Sicherheitsanforderungen für Batterietests

Zu den wichtigen Sicherheitsmerkmalen für sichere und effektive Batterietests zählen Sicherheitsschütze, ein Verpolungsprüfer und eine Vorladeschaltung.

Wenn die Implementierung dieser Sicherheitsmerkmale vernachlässigt wird, kann Ihr Batterietestaufbau Schwachstellen aufweisen, was zu schwerwiegenden Ereignissen, Schäden am Prüfling und Ausfallzeiten führen kann. Bidirektionale Netzteile sowie viele Battery Cycler sind nicht mit diesen Merkmalen ausgestattet.

Im Folgenden werden die drei Mindestsicherheitsanforderungen für Batterietests erörtert, die dazu beitragen, dass Ihr Batterietestaufbau keine Schwachstellen aufweist.

Abbildung 1: Battery Cycler mit Sicherheitsschütz, Polaritätsprüfer und Vorladeschaltung.

Sicherheitsschütze: Gewährleisten Isolierung und einen sicheren „Aus“-Zustand

Sicherheitsschütze sorgen durch Isolierung für einen sicheren „Aus“-Zustand. Ohne das Schütz kann es auch im ausgeschalteten Zustand zu einem Stromfluss am Prüfling kommen. Dieser Fluss könnte dadurch entstehen, dass zwischen diesen Anschlüssen genug Widerstand erzeugt wird, sodass die Stromquelle weiterhin Strom zieht und die Batterie entleert oder die Ursache für weitere Sicherheitsrisiken ist.

NI verwendet ein integriertes, hermetisch abgedichtetes Sicherheitsschütz, das in die Batterietestausrüstung integriert ist. Wenn unsere Testsysteme ausgeschaltet sind, ziehen unsere Geräte keinen Strom und das Schütz unterbricht die Verbindung zwischen dem Battery Cycler und dem Prüfling.

Polaritätsprüfer: Schützt Bediener und Ausrüstung vor Benutzerfehlern

Ein Polaritätsprüfer ist erforderlich, um Schäden an der Batterie und der Ausrüstung zu vermeiden, falls der Benutzer fehlerhafte Verbindungen erstellt, was nicht selten der Fall ist. Der integrierte Verpolungsprüfer verhindert versehentliche Beschädigungen, indem er die Ausgangsleistung deaktiviert, sobald an den Ausgangsanschlüssen eine negative Spannung erkannt wird. Wenn das Gerät beispielsweise eine umgekehrte Polarität erkennt, verhindert es das Schließen des Sicherheitsschützes. Dadurch wird verhindert, dass ein Kunde eine Batterie versehentlich umpolt und dann versucht, sie zu laden oder zu entladen, was äußerst gefährlich ist. Bei solchen Unfällen kann es zu Schäden am Gerät und/oder zu einem Brand oder einer Explosion kommen. 

NI stattet seine Battery Cycler mit einem integrierten Verpolungsprüfer aus. Mit diesem Prüfer kann sichergestellt werden, dass an den Ausgangsanschlüssen die richtige Spannung anliegt.

Schaltung des Vorladungsprüfers: Reduziert den Einschaltstrom und verhindert eine frühzeitige Verschlechterung der Hardware

Schließlich ist die integrierte Vorladeschaltung wichtig, um einen Einschaltstrom und eine Belastung des Systems zu verhindern, die für den Battery Cycler und die Komponenten des Prüflings gleichermaßen gefährlich sind. Dieser Einschaltstrom wird durch die Ausgangskapazität der Testausrüstung verursacht, die sich nachteilig auf den Prüfling auswirken kann, wenn er angeschlossen ist und nicht den gleichen Spannungspegel hat. Eine Vorladeschaltung passt die interne Spannung des Geräts an die Batteriespannung an und verhindert so Lichtbogenbildung und große Stromspitzen im System. 

Wenn Sie beispielsweise eine 600-V-Batterie mit einer Gleichstromquelle, einer Gleichstromlast oder einem bidirektionalen Messgerät testen, startet das Gerät zunächst bei 0 V (Nullpotenzial). Da in diese Quelle/Last-Geräte keine Vorladeschaltung integriert ist, vervollständigen Sie in dem Moment, in dem die Drähte Ihres Geräts an die Batterie angeschlossen werden, diesen Pfad und legen wiederum 600 Volt an das Gerät an. Diese sofortige Verbindung führt zu einem Einschaltstrom. Der große Unterschied in den Spannungspegeln ist die Ursache für den Einschaltstrom, wenn die Ausgangskondensatoren des Geräts aufgeladen werden, und dieser Einschaltstrom führt in der Regel zu einer frühzeitigen Verschlechterung der Relais und Schalter. Ein Vorladevorgang wird mithilfe von Sicherheitsschützen realisiert, indem die Ausgangsspannung des Geräts an die Batteriespannung angepasst wird, bevor das Sicherheitsschütz schließt. 

Die Batterietestsysteme von NI verfügen über eine integrierte Vorladeschaltung, die einen „Sanftanlauf“ ermöglicht, um die Spannung am DC-Ausgang automatisch an die Batteriespannung anzupassen.

Die Testsysteme mancher bidirektionaler Netzteile und einiger Battery Cycler auf dem Markt sind nicht mit integrierten Sicherheitsschützen, Polaritätsprüfern oder Vorladeschaltungen ausgestattet. Diese Sicherheitsmerkmale sind jedoch für eine sichere Verwendung der Ausrüstung erforderlich. Aus diesem Grund übertragen Hersteller den Endkunden die Verantwortung für die Verwaltung ihrer eigenen externen Vorrichtungen – dies reicht von der Beschaffung der Komponenten bis hin zu deren Integration in die Lösung. Obwohl einige Hersteller diese Integration als ergänzenden Service anbieten, kann sie mit den folgenden zusätzlichen Kosten und Hindernissen verbunden sein:

• Arbeit und Gebühren
  
• Erhöhte Komplexität der Einrichtung
  
• Qualitäts- und Integrationsprobleme
  
• Verzögerung des Projektstartzeitpunkts 
  
• Größerer Platzbedarf im Rack
  
• Externe Auftragnehmer und Erkennungsstromkreise, deren Öffnen oder Schließen länger dauern kann, verlängern die Testzeit
  
• Leistungs- und Genauigkeitsprobleme
  

Abbildung 2: Bidirektionale Netzteile und einige Battery Cycler erfordern eine zusätzliche Integration und Einrichtung.

Wenn Sie auf der Suche nach einer Batterietestlösung sind, fragen Sie, ob die Testausrüstung diese Sicherheitsmerkmale umfasst oder ob sie als Zusatzpaket integriert sind.

NI sorgt dafür, dass die Belastungen sowie die zusätzlichen Kosten für Sicherheit entfallen, indem diese Merkmale in das System integriert werden. Alle Sicherheitsmechanismen werden über unser Soft-Touchpanel, Remote-Touchpanel und über Treiber innerhalb von LabVIEW gesteuert. 

Neben Sicherheitsschützen, Verpolungsprüfern und Vorladeschaltungen verfügen Batterietestsysteme von NI auch über mehrere Hardware- und Softwareebenen. Produkte von NI können außerdem mit den folgenden zusätzlichen Sicherheitsmerkmalen ausgestattet sein:

• Notausschalter
  
• Extern verdrahtete Sperren
  
• Programmierbare Hardware-Grenzwerte 
  
• Kommunikations-Watchdog
  
• In-Sequence-Logik (Software)
  
• Zusätzliche Überwachung (Software)
  

Alle Sicherheitsmechanismen sind gesteuert und vollständig in das Automatisierungssystem integriert, sodass eine umfassende Sicherheitskontrolle in der gesamten Testumgebung gegeben ist.