Pruebas de emulación de batería para obtener resultados repetibles y eficientes

¿Cómo podemos probar los dispositivos electrónicos que funcionan con baterías? Si probamos con una batería o un paquete de baterías, estamos trabajando con una fuente de voltaje que no tiene una salida constante. La salida de la batería no es repetible y debe desecharse si es una batería primaria o recargarse si es una batería secundaria.

Podríamos utilizar una fuente de alimentación convencional, pero no podemos garantizar que la electrónica funcione correctamente, especialmente cerca del umbral de bajo voltaje de una batería. Una solución superior es un emulador de batería, una fuente de alimentación que puede emular las características de una batería. El emulador de batería permite realizar pruebas en condiciones controladas y repetibles, que son difíciles de reproducir con una batería. La salida de la batería varía en función tanto del número de ciclos que se ha realizado como de su temperatura interna. Las pruebas pueden ser más rápidas con un emulador de batería ya que, a diferencia de una batería, la fuente de alimentación que emula la batería puede cambiar rápidamente su salida. El emulador de batería es muy importante para probar componentes electrónicos en condiciones realistas.

Oferta de fuentes de alimentación bidireccionales de EA Soluciones de prueba de emulador de batería..

Entonces, ¿qué es un emulador de batería?

Un emulador de batería es una fuente de alimentación con características especiales. Simula la resistencia interna de una batería, lo que permite que el emulador de batería genere un voltaje equivalente al voltaje de la batería cuando alimenta una carga. Además, la fuente de alimentación debe ser bidireccional para generar y absorber energía para emular el ciclo de carga de una batería recargable. Actuar como carga permite probar el circuito de carga de la batería de un dispositivo. Para probar la lógica de protección de un cargador, la fuente de alimentación bidireccional puede simular de forma segura condiciones de sobrecarga y subcarga.

¿Cómo funciona el emulador de batería?

Podemos describirlo, con un modelo simplificado, como una fuente de voltaje variable con una resistencia interna variable, como se muestra en la Figura 1. La fuente de voltaje variable permite una salida de voltaje que representa una celda individual o un paquete de baterías. La salida de voltaje puede ser de unos pocos voltios para una celda de batería o hasta 800 V para un paquete de baterías de vehículo eléctrico (EV). Los niveles de resistencia pueden reflejar la resistencia de las distintas químicas de la batería.

La salida del emulador de batería a una carga es el voltaje en sus terminales, VT = VOC – ILoad·RINT. Dado que la resistencia interna aumenta a medida que se descarga la batería, el emulador de batería puede ajustar la resistencia interna para permitir pruebas en varios estados de la batería. Es importante realizar pruebas a bajo voltaje para que los diseñadores puedan garantizar que el diseño de su circuito no se apague prematuramente, lo que reduce la vida operativa entre cargas y reemplazo de la batería. Además, el apagado puede llegar demasiado tarde, lo que indica una falla inesperada.

Figura 1. Modelo de una batería como fuente CC variable, tensión en circuito abierto, VOC, con resistencia interna variable, RINT.

EA Elektro-Automatik (EA) ofrece una familia de fuentes de alimentación bidireccionales de CC programables que pueden ser un emulador de batería para una celda individual, un módulo o una batería de vehículo eléctrico. La familia consta de más de 60 fuentes de alimentación bidireccionales de CC con niveles de potencia desde 600 W hasta 60 kW. Los modelos incluyen voltajes de hasta 2000 V o capacidad de corriente de hasta 1000 A. Estas fuentes de alimentación están alojadas en gabinetes de bastidor completo con alturas de hasta 6U compactos para los dispositivos de 60 kW. Los sistemas pueden conectarse en paralelo hasta 3.84 MW.

Estas fuentes de alimentación simulan una resistencia interna monitoreando la corriente de carga y reduciendo su salida por el producto de la corriente de carga y la resistencia interna programada. Como fuentes de alimentación bidireccionales, pueden absorber la corriente del cargador y absorber hasta 60 kW. Las fuentes de alimentación de EA son regenerativas y pueden devolver a la red eléctrica hasta un 96.5% de la energía absorbida, líder en el mercado. Por tanto, son muy rentables. Estas fuentes de energía regenerativas mejoran la confiabilidad al reducir la carga de calor en el suministro. De mayor importancia es el ahorro anual en costos de servicios públicos que generan estos dispositivos.

Una ventaja clave de las fuentes de alimentación bidireccionales de EA es su verdadera capacidad de rango automático. Como se muestra en la Figura 2, un suministro de rango automático EA tiene una salida característica que ofrece un amplio rango de salida (o entrada) de corriente. Entregan (o absorben) toda la potencia hasta 1/3 de su voltaje nominal, lo que permite la simulación de una batería que entrega toda la potencia a su carga (o absorbe toda la potencia de un cargador). Para poder suministrar la misma corriente que una verdadera fuente de alimentación EA de rango automático, una fuente de alimentación convencional con una característica de salida rectangular tendría que tener tres veces más potencia. En el caso de la fuente de alimentación de rango automático de 30 kW que se muestra en la Figura 2, la fuente de alimentación convencional tendría que ser una fuente de 90 kW. Se trata de una oferta enorme y de alto coste. Por lo tanto, las fuentes de alimentación EA ofrecen ahorros sustanciales de costos y espacio en comparación con una fuente de alimentación convencional con clasificaciones de voltaje y corriente equivalentes.

Figura 2. Característica de salida (y entrada) de rango automático de una fuente de alimentación bidireccional de la serie EA 10000

Software para completar las pruebas de simulación de batería.

El software EA Battery Simulator combinado con las fuentes de alimentación bidireccionales de la serie 10000 permite la simulación de las características de carga y descarga de las baterías de plomo-ácido y de iones de litio. El software no requiere ninguna codificación. Simplemente ingrese los parámetros de prueba en la interfaz gráfica de usuario que se muestra en la Figura 3. Los parámetros de prueba para simular el estado de una batería incluyen resistencia interna, temperatura de la batería, temperatura ambiente, estado de carga (SOC) y estado de salud (SOH). Estos parámetros caracterizan completamente el estado de la batería.

El software Battery Simulator permite la simulación de paquetes de baterías con combinaciones de celdas en serie y en paralelo, una característica esencial para probar baterías de alta potencia, como las de vehículos eléctricos. Mientras ejecuta ciclos de carga y descarga, el software muestra la respuesta de la batería en tiempo real. El software EA Battery Simulator y las fuentes de alimentación bidireccionales garantizan pruebas automatizadas, repetibles y rentables.

Figura 3. Ventana principal del software EA Battery Simulator para la entrada de parámetros

Maximice la calidad de sus pruebas de emulación de batería

El uso de fuentes de alimentación que emulan baterías permite realizar pruebas realistas, repetibles y de mayor calidad de los circuitos de carga y electrónicos que funcionan con baterías. Cuanto más realista se pueda probar un producto que funciona con baterías o un cargador de baterías, mayores serán las posibilidades de que funcione según las especificaciones.

Para obtener ayuda con un requisito de prueba de emulación de batería, consulte las fuentes de alimentación bidireccionales de CC programables de la serie EA-PSB 10000 en Fuente de alimentación de CC bidireccional y las unidades de energía bidireccionales de la serie industrial PUB de 30 kW y 60 kW de alta potencia en la serie industrial EA-10000. Complete su sistema con el software de simulación de batería EA descrito en Software de simulación y simulador de batería EA. Si desea analizar sus requisitos con un ingeniero de aplicaciones, contáctenos en sales@elektroautomatik.com o llámenos al 1-858-298-3686.