(tǒng)進(jìn)行的實驗性測試， 通常是在早期產(chǎn)品設(shè)計階段， 使用幾種常見的研發(fā)實驗室用儀器完成。

DAQ 系統(tǒng)可用于：監(jiān)控產(chǎn)品電池系統(tǒng)多個點的溫度； 使用直流電源為電池系統(tǒng)充電，和使用直流電子負(fù)載對電池系統(tǒng)放電。

下面的圖 2 展示了一個使用 DAQ 系統(tǒng)的常見實驗室測試裝置。 如果您恰好擁有既能供電、又能吸收電流的雙向直流電源，那么您可以用它同時代替單獨的直流電源和直流電子負(fù)載。

圖 2. 實驗室測試裝置使用 DAQ、直流電源和直流電子負(fù)載對產(chǎn)品電池系統(tǒng)進(jìn)行測試。

下面的圖 3 展示了一個在 PC 上運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集軟件示例，該軟件可以與 DAQ 硬件緊密配合，提高工作效率。 使用這樣的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件，您可以快速設(shè)置并執(zhí)行測試，更快獲得測試結(jié)果。 部分 PC 數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件允許您通過圖形界面構(gòu)建自動化測試，能夠顯著縮短測試開發(fā)時間。 這樣的軟件基本上支持通過圖形界面直觀地完成儀器設(shè)置和生成測量序列，并且能與多個儀器互相配合，幫助您創(chuàng)建自己的完整自動化測試。

圖 3. Keysight PathWave BenchVue PC 數(shù)據(jù)采集軟件的圖形界面。

圖 3 展示了一個在電腦上運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集軟件示例，該軟件能夠：

?使用不同的電電流和功率進(jìn)行充電， 并使用電子負(fù)載進(jìn)行放電，同時監(jiān)控電池系統(tǒng)的溫度和特性，以此來測試產(chǎn)品中的電池管理系統(tǒng)。

?執(zhí)行多點溫度測量，從而評估電芯之間的溫度波動和分布。

?設(shè)置警報觸發(fā)器，從而監(jiān)控溫度、電壓或電流是否超出了可接受的閾值范圍。

什么時候使用專門的電池測試系統(tǒng)來監(jiān)測電池溫度

在臺式測試儀器上采取快速靈活方法進(jìn)行測試，可以很好地幫助您快速診斷故障并驗證電池系統(tǒng)設(shè)計。 然而，如果您需要運(yùn)行全面可靠的電池測試， 以便達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性和一致性測試要求， 請使用包含專用集成化電池控制及測試軟件的專用電池測試系統(tǒng)。

要想對電池系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)可靠的測試，無論這個系統(tǒng)是電芯、模組還是電池包，您都需要一套配置齊全的專用電池測試系統(tǒng)。 一套好的電池測試系統(tǒng)可以運(yùn)行定制的性能測試、功能測試、老化測試和環(huán)境測試。

下面的圖 4 展示了一個專用電池測試系統(tǒng)示例，該系統(tǒng)可以從單獨的解決方案擴(kuò)展為完全綜合的測試系統(tǒng)和即時可用的測試實驗室。

圖 4. Keysight Scienlab SL100XA 系列電池測試系統(tǒng)。

例如，圖 4 中所示的電池包測試系統(tǒng)可以擴(kuò)展至最高 1000 V、± 2400 A 和 ± 360 kW。 出色的可擴(kuò)展性能夠極大地保護(hù)您的測試硬件投資。 電池測試系統(tǒng)還必須足夠靈活和經(jīng)濟(jì)適用，滿足各種儲能應(yīng)用的需求，包括汽車運(yùn)輸、工業(yè)以及其他大型場所中的使用場景。

一個優(yōu)秀的電池測試系統(tǒng)應(yīng)配有適用于被測器件（DUT）的綜合測試環(huán)境，例如溫度測試箱和氣候測試箱、用于 DUT 的調(diào)節(jié)設(shè)施、以及標(biāo)準(zhǔn)化的連接系統(tǒng)，以便輕松集成到 DUT 上。 此外，系統(tǒng)還必須內(nèi)置安全和安保機(jī)制，這樣可以幫助您規(guī)避潛在的危險。

為了控制單個或多個被測電芯、 模組和電池包，以完成綜合電池測試，您還需要使用一個中央電池測試系統(tǒng)軟件。 一個優(yōu)秀的、基于互聯(lián)網(wǎng)的中央電池測試系統(tǒng)軟件還能夠：

?監(jiān)控測試環(huán)境中的所有組件

?使用預(yù)先定義的測試標(biāo)準(zhǔn)， 定制專用的測試步驟

?執(zhí)行測試測量并記錄數(shù)據(jù)，并通過時間戳功能支持您進(jìn)行同步分析

?提供強(qiáng)大的測量數(shù)據(jù)顯示功能

最后，中央電池測試系統(tǒng)軟件還應(yīng)當(dāng)能夠執(zhí)行驗證測試，滿足各種標(biāo)準(zhǔn)組織――如國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)歐洲標(biāo)準(zhǔn)（DIN EN）和汽車工程師學(xué)會（SAE）――的合規(guī)要求。

總結(jié)

在電池系統(tǒng)的整個產(chǎn)品生命周期中，都需要對電池溫度進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。 在產(chǎn)品生命周期的早期階段，工程師可以使用臺式儀器（如 DAQ）配合電流輸入、輸出直流電源一起， 快速診斷電池系統(tǒng)的故障和執(zhí)行電池系統(tǒng)設(shè)計驗證。 在產(chǎn)品生命周期的表征和驗證階段，則必須采用專門的電池測試解決方案，它可以幫助工程師獲得全面、可靠和數(shù)量可擴(kuò)展的測試解決方案。