Messung der Hilfsspannung

Einführung

Das Arbin-Hilfsspannungseingangsmodul ermöglicht eine präzise, hochauflösende Spannungsüberwachung für Batterietestanwendungen, die Messungen über die Standard-I/V-Kanäle hinaus erfordern. Typische Anwendungsfälle sind die Überwachung einzelner Zell- oder Modulspannungen innerhalb eines größeren Packs, die Messung von Referenzelektroden in Dreielektrodenzellen oder der Vergleich von BMS-Daten mit direkt gemessenen Werten.

Jedes Modul unterstützt 8 unabhängige Kanäle mit einem Eingangsbereich von ±5 V, einer extrem hohen Eingangsimpedanz (100 GΩ) und einer Auflösung von 24 Bit. Die Messgenauigkeit beträgt ±0,05% des Messbereichsendwerts. Weitere Spannungsbereiche (±10 V, ±25 V, ±50 V, ±100 V) sind auf Anfrage erhältlich.

Das Modul zeichnet sich durch eine hohe Gleichtaktisolierung an allen Eingangskanälen aus, so dass Signale unabhängig voneinander schweben oder auf verschiedene Massen referenziert werden können. Dieses Design ermöglicht einen sicheren Betrieb in gestapelten Zellkonfigurationen, Floating-Referenz-Setups oder Systemen, bei denen die Eingänge für die Differenzspannungsüberwachung in Reihe geschaltet werden müssen. Jeder Kanal ist elektrisch isoliert und kann Signale mit einer Gleichtaktspannung von bis zu 500 V sicher aufnehmen.

Alle Hilfsspannungsdaten werden synchron mit den Haupt-I/V-Kanälen in der MITS-Software von Arbin aufgezeichnet und können für Sicherheitsschwellenwerte, Teststeuerung und dynamische Stufenübergänge verwendet werden. Die Kanäle können flexibel in Eins-zu-Eins-, Eins-zu-Vielen- oder Viele-zu-Eins-Konfigurationen relativ zu den Hauptlade-/Entladekanälen zugeordnet werden.

Zu den kompatiblen Kabeloptionen gehören Blankdraht, Bananenstecker oder Krokodilklemmen. Das Modul wird über 2-polige Standard-Phoenix-Stecker angeschlossen und lässt sich über Plug-and-Play-Zusatzgehäuse problemlos in neue oder ältere Arbin-Systeme integrieren.

Referenzelektroden

Bei der Erforschung von Batteriematerialien ermöglicht die Verwendung einer Referenzelektrode (RE) den Forschern, den Beitrag der einzelnen Komponenten der Zelle zu ihrer Gesamtleistung zu messen und zu differenzieren. Mit Hilfe von Drei-Elektroden-Experimenten lässt sich feststellen, welche Elektrode (Anode oder Kathode) die Leistung der Zelle bei Langzeittests begrenzt. Es ist wichtig zu ermitteln, wie jede einzelne Elektrode unter verschiedenen Testbedingungen zur Zelldegradation beiträgt, anstatt blind mit einer oder beiden zu experimentieren.

Spannungen der Zellen/Module

Batteriepacks und -module, unabhängig von ihrer Größe, bestehen aus mehreren Zellen und im Falle von Packs aus Modulen. Die Anzahl der Zellen oder Module und ihre Reihen-/Parallelschaltung können sehr unterschiedlich sein, aber die Notwendigkeit, die Spannungen dieser kleineren Komponenten zu überwachen, ist immer gegeben. Es ist wichtig, dass die Spannung mehrerer Zellen/Module gleichmäßig bleibt, da sie sonst ausfallen können, wenn sie unausgeglichen werden (ungleichmäßige Spannung). Die meisten Batteriepacks und Module enthalten ein Batteriemanagementsystem (BMS), das die Module und Zellen im Gleichgewicht hält.

Verfügbare Optionen

• -5 V bis 5 V
• -10 V bis 10 V
• -25 V bis 25 V
• -50 V bis 50 V
• -100 V bis 100 V

Die Anzahl der Hilfsspannungseingänge wird in Vielfachen von 8 angeboten, und Arbin kann 8~512 Eingänge liefern. Bitte sprechen Sie mit einem Arbin-Vertriebsingenieur, wenn Sie mehr als 512 Eingänge benötigen.

Mapping-Flexibilität

Die Hilfsspannungseingänge von Arbin können vom Benutzer flexibel mit den Hauptkanälen für die Ladung/Entladung verknüpft werden. Sie können als 1:1, 1:viele, viele:1 und alles dazwischen zugewiesen werden.

Spezifikationen

Hinweis: Zusatzdaten werden mit derselben Rate wie die Daten des Haupt-I/V-Kanals aufgezeichnet und mit den Daten des Haupt-I/V-Kanals auf der Grundlage der Prüfplaneinstellung synchronisiert.

Hardware-Abbildungen

Die "auxV"-Module können zu jedem Arbin-Prüfsystem hinzugefügt werden, allerdings kann es bei einigen älteren Modellen eine Altersbeschränkung geben. Arbin stellt eine kleine Zusatzbox (in verschiedenen Größen) zur Verfügung, die die Eingänge enthält und durch Plug-and-Play mit dem bestehenden Arbin-System vernetzt werden kann. 

Abbildung 1: Arbin-Hilfsfahrwerk

Abbildung 2: Beispiel einer TCP/IP-Verbindung zum Arbin-Hauptsystem

Abbildung des Zusatzmoduls

Jede Platine mit Hilfsspannungseingängen verfügt über (8) 2-polige Anschlüsse zum Ablesen der +/- Spannung.

Abbildung 3: Hilfsspannungsmodul

Kanalmodul-Anschluss (-Anschlüsse)

Der folgende Stecker (separat erhältlich) kann zur Herstellung von Kabeln verwendet werden, die an das Zusatzmodul angeschlossen werden:

Name	Kabelanschluss	Stecker Illustration
Zusätzlicher Anschluss	Phoenix, 2-polig, Buchse, 5,08 mm Arbin PN: 306130, Phoenix PN: 1777989

Anwendungsbeispiel

Das folgende Beispiel zeigt, wie Hilfsspannungseingänge den Hauptkanälen für I/V-Ladung und Entladung zugeordnet und als Sicherheitseinstellung in der MITS Pro Software implementiert werden können. Der Benutzer kann den maximalen und minimalen Wert definieren, der während des Experiments zulässig ist. Hilfsspannungswerte können auch innerhalb einzelner Schritte für Schrittübergänge oder das Anhalten des Experiments verwendet werden. Diese Zellspannungsdaten können mit den BMS-Messwerten verglichen werden, die Arbin ebenfalls während des Tests aufzeichnen kann.

Das Bild unten zeigt, wie die 16 Hilfsspannungseingänge in der Software flexibel mit zwei Haupt-I/V-Kanälen gemappt (zugewiesen) werden können. Dies würde die Spannungsüberwachung für 8 Zellen in einem Batteriemodul oder -pack ermöglichen. Eine beliebige Anzahl von Hilfsspannungseingängen kann einem einzelnen Prüfkanal zugeordnet werden.

Abbildung 4: Mapping-Datei

Die Abbildung unten zeigt Hilfsspannungseingänge, die zur Festlegung eines globalen Sicherheitsgrenzwerts in einem Prüfprofil verwendet werden. Die Prüfung wird angehalten, wenn eine der Zellenspannungen außerhalb dieses Bereichs liegt. Darüber hinaus kann die Prüfung so programmiert werden, dass anstelle des Anhaltens aufgrund dieser Grenzwerte andere Maßnahmen ergriffen werden.

Abbildung 5: Hilfsspannungs- und Temperaturmessung in Global Safety

Zusätzliche Zellspannungen messen

Die nachstehenden Daten zeigen, wie die von Arbin aufgezeichneten Hilfsspannungsdaten mit den vom BMS aufgezeichneten CANBus-Daten verglichen werden können.

Referenzelektroden

Eine weitere häufige Anwendung für Hilfsspannungseingänge ist die Verwendung zur Überwachung von Referenzelektroden in einer Mehrelektrodenzelle. Auf diese Weise kann der Forscher die Auswirkungen sowohl der Anode als auch der Kathode auf die Gesamtleistung der Zelle beobachten. Die Bilder UNTEN zeigen, wie Hilfsspannungseingänge zur Überwachung der Spannungsdaten einer Referenzelektrode in einer Drei-Elektroden-Zelle verwendet werden können.