バッテリーシミュレータ Model A170202

バッテリーシミュレータ
バッテリーシミュレータ
特長
  • マルチチャンネルバッテリーシミュレーション機能
  • バッテリーの状況を再現したカーブを作成可能
  • バッテリーの通常パラメータ設定と初期出力状態カスタマイズを簡単に設定可能
  • 電力回生式システムにより、効率85%、省エネ、エコ、熱エネルギー発生抑止を実現
  • 並列接続機能で大電流ニーズに対応(最大60チャンネル並列)
  • 操作モード:CC/CV/CP  
    • 電力/ch:600W、1.25kW, 2.5kW、5kW、10kW、20kW、30kW、50kW、60kW 
    • 電圧/ch:20V、60V、100V、200V、500V
    • 並列最大電流:2600A
  • 充電/放電を動的にシミュレーション
  • 高精度電圧/電流測定
  • 充電/放電の高速電流切替能力で試験中断なし
  • 充放電モード切替でも、突入電流はほとんどなし
  • 独立したチャンネル保護機能

 バッテリーシミュレータの必要性

車載システムのモータードライブ、OBC、DC/DCコンバータ、エネルギー貯蔵システム内のコンバータ(PCS)、直流駆動製品などはバッテリーと接続され、パワーエレクトロニクス製品として動作しています。しかしそれらの製品の研究開発段階では、サプライヤーのバッテリーもまた研究開発段階で実製品は製造されておらず、さらにはバッテリーの種類が異なれば充放電特性曲線も異なり、それぞれの試験に適した電池を準備しなければなりません。しかもバッテリーは非線形特性を持ち、経年劣化も生じるため、温度の影響、充放電速度、効率等同じ特性を維持してテストを繰り返すことは非常に困難です。

加えてバッテリー充放電には時間がかかるため、出力電圧を変更しコンバータの上下限値をテストすることは容易ではありません。大容量電池は体積、重量が大きく、経年劣化した際の交換には多くのコストがかかるだけでなく、物理的にも電池の損壊や過充電過放電の際に火災の危険があります。実物の大容量バッテリー設置のデメリットをクリアし、多様なバッテリー試験に対応したシステムを構築するにはバッテリーシミュレータによりテストを行われるべきです

電気自動車システムへの応用

CSSシステム構築(独立運転型-DC接続)への応用

 バッテリーシミュレータ/バッテリーシステム/直流電源/直流負荷ラインナップ

直流電源と直流電子負荷をシステムインテグレーションすることで簡易的なバッテリーシミュレータにすることもできますが、電力変換過程において遅延の有無が決め手となります。UUTが双方向製品である場合は17020を、そうでない場合は直流電源と直流電子負荷の組み合わせも可能です。

  17020 直流電源/直流電子負荷
定格電力 >20kW <20kW
定格電圧 20V, 60V, 100V, 200V, 500V 電源: 30V, 40V, 80V, 100V, 300V, 450V, 600V,1000V
負荷: 150V, 600V, 1200V
電圧リップルノイズ (rms) <1%FS (電圧範囲ベース) 8mV~1500mV (電圧範囲ベース)
電流リップルノイズ (rms) <1%FS (電流範囲ベース) 10 mA~270mA (電流範囲ベース)
電流遷移中の中断 中断無 充/放電切換時に中断
バッテリーシミュレータソフトウェア クロマ製 他社or自作
多チャンネル測定 最大8チャンネル 1チャンネル
デュアル出力 1チャンネル当たり2直流出力 1チャンネル当たり1直流出力

 ハードウェアの仕様


電力回生式充放電試験システム(モジュール/パック向) Chroma 17020

 バッテリーシミュレーションの必要項目

バッテリーパックの電圧曲線は内部抵抗に影響を受けます

バッテリーパックは製品に電気エネルギーを供給するための製品ですが、バッテリー容量は充電により容量を回復させる必要があり、正しく充放電させることが必要です。放電時にバッテリーパックの電圧は短時間の間に瞬時に変化しますが、これは主にバッテリーパックの内部抵抗による影響です。

 

バッテリーパック電圧とSOC(充電状態)の関係

バッテリーパックはSOCにより電池の容量を示し、電池の容量はバッテリーパックの出力電圧に対応しています。入力電圧の範囲を明確に判明してからでないと製品設計はできないので、バッテリーパックの出力電圧とバッテリー容量の情報が必要になります。


 

バッテリーパックの動作電圧、100%-0%充放電電圧と保護電圧

アプリケーションによってバッテリーパックの使用エリアが定義されており、例えばEVが定義するバッテリーSOC使用エリアは0〜90%、HEVは20〜70%と定義されています。リチウムバッテリーは事故による危険度が高いため、BMSで過電圧、低電圧(OVP, UVP)を監視、管理しており、通常のバッテリー使用エリア管理では過充電圧、過放電圧、上限動作電圧、下限動作電圧、100%-0%充放電圧の6つの重要電圧ポイントがあります。


 

バッテリーシミュレータソフトパネル

Chromaではマルチチャンネルのバッテリーシミュレータと双方向直流電源制御ソフトウェアを提供しており、簡単にバッテリーシミュレータの機能を使用できます。


 

バッテリーシミュレータパラメータのリアルタイムモニタリング

  • ソフトウェアのマルチチャンネルステータス制御機能
  • リアルタイムのモニタリングには電圧、電流、電力、SOC%、充放電状態と容量が表示可能です

 

バッテリーパラメータ設定と状態シミュレーション

ソフトウェアには4つのバッテリー曲線の読み取り、バッテリーセルの常温、高温、低温時の状態シミュレーション機能を備えています。
  • 曲線の読み込み:斜線、電圧vsSOC曲線、電圧vs容量曲線
  • バッテリー容量と内部抵抗のリアルタイム設定
  • 充放電曲線のオフセット設定

 

電池模組常用參數設定

  • 簡単なでバッテリーセルパラメータをバッテリーモジュールの状態に変更できます
  • バッテリーパックのセル配置:バッテリーセルの直列/並列設定を行います
  • バッテリーパック内部抵抗設定:総バッテリー内部抵抗=バッテリーパック抵抗+他のバッテリー抵抗(PCBA +線材…等)
  • バッテリーパック操作/保護:SOC100%~0%設定、OVP/UVP設定、動作範囲設定SOC 80%~20%

▲ バッテリーパックのセル配置

▲ バッテリーパック内部抵抗設定

 

出力初期状態設定

初期出力状態設定を、バッテリーを満充電状態にするか、SOC50%にするかを簡単に設定でき、実際のバッテリーパックのように充放電時間を待つ必要はありません

  • 初期出力状態:OCV、SOC%、容量
  • 効率(%):充電効率と放電効率をソフトウェアが計算して結果を表示します
  • 予備充電(Pre-charge)電圧シミュレート:バッテリーパック起動時の電圧上昇状態での使用をシミュレーションします

実際の出力バッテリー定電流制限電圧(CC-CV)における受電状態と定電流(CC)放電状態


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