從物理測量到軟件仿真，延長電池續(xù)航問題

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李誠）隨著電池技術(shù)的發(fā)展，電池的應用正向各個領(lǐng)域快速滲透，說到應用電池的產(chǎn)品，很多人都會存在續(xù)航焦慮的問題，尤其是日常使用較為頻繁或功耗較大的設(shè)備。影響電池應用設(shè)備續(xù)航的因素不僅僅只是電池材料、電池能量密度，用電設(shè)備的應用場景和電路、元器件的設(shè)計對電池的續(xù)航能力也有很大的影響。因此，產(chǎn)品的電路設(shè)計環(huán)節(jié)與調(diào)試環(huán)節(jié)極其重要。

在產(chǎn)品設(shè)計、調(diào)試過程中，開發(fā)工程師往往會做一些電路有效性、功耗、電壓與電流的監(jiān)測分析等工作，在這一環(huán)節(jié)中對檢測設(shè)備的精準度要求極為嚴格，使用存在誤差的檢測設(shè)備，可能會因為一些細小的參數(shù)變化無法偵測，導致終端產(chǎn)品存在功耗過大和潛在的安全隱患問題。

在電路檢測過程中的主要會面臨，電流變化過快，電信號無法及時捕捉。被測設(shè)備應用場景的多樣性，需要長時間對設(shè)備進行測量才能保證設(shè)備的合理與安全性。處于待機或休眠狀態(tài)的設(shè)備，電流往往會低至mA級甚至μA級，同時，在工作狀態(tài)下，設(shè)備的電流也會由毫安級瞬間提升至數(shù)十A甚至上百A，在這些應用中，對測量設(shè)備的測量精度和采樣頻率都有著嚴格的要求。

11月7日，電子發(fā)燒友網(wǎng)舉辦了“2021電機控制先進技術(shù)研討會”，是德科技的高級應用工程師陳時柱在研討會中圍繞著《延長電池供電的BLDC續(xù)航能力的深層考》的主題進行了分享，還展示了一系列可應用于測試、測量、模擬的軟硬件產(chǎn)品。

圖源：電子發(fā)燒友網(wǎng)攝

是德科技在測量領(lǐng)域有著80年的技術(shù)積累，測量技術(shù)也得到了不斷地突破，據(jù)介紹，是德科技的測量設(shè)備具有高采樣率、高分辨率的特點，能夠快速捕捉瞬態(tài)的電壓、電流，電流采樣精度達到了μA級。同時，是德科技的測量設(shè)備能夠?qū)Ρ粶y設(shè)備進行長時間的測量和記錄，通過軟件算法的配合，可對記錄下的海量數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，并進行數(shù)據(jù)分析，這些測量精度與采樣頻率都是傳統(tǒng)測量設(shè)備無法做到的。

在研討會上，是德科技介紹了N6705C直流電源分析儀和BV9200B電源控制軟件。N6705C分析儀內(nèi)部集成了數(shù)字萬用表、示波器、波形發(fā)生器以及數(shù)據(jù)記錄儀，在接口方面，N6705C提供了4個插槽，同時可為4臺待測設(shè)備進行測量，進而提高了電壓、電流測量的效率。其中，數(shù)字萬用表的電壓測量精度為0.025%/50 μV，電流測量精度為0.025%/8 nA。示波器可對電壓電流數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，采樣精度高達200KSa/s，能夠精確捕獲快速變化的電壓、電流數(shù)據(jù)信息。波形發(fā)生器最高支持帶寬為100 kHz，功率為500W波形輸出，多用于模擬設(shè)備的波動測試。N6705C還具備了數(shù)據(jù)記錄儀功能，可通過修改參數(shù)，配置20 μs到60 s的數(shù)據(jù)采集間隔并記錄下每一節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)。

BV9200B電源分析軟件，這款軟件可與4臺測量設(shè)備相連，并實現(xiàn)實時控制。BV9200B可完成長/短時間波形分析、64KSa波形編輯以及統(tǒng)計分析等功能。這軟件對瞬態(tài)電流、電壓采樣精度與N6705C一致。在長時間波形分析模式下，采樣的分辨率達28bit，可進行長達1000小時的電路狀態(tài)測量，并將采集到的數(shù)據(jù)保存于電腦中。在波形編輯模式下，可直接導入內(nèi)置的標準波形、公式等，簡化的軟件使用的難度。為方便使用者對軟件進行二次開發(fā)，這款軟件還計入了API函數(shù)調(diào)用功能。

是德科技在本次研討會的主要內(nèi)容是圍繞著電池續(xù)航能力與用電設(shè)備的功耗展開的。據(jù)是德科技介紹通過上文提到的N6705C直流電源分析儀和BV9200B電源分析軟件，可直接通過仿真實現(xiàn)終端產(chǎn)品所需的功能，進而降低產(chǎn)品設(shè)計的缺陷和開發(fā)階段的成本投入，提高產(chǎn)品開發(fā)效率。

圖源：是德科技

在研討會上是德科技分享了，用于無人機電池飛行續(xù)航時間和容量仿真的案例，用N6705C作為負載、BV9200B軟件仿真，通過軟件的監(jiān)測能夠?qū)崟r地記錄無人機由起飛到降落的全過程，能夠讓工程師更直觀地看到設(shè)備運行電流、電壓的變化，加速工程師對無人機在工作工程中功耗與性能異常的部分進行精準優(yōu)化，進而提升電池的續(xù)航能力。

圖源：是德科技

同時，還可以對電池的工作狀態(tài)進行模擬，對電池的續(xù)航時間以及電池容量進行驗證，通過電池模擬器直接調(diào)用任意規(guī)格的電池模型，通過配置參數(shù)調(diào)節(jié)電池內(nèi)阻的大小、端電壓、電池起點等。通過仿真直觀地看出電流、電壓的無縫變化，方便工程師及時發(fā)現(xiàn)電池電流、電壓變化的異常，能夠及時針對異常做出優(yōu)化，提高電池性能。

結(jié)語

通過測量設(shè)備的測量與仿真軟件對用電設(shè)備和電池工作狀態(tài)的模擬，通過檢測與仿真數(shù)據(jù)能夠快速地發(fā)現(xiàn)功耗異常的節(jié)點，提高了工程師對產(chǎn)品優(yōu)化的針對性，對延長電池供電設(shè)備的續(xù)航能力有很大的幫助。