產品應用・用途
Application電芯的電壓與溫度數據之記錄最適合的DATA LOGGER
高電壓的電池充放電試驗
電池電芯 、模組、電池組之開發段階或是評估段階的性能測試，會進行電池的充放電測試。這個測試是為了檢查電池的充放電性能和壽命。
若想要進行安全並高性能的電池開發，完成品的性能確認是不可欠缺的檢査。電池組的充放電測試，主要測試各電芯的電壓和溫度是否有異常，並評估電池的特性。依據電池特性的分布會影響電池組全體的性能低下，所以以電池電芯為單位一一掌握電壓與溫度是非常重要的。為了縮短充電時間與延伸續行距離，EV 日漸搭載更高電壓的電池組。本應用案例為，介紹最適合給標準的400V 電池組與實用化的800V 電池組進行充放電測試的DATA LOGGER。
本測試高度要求DATA LOGGER 之性能
電池組的各電芯電壓約為4 V或是更低，舉例來說800 V的電池組之各電芯的電壓測量，需要對地最大額定電壓DC 800 V以上的測量儀器。
800 V的電池組構成需要約200個電芯串聯連接。所以若要測量所有電芯的電壓與溫度需要約400個通道。
需要注意絕緣性能會因為連接的測量模組間電壓和對地電壓的不同，耐電壓也會也所不同。耐電壓是指在安全規格的耐壓測試中，將電壓施加到關閉電源的被測機器中，一分鐘內連續施加也不會損壞的保證電壓。因此耐電壓的並不是指可以時常施加到800V的電壓也沒問題，就算是提倡可耐電壓800V的產品，也不代表模組間或對地間可以時常施加800V的電池電壓並測量。
最適合電池的充放電測試DATA LOGGER
HIOKI 的DATA LOGGER LR8101， LR8102 是最適合高電壓化電池的充放電測試DATA LOGGER。具有所需的絕緣性能和取樣速度，關於通道數可以依照需求通道數連接測量模組M7100 或M7102 組合測量。
DATA LOGGER LR8101， LR8102 可以安全並詳細的測量記錄電池各電芯的溫度與電壓。LOGGER 主機可與測量模組組合，輸入通道數最大可擴張到3000 ch。依據EN IEC 61010 安全規格的DC 1500 V CAT II 之絕緣性能，可以安全測量高電壓系統。最高取樣速度5 ms 的高解析度，可以詳細捕捉電壓變動。LR8102 可以將測量到的每個數據都高速輸出。可以即時監控充放電測試中的電壓與溫度。
LR8101， LR8102 適合用於充放電測試有以下五個理由。
1. 可簡單增設通道數的高度擴張性
DATA LOGGER 與測量模組各有兩種不同型號。透過增加連接的模組可以簡單擴張通道數。並且，LR8102 最多可以同步10 台主機同時取樣。LR8102 與M7102 組合使用最多可以擴張到3000 ch。下圖為LR8102 連接10 台M7102 模組，並以光纖連接線連接10 台LR8102 同步的系統範例（20 ms 取樣）示意圖。（取樣速度會依據使用的通道數有所限制。）
2. 依據EN IEC 61010 安全規格的DC 1500 V CAT II 之絕緣性能，安全進行測量
測量電池組中各電芯的電壓和電極的溫度，對地間（輸入通道- 大地間）和測量模組間會施加高電壓。HIOKI 的電壓・溫度模組M7100 具有新設計的絕緣變壓器，實現輸入通道與大地間DC 1500 V 絕緣。不僅可以承受時常的高電壓，也可承受過渡性的突波電壓，保證安全性與信賴性。
3. 高速取樣與高解析度，詳細捕捉電壓變動
測量模組M7100 的最高取樣速度為5 ms、M7102 的最高取樣速度為10 ms（依據所使用的通道數會有所限制）。為了詳細捕捉電池電芯
電壓的變動，模組搭載了18 bit 解析度的AD 整流器。因此，就算增加通道數也不會減慢最高取樣速度。並且，為了縮小電池到DATA LOGGER 之間的洩漏電流，2 V 量程或6 V 量程之測量模組的輸入電阻為100 MΩ。
高速取樣且高解析度的測量下，可以詳細捕捉到電壓變動。
［測量解析度與精度］
2 V f.s. 量程測量時：解析度20μV、精度± 1 mV
6 V f.s. 量程測量時：解析度60μV、精度± 3 mV
4. 提升耐雜訊力，實現正確且安穩的測量
高電壓、大電流的放電測試器容易會發生雜訊，充放電測試的測量也會容易受到雜訊的影響。DATA LOGGER LR8101， LR8102 和舊有機型相比提升了耐雜訊力。就算再高電壓和高頻的雜訊環境下，測量值也不會偏移或是會有大幅變動，能夠安定測量。
5. 測試中可即時將電壓與溫度的數據輸出
將測量到的數據帶入到電池控制的仿真系統時，需要將數據高速輸出到系統中。通常、DATA LOGGER 到系統的數據導入會使用通訊指令。
因為使用文字指令取得數據的速度上限為每數十ms ～數百ms。
圖1 為一般的DATA LOGGER 之測量與數據輸出的時機範例。電壓值為t7 且超過閾值，但只能到t9 時才可以取得數據。
圖2 為DATA LOGGER LR8102 之測量與數據輸出的時機範例。LR8102 使用通訊協議UDP，能夠高速輸出數據。
能夠將每個數據輸出，即時解析所有數據。超過t7 閾值的數據也可以即時取得。
圖1:一般的DATA LOGGER 之測量與數據輸出的時機。
圖2:DATA LOGGER LR8102 之測量與數據輸出的時機
DATA LOGGER 的構成範例
DATA LOGGER 主機與測量模組為組合使用。必要的絕緣性能和取樣速度之外請依據測項目所需的通道數，選擇測量儀器的種類和連接模組的數量。取樣速度會依照使用的通道數而有所限制。
標準用途：400 V 電池組（4 V × 100 電芯）
以下介紹測量400 V 的電池組各電芯的電壓與溫度，並將數據傳送到充放電測試器時的構成範例。M7102 模組1 台可以測量到30 ch。
不但省空間，也可以節省經費就能實現的測量系統。
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［測量儀器的構成］ ［測量條件］ *文字指令傳送的數據傳送間隔，依據構成的測量模組數量而有所限制。 |
高評估系統：800 V 電池組（4 V × 200 電芯）
測量高電壓800 V 電池組各電芯電壓溫度，並將數據傳送到充放電測試器時的構成範例。L8102 使用光纖連接線連接最多可以連接10 台主機同步測量。
M7100 模組有DC 1500 V CAT II 的絕緣性能，可以保證高電壓電池測試安全性。電壓量程的部分，1 模組最多使用通道數為8 ch，最高取樣速度5 ms，可將所有數據即時傳送。對於充放電系統監視電池總電壓值，可以實現低延遲的監控。
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［測量儀器的構成］ ［測量條件］ |
總結
HIOKI 的DATA LOGGER LR8101， LR8102 與測量模組M7100， M7102 是最適合電池充放電測試的測量儀器。
確實的絕緣性能能夠提升測試的安全性，高信賴性的測量取得正確的數據，輔助電池組和電池周邊系統的開發。
關於本產品，詳細請參考HIOKI 的官網產品頁面。
若有DEMO 的需求或是相關應用方案的疑問，歡迎與業務人員聯絡，或是透過官網留言。
記載內容為2023 年12 月22 日為止的資料。紀載內容可能會有改正與修訂的情形。
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製作-2024年1月
