Автоматизированные системы ТЕКО-8300 для испытаний суперконденсаторов и аккумуляторных батарей 28.03.2019

Автоматизированные системы ТЕКО-8300 для испытаний суперконденсаторов и аккумуляторных батарей

 

 

А.Н. Четин к.т.н

Одной из проблем для отечественных производителей суперконденсаторов (ионисторов, ультраконденсаторов, двухслойных электрохимических конденсаторов) является измерение их основных электрических параметров. К ним относятся электрическая емкость (С) и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).

Электрическая емкость суперконденсаторов (СК) достигает значений от единиц до тысяч фарад, что практически исключает возможность применения стандартных средств для прямых методов измерений данного вида параметра. Кроме того, большие значения электрической емкости используются потребителями данных элементов для получения больших значений разрядного тока (до сотен ампер), что является характерным преимуществом СК. Учитывая необходимость выполнения заряда и разряда СК стабильными токами со значениями в сотни ампер, невозможность применения для проверки параметров СК широко применяемых стандартных средств измерения (в том числе стабилизирующих источников электропитания) дополнительно усугубляет вышеупомянутую проблему.

ESR СК также проблематично измерить прямым способом с помощью стандартных средств измерения из-за его малых и сверхмалых значений и их широкого диапазона (от сотых долей единиц миллиом до сотен ом), а также одновременного протекания в цепи с его последовательным включением больших значений тока заряда (разряда) СК.

В связи с вышеизложенным для определения основных параметров СК (C и ESR) используются косвенные методы в соответствии с [1], заключающиеся в прямых измерениях значений ряда вспомогательных параметров: напряжения и тока, а также вычислении необходимых по методу временных интервалов. Учитывая необходимость реализации ряда квазиодновременных процессов (измерительных, вычислительных, управления и контроля) эти методы поддерживаются исключительно с применением специальной тестовой аппаратуры – автоматизированных испытательных систем (АИС). В качестве таковых предлагается рассмотреть возможности автоматизированных измерительных систем серии ТЕКО-8300, разработанных и производимых АО «ТЕСТПРИБОР».

Измерительные системы серии ТЕК0-8300 являются специализированным оборудованием для испытаний СК и модулей в виде набора СК в процессе их разработки и производства, способны определять С и ESR, а также ресурс СК.

Системы ТЕКО-8300 обеспечивают автоматическое управление процессами измерения, вычисления и анализа полученных данных, формирования заданных видов и форматов отчетности (документирования), а также отображением результатов испытаний.

Все системы ТЕК0-8300 внесены в Гос реестр СИ РФ.

Определение электрической ёмкости (С) и эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) модулей суперконденсаторов

 

Метод определения автоматизированных измерительных систем серии ТЕК0-8300 вышеупомянутых параметров модулей суперконденсаторов соответствует требованиям, установленным в IEC 62391-1.

В процессе измерения (см. рис.1) модуль СК заряжается и разряжается стабилизированным постоянным током со значением, заданным пользователем, при этом регистрируются значения напряжения, тока заряда/разряда и время.

Программное обеспечение измерительных систем автоматически вычисляет значения С и ESR модуля СК формулам, приведенным на рис.1.

Системы ТЕКО-8300

Определение ресурса модулей суперконденсаторов методом заряда-разряда

 

Метод определения ресурса модулей СК с помощью измерительных систем серии ТЕК0-8300 заключается в последовательном проведении циклов их заряда до номинального значения напряжения и последующего разряда до минимального значения напряжения. Количество циклов зада­ётся пользователем. В процессе испытаний автоматизированная измерительная система серии ТЕК0-8300 может измерять С и ESR модуля СК.

Основные технические характеристики автоматизированных измерительных систем серии ТЕК0-8300

Наименование характеристики

Система
8300-5/100

Система
8300-5/300

Система
8300-80/500

Количество выходных каналов

1

6

1

Номинальная мощность, кВт

0,5

9

40

Диапазон выходного напряжения, В

от 0 до 5

от 0 до 5

от 0 до 80

Максимальное отклонение выходного напряжения, В

±(0,002∙Umax + 0,01)

±(0,002∙Umax + 0,01)

±(0,005∙Umax)

Погрешность измерения напряжения (приведённая)

-

-

0,1%

Погрешность измерения напряжения (относительная)

0,1% + 0,01

0,1% + 0,01

-

Диапазон выходного тока, А

от 0 до 100

от 0 до 300

от 0 до 500

Максимальное отклонение выходного тока, А

±(0,002∙Imax + 0,15)

±(0,002∙Imax + 0,6)

±(0,008∙Imax)

Погрешность измерения тока (приведённая)

-

-

0,15%

Погрешность измерения тока (относительная)

0,1% + 0,15

0,1% + 0,6

-

Диапазон измерения C, Ф

от 0 до 10 000

от 0 до 10 000

от 0 до 990 000

Погрешность измерения C (приведённая)

0,1%

0,1%

0,1%

Диапазон измерения ESR, мОм

от 0 до 30

от 0 до 30

от 10 мкОм до 160 Ом

Погрешность измерения ESR (приведённая)

0,1%

0,1%

0,1%

Напряжение питания, В

220 ± 10%

220 ± 10%

380 ± 15% (L1,L2,L3,N,PE)

Интерфейс

LAN

LAN

LAN

 

Направления и варианты применения автоматизированных измерительных систем серии ТЕК0-8300

 

Основным направлением применения измерительных систем серии ТЕК0-8300, послужившим причиной их создания, является испытание суперконденсаторов и модулей суперконденсаторов, основанное на определении c высокой точностью значений их основных электрических характеристик – С и ESR как в соответствии с методами, установленными в IEC 62391-1, так и с возможностью изменения условий испытаний.

Одноканальная автоматизированная измерительная система ТЕК0-8300-5/100 обеспечивает определение параметров одного СК (модуля СК) со значением ёмкости до 10 тысяч фарад. Номинальное значение выходной мощности системы – 500 Вт при максимальных значениях напряжения – 5 В и тока – 100 А.

Шестиканальная автоматизированная измерительная система ТЕК0-8300-5/300 позволяет одновременно определять значения параметров до шести СК (модулей СК) со значением ёмкости до 10 тысяч фарад каждый. Номинальное значение выходной мощности каждого канала системы – 1,5 кВт при максимальных значениях канального напряжения – 5 В и тока – 300 А. Большой диапазон значений канального тока дает возможность измерительной системе ТЕК0-8300-5/300 проводить определение значений параметров СК (модулей СК) за до­статочно короткие временные интервалы.

Одноканальная автоматизированная измерительная система ТЕК0-8300-80/500 предназначена для проверки СК (модулей СК) со значениями ёмкости до сотен тысяч фарад. Номинальное значение выходной мощности системы – 40 кВт при максимальных значениях напряжения – 80 В и тока – 500 А.

Программное обеспечение (ПО) всех вариантов измерительных систем обеспечивает отображение на мониторе управляющего ПК в режиме реального времени текущие значения напряжения и тока как в числовом, так и в графическом видах, а также позволяет экспортировать результаты измерений в виде таблиц Excel и рисунков.

Другим направлением применения измерительных систем ТЕК0-8300 является поддержка проведения испытаний щелочных аккумуляторов и литий-ионных аккумуляторных батарей при их разработке и серийном производстве.

В связи с наличием у данных систем возможности обеспечения достаточно высоких значений токов заряда и разряда накопителей электроэнергии, они являются наиболее оптимальными для предприятий, разрабатывающих и серийно производящих аккумуляторные батареи для электротранспорта (электромобилей, электробусов и т.п.).

Возможна доработка ПО под требования заказчика, что позволяет дополнительно к вышеприведенным функциям и характеристикам расширить возможности применения автоматизированных измерительных систем ТЕК0-8300, например, для имитации функционирования аккумуляторной батарей (АБ) в составе объекта ее применения (традиционный автомобиль, гибридный автомобиль, электромобиль и т.п.). При этом может быть реализован следующий функционал при работе АБ:

  • разряд АБ по кривой, имитирующей пуск стартера;
  • имитация потребления электроэнергии элементами автомобиля;
  • процесс подзаряда АБ от генератора автомобиля;
  • торможение автомобиля с рекуперацией электроэнергии в АБ.

По всем интересующим Вас вопросам о возможностях автоматизированных измерительных систем серии ТЕК0-8300, пожалуйста, обращайтесь к специалистам АО «ТЕСТПРИБОР».

АО «ТЕСТПРИБОР»
телефон/факс: (495) 657-87-37

www.test-expert.ru

Литература

1. IEC 62391-1 Ed. 2.0 b:2015 Fixed electric double-layer capacitors for use in electric and electronic equipment - Part 1: Generic specification