Методы оценки характеристик зарядных устройств
Введение
Зарядные устройства позволяют управлять напряжениями и токами для подзарядки или перезарядки аккумуляторных батарей в соответствии с техническими условиями производителя. Несмотря на простоту концепции, зарядное устройство может потребоваться для изменения выходных характеристик, обнаружения и испытания аккумуляторных батарей как до зарядки, так и в ее процессе. Кроме того, может возникнуть необходимость в обеспечении взаимодействия с аккумуляторной батареей или оборудованием энергоснабжающей компании. Зарядные устройства охватывают все области применения: от простых зарядных устройств, вырабатывающих только постоянный ток (CC), постоянную мощность (CP) или постоянное напряжение (CV), и до сетевых зарядных устройств, характеристики которых изменяются в зависимости от загруженности сети, типа аккумуляторной батареи и ряда дополнительных условий. В настоящих указаниях по применению представлено общее описание всех типов зарядных устройств, а также приводится информация об оптимальном способе оценки характеристик каждого из них.
Зарядные устройства постоянного тока

Зарядные устройства постоянного (стабилизированного) тока, как правило, обеспечивают постоянный уровень выходного сигнала. Например, свинцово-кислотные устройства для непрерывной подзарядки аккумуляторов малым током позволяют вырабатывать только низкоуровневый постоянный ток (CC). Зарядное устройство этого типа может быть проверено с помощью электрической нагрузки с постоянным напряжением (CV) или постоянным сопротивлением (CR).
В редких случаях такое зарядное устройство позволяет вырабатывать либо постоянный ток (CC), либо постоянное напряжение (CV). При этом в качестве электрической нагрузки может быть использована нагрузка с постоянным сопротивлением (CR).
Все нагрузки компании NH Research поддерживают режимы CC, CV, CP и CR, что обеспечивает максимальную гибкость при оценке характеристик зарядных устройств постоянного тока.
Все нагрузки компании NH Research поддерживают режимы CC, CV, CP и CR, что обеспечивает максимальную гибкость при оценке характеристик зарядных устройств постоянного тока.
Пробуждение зарядного устройства
Зарядные устройства аккумуляторных батарей позволяют не вырабатывать выходное напряжение или ток до тех пор, пока не будет обнаружено напряжение батареи и/или пока не будет замкнута цепь внешней блокировки. Зарядное устройство может использовать эти условия в том числе и для определения способа безопасного запуска процедуры зарядки батареи. Профиль зарядки, например, может быть настроен на ожидание достижения приемлемого уровня температуры или содержать дополнительные этапы предварительной зарядки для восстановления глубокого разряженных аккумуляторных батарей.
В этих целях испытательная установка может включать малый источник питания, диоды или реле, требуемые для пробуждения зарядного устройства. Все нагрузки с воздушным охлаждением компании NH Research оснащены цифровыми входами / выходами, позволяющими управлять дополнительными устройствами испытательной установки.
Мы организуем соединения, позволяющие подавать сигнал пробуждения на зарядное устройство или малый источник питания, а также управлять реле/переключателями с целью подключения источника питания к зарядному устройству для его запуска с возможностью последующего отключения.

Зарядные устройства для «испытания» батарей (в процессе зарядки)
Зарядные устройства позволяют выполнять «испытания» в ходе зарядки аккумуляторных батарей путем снижения или даже потребления мощности, вырабатываемой аккумуляторной батареей. Некоторые типы аккумуляторных батарей требуют проведения таких «испытаний» для подтверждения зарядки, снижения внутреннего давления или ресорбирования химических веществ в аккумуляторной батарее. Кроме того, некоторые зарядные устройства позволяют проводить такие «испытания» для обеспечения безопасной зарядки аккумуляторной батареи, определения ее работоспособности или самокалибровки зарядного устройства. Методика «испытания» аккумуляторной батареи с помощью зарядного устройства и ожидаемая картина при работе батареи в штатном режиме определяют подход, используемый при проверке.
Использование нагрузки компании NH Research в сочетании с источником питания и управляющим приложением ПК является высокорентабельным решением для маломощных зарядных устройств (<6 кВт), особенно если зарядное устройство не требует быстрого отклика от сымитированной аккумуляторной батареи. В этом случае ПК изменяет характеристики источника питания и нагрузки для моделирования возрастающего напряжения аккумуляторной батареи при ее зарядке.

ПК может быть запрограммирован на управление источником питания и нагрузкой для эмулирования аккумуляторной батареи во время ее «испытания» зарядным устройством. При этом ПК непрерывно измеряет напряжение и ток, вырабатываемые зарядным устройством и, при необходимости, изменяет параметры источника питания и нагрузки для моделирования характеристик аккумуляторной батареи. Затем эта процедура повторяется для охвата всего имитируемого профиля зарядки.
Для реализации более прямого подхода необходимо понять, почему изменение зарядного тока приводит к изменению напряжения.
Напряжение, присутствующее на клеммах аккумуляторной батареи, немного уменьшается, если зарядный ток снижается или даже реверсируется зарядным устройством.
Аналогичным образом напряжение на клеммах аккумуляторной батареи немного увеличивается при повышении уровня тока, вырабатываемого зарядным устройством. Причиной возникновения обоих явлений является внутреннее сопротивление химического состава аккумуляторной батареи и проводных соединений.

Система тестирования аккумуляторных батарей NHR 9200 поддерживает режим работы, позволяющий задавать последовательное сопротивление (RS) и напряжение разомкнутой цепи без нагрузки (VOCV).
После задания требуемых значений система автоматически изменяет напряжение на выходных клеммах исходя из направления и уровня тока, поступающего в зарядное устройство или вырабатываемого им.
Vбат = Vocv + Rs · Iзаряда

Изменение напряжения выполняется аппаратными средствами, что увеличивает скорость моделирования и упрощает процесс интеграции, а также позволяет выделять вычислительные ресурсы ПК на проведение испытания. При этом зарядное устройство продолжает управлять напряжением и током на клеммах даже при переключении между режимами CC, CP и CV.
Управление выходом зарядного устройства с помощью системы BMS
Как отмечалось выше, зарядное устройство может изменять выходные характеристики для удовлетворения требований производителей в части зарядного тока или для обеспечения правильной зарядки аккумуляторных батарей. Многие современные зарядные устройства непосредственно взаимодействуют с аккумуляторной батареей и/или оборудованием энергоснабжающей компании. Зарядные станции предназначены для передачи потока энергии из автотранспортного средства в сеть (V2G) для стабилизации частоты сети, снижения пикового потребления мощности или временного резервирования.
При этом зарядное устройство взаимодействует с системой управления аккумуляторной батареей (BMS) и позволяет изменять выходные характеристики на основании полученных данных батареи или управляющей информации. Подобный подход применяется в зарядных устройствах всех размеров, включая зарядные устройства для ноутбуков, автомобилей и беспроводных систем передачи энергии. Испытательная станция предназначена для имитации аккумуляторной батареи и оснащена интерфейсами связи, такими как I2C, SMBUSS или CAN, для взаимодействия с испытуемым зарядным устройством.

Изменение выходных характеристик зарядного устройства в зависимости от
загруженности электросети
Выходные характеристики зарядного устройства могут также варьироваться в зависимости от загруженности электросети. Сетевые зарядные устройства могут изменять выходные характеристики, уменьшая зарядный ток, а также приостанавливая или даже задерживая процедуру зарядки. Такие зарядные устройства позволяют взаимодействовать с интеллектуальными электросетями с использованием стандартных протоколов, например SEP (профиль интеллектуальной энергетики).

Энергообмен между автомобилем и электросетью
В настоящее время существует ряд инициатив по использованию автомобилей в качестве местных систем резервного электропитания или для оказания поддержки энергоснабжающей компании в период пикового потребления мощности. При этом зарядное устройство используется в качестве распределенного генератора, который получает питание от аккумуляторной батареи и дополняет электросеть, позволяя устранять проблемы, связанные с кратковременным дефицитом мощности, уходом частоты и другими сбоями в электросети.
Компания NH Research предоставляет программное обеспечение и драйверы устройств с полной документацией, что позволяет добавлять их в измерительные установки для любого из указанных применений. Для получения дополнительной информации или для обсуждения Ваших потребностей в части испытаний зарядных устройств обратитесь в компанию NH Research.

Система тестирования аккумуляторных модулей/батарей 9200

Возможность использования в качестве источника питания или нагрузки, а также для непосредственной имитации аккумуляторной батареи. Диапазон значений мощности: от 12 кВт до 100+ кВ
- Простые зарядные устройства
- Зарядные устройства с функцией обнаружения аккумуляторной батареи
- Зарядные устройства с функциями испытания аккумуляторной батареи
- Продвинутые зарядные устройства
Нагрузки с воздушным охлаждением NHR 4700 и 4760

- Диапазон значений мощности: от 1 кВт до 36 кВт.
- Простые зарядные устройства
- Зарядные устройства с функцией обнаружения аккумуляторной батареи (с дополнительным источником питания)
- Зарядные устройства с функциями тестирования аккумуляторной батареи (в паре с источником питания)
Серия 4700 в каталоге →
Серия 4760 в каталоге →
Нагрузки с воздушным охлаждением NHR 4350

- Диапазон значений мощности: от 150 Вт до 600 Вт
- Простые зарядные устройства
- Зарядные устройства с функцией обнаружения аккумуляторной батареи (с дополнительным источником питания)
- Зарядные устройства с функциями тестирования аккумуляторной батареи (в паре с источником питания)