У нашому мобільному світі все більше пристроїв скидають кабелі та працюють від акумуляторів. Завдяки збільшеній щільності заряду акумулятора та вдосконаленим технологіям управління живленням, навіть найбільш споживані пристрої мають версії від батареї. Від крихітних акумуляторів енергії до всюдисущих смартфонів, від побутової техніки до електромобілів - ми знаходимо батареї будь-якого типу та розміру.

батарей

Однак під час повсякденних випробувань інженери НДДКР не можуть покладатися на батареї при розробці цих пристроїв, що працюють від акумуляторів. Як використовуючи лише акумулятори, як інженер може перевірити конструкцію пристрою, що працює від акумуляторів, з різним рівнем заряду? Для цього вам потрібно мати комплект акумуляторів, усі вони попередньо налаштовані з різним рівнем заряду. Після використання для тестування кожен акумулятор із певним зарядом повинен бути відновлений до рівня, який відповідає рівню заряду, перш ніж його можна буде використовувати знову. І хоча це можна було б зробити, це було б вкрай недоцільно.

Натомість тести можна проводити з однією справжньою батареєю, але для цього потрібно, щоб інженер-дослідник підготував батарею, встановивши відповідний рівень заряду для кожного тесту. Акумулятор потрібно зарядити або розрядити, щоб досягти відповідного рівня заряду для тесту, а це вимагає часу.

Щоб заощадити весь цей час підготовки акумуляторів, ми можемо використовувати програмований електронний ударний набір, який також відомий як барабанний емулятор. Емулятор акумулятора скорочує час налаштування тесту, створює більш безпечне тестове середовище та пропонує більше повторюваних результатів, ніж використання справжньої батареї.

Більш безпечне тестування

Батареї, і особливо останні літій-іонні конструкції, зберігають велику кількість енергії. Акумулятори безпечні в нормальних робочих умовах (температура, швидкість заряду та розряду), але під час тестування можуть виникнути несподівані умови.

На етапі проектування випробовуваний пристрій може працювати неправильно, спричиняючи перевантаження батареї або надмірний розряд. Або ще гірше, що випробовуваний пристрій може вийти з ладу або перейти в несподіваний стан, що може призвести до занадто великого струму від акумулятора, що спричинить ризик пожежі, вибуху або витоку хімічних речовин.

Таким чином, використання акумуляторів під час тестування несе певні ризики та може порушити безпеку.

Навпаки, емулятор акумулятора набагато безпечніший, ніж справжній акумулятор. Емулятори акумуляторів містять електронні схеми захисту - наприклад, від перенапруг і перенапруг - які можуть перервати тест у разі проблем. Вилучивши фактичні батареї з тестування, випробуваний пристрій не зробить акумулятор джерелом небезпеки.

Вища повторюваність

Постійне циклічне заряджання акумулятора може привести до суперечливих результатів тестування та зменшити час автономної роботи. Коли рівень заряду акумулятора готується вручну, важко гарантувати його точність. Зазвичай для цього потрібно повністю розрядити акумулятор, а потім зарядити його до потрібного рівня. Таким чином, акумулятор піддається додатковим циклам, і його старіння прискорюється.

Поведінка акумулятора змінюється зі старінням, тому інженер-дослідник не знатиме, чи буде рівень заряду старої батареї правильним. Це може призвести до неточних результатів тестів із використанням цієї батареї.

Емулятор акумулятора забезпечує більш послідовні та повторювані результати тесту, ніж справжня батарея, усуваючи невизначеності, пов'язані зі старінням батареї та неточністю у визначенні рівня заряду.

Використання джерела живлення для емуляції акумулятора

Хоча можна використовувати джерела живлення для цих програмованих батарей, типовий блок живлення має три характеристики, які відрізняють його від акумулятора і роблять його непридатним для цього типу емуляції.

Перш за все, джерело живлення має тенденцію демонструвати дуже низький і постійний вихідний опір. По-друге, рівень заряду джерела живлення постійний. Нарешті, джерело живлення забезпечує живлення, тоді як акумулятор подає живлення (під час розрядки), але також поглинає його (під час зарядки). Таким чином, відмінності між джерелом живлення та акумулятором є принциповими.

Як ми бачимо на малюнку 1, акумулятор може бути змодельований як 2-квадрантне джерело напруги разом із послідовним резистором. І вихідна напруга, і опір перепрограмовані для імітації впливу рівня заряду та старіння акумулятора.

Безпосередньо встановлюючи напругу та внутрішній опір, емулятор батареї може миттєво представляти будь-який бажаний рівень заряду, тому більше не потрібно буде заряджати або розряджати акумулятор, щоб встановити правильний рівень заряду перед тестуванням. Умови випробувань, які можуть бути небезпечними для акумулятора, можуть бути змодельовані безпечно та повторювано, включаючи застосування коротких замикань або перевантаження по струму, стрибків напруги, перевантажень або надмірних розрядів.

Мабуть, найскладніша частина емуляції акумулятора - це імітація того, як змінюється напруга відповідно до рівня заряду. Це співвідношення є базовою моделлю акумуляторів і сильно залежить від хімії та конструкції кожної батареї. Складний емулятор батареї може прийняти модель розрядженого акумулятора (наприклад, надіславши інструкцію емулятору функціонувати, як модель акумулятора марки Xyz 1234A).

Також емулятор акумулятора може приймати таблицю значень (відсотків) рівня заряду щодо вихідної напруги. У системі управління емулятором акумулятора він буде контролювати, скільки заряду надходить або виходить з емулятора (кулонівський лічильник), регулює рівень заряду і зчитує нову відповідну вихідну напругу на основі постійно оновлюваного рівня заряду.

Однак навіть без цього складного управління на основі моделі барабанний емулятор все одно може нормально функціонувати. Оскільки зміни напруги зазвичай повільні, програма для ПК повинна лише перепрограмувати вихідну напругу до бажаного значення. Запрограмована напруга може бути збільшена або змінена дуже повільно, імітуючи збільшення напруги, що виникає при заряді батареї, або її можна повільно зменшувати, щоб імітувати зменшення, яке відбувається при розряді акумулятора.

Резюме

Емулятор акумулятора забезпечує швидші результати, забезпечує більший рівень безпеки та забезпечує більш послідовне тестування, ніж справжні акумулятори. Keysight Technologies виробляє різноманітні джерела живлення, які можна використовувати як батарейні емулятори, пропонуючи 2-квадрантну роботу та програмований вихідний опір. Див. Малюнки 2 та 3.