普源精電直流電子負(fù)載在燃料電池電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用案例

面對(duì)能源消耗和應(yīng)對(duì)氣候變化問題等多重挑戰(zhàn)，世界主要國(guó)家都把發(fā)展燃料電池汽車提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。儲(chǔ)能系統(tǒng)(Energy Storage Systems, ESS)是燃料電池電動(dòng)汽車(Fuel Cell Electric Vehicle , FCEV)的關(guān)鍵部件。普源精電（RIGOL）助力MIT Electric Vehicle Team（EVT），圍繞燃料電池電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)研發(fā)、測(cè)試開展深度合作。

MIT Electric Vehicle Team

Electric Vehicle Team（EVT）是麻省理工學(xué)院的一個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)，致力于研究電動(dòng)汽車和交通系統(tǒng)的未來。他們目前的研究重點(diǎn)是氫能源，正在制造一輛完全開源的氫燃料電池驅(qū)動(dòng)摩托車，計(jì)劃在2024年的世界氫能峰會(huì)上展示。EVT關(guān)注于關(guān)鍵研究領(lǐng)域，包括氫燃料電池技術(shù)、存儲(chǔ)和生產(chǎn)，動(dòng)力存儲(chǔ)，動(dòng)力系統(tǒng)、電機(jī)和電機(jī)控制。他們還在電子設(shè)計(jì)和氣候行動(dòng)領(lǐng)域開展了多項(xiàng)社區(qū)教育計(jì)劃。

目前，EVT在正在進(jìn)行一款氫動(dòng)力摩托車的設(shè)計(jì)開發(fā)項(xiàng)目，其中儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作在摩托車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是相當(dāng)重要的一環(huán)，該系統(tǒng)中的鋰電池用于在再生制動(dòng)時(shí)吸收動(dòng)力，同時(shí)也提供加速時(shí)所需的動(dòng)力。在保持必要的安全標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，開發(fā)安全可靠的電動(dòng)摩托車并完成性能測(cè)試的過程中存在許多挑戰(zhàn)，摩托車的電氣系統(tǒng)總是需要適當(dāng)?shù)臏y(cè)試和驗(yàn)證，因此需要可靠精準(zhǔn)的測(cè)試工具來設(shè)計(jì)、調(diào)試和驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

▲燃料電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)

客戶案例

儲(chǔ)能系統(tǒng)電池測(cè)試

儲(chǔ)能系統(tǒng)電池組采用多個(gè) SPIM08HP 電池組成，電壓為50V 32Ah。這些電池是大電流、低內(nèi)阻的鋰離子袋裝電池，能夠提供和吸收大電流。設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)電池進(jìn)行多方面的性能測(cè)試，其中包括mΩ量級(jí)的電池內(nèi)阻測(cè)量，用以衡量電池在負(fù)載下產(chǎn)生的熱功率，這對(duì)電動(dòng)汽車和其他需要大電流的系統(tǒng)而言尤其重要。EVT本次選擇了普源精電的直流電子負(fù)載完成這一部分的測(cè)量工作。

▲電池組示意圖

常規(guī)測(cè)試方案：

進(jìn)行待測(cè)電池內(nèi)阻測(cè)量時(shí)，獲得電池電壓的準(zhǔn)確讀數(shù)非常重要，同時(shí)也要盡可能地消除讀數(shù)中的噪音。常規(guī)測(cè)試方案是將電池連接到直流電子負(fù)載，輸出額定電流（取決于電池?cái)?shù)據(jù)表）時(shí)，使用數(shù)字示波器（最好搭配差分探頭）讀取電池工作狀態(tài)下的電壓降，從而計(jì)算出電池的內(nèi)阻值。

▲測(cè)量電池內(nèi)阻的測(cè)試裝置圖

通過示波器呈現(xiàn)的放電曲線結(jié)果可以清晰知道電池在工作狀態(tài)下的電壓變化情況，根據(jù)圖像計(jì)算得到電池的等效內(nèi)阻。圖像包含三個(gè)階段，分別表示開路電壓的平坦區(qū)域，即電池沒有電流流過時(shí)的電壓；由于內(nèi)阻導(dǎo)致電壓急劇下降的區(qū)域；由于電池放電，電壓緩慢衰減的區(qū)域。

▲典型電池電壓變化曲線

新測(cè)試方案：

普源精電DL3031電子負(fù)載配備了S1501 Ultra Load 軟件來實(shí)現(xiàn)配置、顯示和存儲(chǔ)等功能，使得EVT的SPIM08HP鋰離子電池測(cè)試能夠使用新的測(cè)試方案：僅靠DL3031A可編程直流電子負(fù)載便完成電池內(nèi)阻的測(cè)試，減少了數(shù)字示波器的使用，大大降低實(shí)驗(yàn)室測(cè)試成本的同時(shí)提高測(cè)試效率。不僅如此，DL3031A電子負(fù)載的電壓回讀分辨率達(dá)0.1mV，能夠很好地滿足該項(xiàng)目的測(cè)試精度需求。

▲工作臺(tái)設(shè)置：電池連接到直流電子負(fù)載，負(fù)載通過USB連接到運(yùn)行UltraLoad軟件的PC

通過電子負(fù)載回讀得到的放電曲線圖中，可以非常清晰地看到平緩的開路電壓部分、初始電壓下降部分以及放電衰減部分。通過下圖測(cè)試所得放電曲線，可以很容易地讀出這些電壓，進(jìn)行計(jì)算即可確定電池內(nèi)阻。

▲20A工作電流下的電池放電曲線

▲電池放電曲線圖及20A電流曲線圖

在得到了電池的內(nèi)阻數(shù)據(jù)后，MIT團(tuán)隊(duì)根據(jù)摩托車對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求完善了電池組的電池單元組裝設(shè)計(jì)，并總結(jié)出了最終的電池模型設(shè)計(jì)方案。

正是有了 RIGOL Technologies 的支持以及與他們工程師的合作，我們才能開展電池系統(tǒng)和教育方面的工作。它使我們的團(tuán)隊(duì)能夠向我們的學(xué)生和成員傳授嚴(yán)格、穩(wěn)健的電子設(shè)計(jì)和測(cè)試細(xì)節(jié)，同時(shí)也使我們能夠向麻省理工學(xué)院和劍橋社區(qū)提供專業(yè)測(cè)試設(shè)備。他們的支持使我們能夠加深理解，同時(shí)提供資源讓其他人也能這樣做。

——MIT Electric Vehicle Team

DL3000系列

可編程直流電子負(fù)載

DL3000系列是一款高性價(jià)比、經(jīng)濟(jì)型的可編程直流電子負(fù)載，它擁有友好的人機(jī)交互界面和優(yōu)異的性能指標(biāo)，提供多種遠(yuǎn)程通信接口，能滿足多樣化的測(cè)試需求，為設(shè)計(jì)和測(cè)試提供多種解決方案，廣泛應(yīng)用于汽車電子和燃料電池等行業(yè)。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

DL3021/DL3021A：?jiǎn)瓮ǖ溃?a target="_blank">DC150V/40A，最大總功率達(dá)200W

DL3031/DL3031A：?jiǎn)瓮ǖ溃珼C150V/60A，最大總功率達(dá)350W

高達(dá)30 kHz動(dòng)態(tài)模式

可調(diào)電流上升速度0.001A/μs ~ 5A/μs

最小回讀分辨率0.1mV，0.1mA

4.3英寸TFT液晶顯示屏，可同時(shí)顯示多個(gè)參數(shù)和狀態(tài)

電池測(cè)試功能、過電流保護(hù)測(cè)試、過功率保護(hù)測(cè)試、工廠測(cè)試功能等

一直以來，普源精電專注于電子設(shè)計(jì)、測(cè)試、生產(chǎn)、優(yōu)化，提供為滿足客戶需求的廣泛解決方案及產(chǎn)品組合，并通過強(qiáng)化在硬件、算法及軟件方面的技術(shù)實(shí)力，緊密對(duì)接客戶需求和市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，持續(xù)探索提升產(chǎn)品應(yīng)用的行業(yè)覆蓋性。公司持續(xù)聚焦客戶應(yīng)用，圍繞通信、新能源、半導(dǎo)體等前沿科技賽道，加強(qiáng)高端產(chǎn)品和解決方案的部署，形成從技術(shù)到產(chǎn)品、從時(shí)域到頻域、從通信到新能源半導(dǎo)體的全方位解決能力，為客戶解決測(cè)試挑戰(zhàn)和創(chuàng)造核心價(jià)值。