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欠壓放電控制檢測

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發(fā)布時間：2025-07-24 17:57:57 更新時間：2025-07-23 17:57:57

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

欠壓放電控制檢測：保障電池系統(tǒng)安全的關鍵環(huán)節(jié)

在現(xiàn)代電池管理系統(tǒng)（BMS）和各類依賴電池供電的設備（如電動汽車、便攜式電子產(chǎn)品、儲能系統(tǒng)等）中，欠壓放電控制（Low Voltage Disconnect, LVD）是一項至關重要的保護功能。其主要目的是在電池電壓下降到可能對電池造成永久性損傷或性能急劇衰減的危險閾值之前，及時切斷放電回路，防止電池過度放電。過度放電不僅會顯著縮短電池循環(huán)壽命，導致容量損失，還可能引發(fā)電池內(nèi)部結構損壞、發(fā)熱甚至安全風險。因此，對欠壓放電控制功能進行嚴格、精確、全面的檢測驗證，是確保電池系統(tǒng)安全、可靠、長壽命運行的核心環(huán)節(jié)。這一檢測過程需要在開發(fā)、生產(chǎn)乃至后期維護階段反復進行，以驗證控制邏輯的準確性、響應的及時性以及在不同工況下的穩(wěn)定性。

檢測項目

欠壓放電控制檢測主要圍繞以下幾個方面進行深入驗證：

1. 欠壓閾值精度測試： 驗證欠壓保護點（LVD Threshold）的實際觸發(fā)電壓與設定的目標值是否一致，并測量其精度（通常要求誤差在±1%或更小范圍內(nèi)）。

2. 響應時間測試： 測量從電池電壓達到或低于設定欠壓閾值開始，到控制系統(tǒng)實際切斷放電回路動作完成（如繼電器斷開、MOSFET關斷）所經(jīng)歷的時間。響應時間需足夠短（通常在毫秒級），以防止在動態(tài)工況下電壓短暫跌落或恢復過程中誤觸發(fā)或保護不及時。

3. 遲滯（Hysteresis）特性測試： 驗證欠壓保護功能是否具備合理的遲滯區(qū)間。即當電壓低于閾值觸發(fā)保護斷開負載后，電壓需要回升到一個比原欠壓閾值更高的“恢復閾值”（如高出設定閾值幾百毫伏），系統(tǒng)才允許重新連接負載或恢復放電。遲滯設計是為了避免在欠壓閾值附近因電壓波動而導致的保護功能頻繁振蕩啟停。

4. 帶載能力與恢復測試： 在觸發(fā)欠壓保護、斷開負載后，驗證系統(tǒng)在電壓恢復到預設的恢復閾值時，能否正確、可靠地重新連接負載并允許放電。

5. 溫度影響測試： 評估不同環(huán)境溫度（尤其是高低溫極限）對欠壓閾值精度和響應時間的影響，確?？刂乒δ茉谌珳囟确秶鷥?nèi)穩(wěn)定可靠。

6. 重復性與穩(wěn)定性測試： 對欠壓保護功能進行多次重復觸發(fā)，檢驗其動作的一致性和系統(tǒng)長期運行的穩(wěn)定性。

7. 故障模擬與安全測試： 模擬控制回路（如繼電器、MOSFET驅動）可能出現(xiàn)的故障（粘連、開路等），驗證系統(tǒng)是否能檢測到故障并采取相應的失效安全措施。

檢測儀器

精確進行欠壓放電控制檢測需要依賴專業(yè)的測試設備：

1. 高精度可編程直流電源/電子負載（或電池模擬器）： 用于精確模擬電池電壓的連續(xù)變化過程，包括快速跌落、緩慢下降、恢復等不同工況，并具備高精度的電壓測量功能。

2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）或多通道高精度示波器： 用于同步實時記錄和顯示關鍵信號，如模擬的電池電壓、BMS/控制器發(fā)出的斷開/閉合指令信號、實際負載回路的通斷狀態(tài)（可通過電壓或電流探頭監(jiān)測）、溫度信號等。要求具備足夠高的采樣率和精度。

3. 電子負載或功率分析儀： 用于施加模擬負載電流，并精確測量負載電流、電壓和功率，驗證帶載狀況下的控制精度。

4. 程控開關/繼電器模塊： 用于模擬外部負載通斷或測試系統(tǒng)的狀態(tài)切換。

5. 溫度試驗箱： 用于提供高低溫環(huán)境，進行溫漂測試。

6. （可選）電池管理系統(tǒng)（BMS）測試平臺： 專用的BMS HIL（Hardware-in-the-Loop）測試設備，可更全面地仿真電池組行為、故障注入及監(jiān)控BMS內(nèi)部狀態(tài)。

檢測方法

典型的欠壓放電控制檢測步驟如下：

1. 測試環(huán)境搭建： 將待測的BMS控制器或整個保護電路單元接入測試系統(tǒng)。使用可編程電源/電池模擬器模擬電池正負極，電子負載模擬用電設備。連接數(shù)據(jù)采集設備實時監(jiān)測關鍵信號點。

2. 設定測試參數(shù)： 在BMS或控制單元中設定好待驗證的欠壓保護閾值（V_lvd）和恢復電壓閾值（V_recovery）。在測試設備中設定電壓變化范圍、變化速率（斜率）、負載電流大小等。

3. 欠壓閾值觸發(fā)測試： * 設置電源/模擬器從高于V_lvd的電壓（如標稱電壓）開始，以可控速率（如緩慢線性下降、或模擬真實放電曲線）降低輸出電壓。 * 同時記錄電池模擬電壓、控制器LVD觸發(fā)信號（如關斷MOSFET的驅動信號）、負載回路的實際電壓/電流。 * 當控制器發(fā)出斷開指令且負載回路電流降至0（或極低水平）時，記錄此時的觸發(fā)電壓V_actual_lvd。 * 計算V_actual_lvd與設定值V_lvd的偏差，評估精度。 * 同時通過示波器/DAQ精確測量從電壓降至V_lvd到負載完全斷開的時間（響應時間）。

4. 遲滯與恢復測試： * 在欠壓保護觸發(fā)后，逐步調(diào)高電源/模擬器的輸出電壓。 * 當電壓升高到設定的恢復閾值V_recovery時，控制器應發(fā)出重新連接負載的指令（如打開MOSFET）。 * 記錄實際恢復動作發(fā)生的電壓V_actual_recovery，計算其與設定值的偏差。 * 驗證V_actual_recovery是否確實高于V_actual_lvd，且差值（遲滯電壓）符合設計要求。

5. 帶載工況測試： 在施加不同大小負載電流（尤其是滿負荷）的情況下，重復步驟3和4，驗證帶載對觸發(fā)和恢復閾值及響應時間的影響。

6. 溫度特性測試： 將整個待測系統(tǒng)放入溫度試驗箱，分別在高溫（如+60°C, +85°C）和低溫（如-20°C, -40°C）環(huán)境下穩(wěn)定后，重復步驟3-5，測量閾值和響應時間隨溫度的變化。

7. 重復性測試： 在相同條件下（室溫、標稱負載），多次執(zhí)行欠壓觸發(fā)和恢復循環(huán)（如50次、100次），觀察每次的觸發(fā)電壓、恢復電壓和響應時間的一致性。

8. 動態(tài)特性測試： 模擬電壓快速跌落（如負載突增）或存在紋波的情況，驗證系統(tǒng)是否能快速、準確地響應，避免誤動作或保護失效。

9. 故障注入測試（如有條件）： 人為制造控制回路中的故障（如繼電器觸點粘連、MOSFET驅動信號異常），驗證系統(tǒng)能否檢測到故障并進入安全狀態(tài)（如熔斷器熔斷、告警）。

10. 數(shù)據(jù)記錄與分析： 所有測試過程中需詳細記錄原始數(shù)據(jù)（電壓、電流、時間戳、狀態(tài)信號、環(huán)境溫度等），并依據(jù)標準要求進行統(tǒng)計分析和報告輸出。

檢測標準

欠壓放電控制檢測需遵循相關的國際、國家、行業(yè)或企業(yè)標準，確保其性能指標滿足安全性和可靠性的最低要求。常見的關鍵標準包含：

1. GB/T 31486-2015 《電動汽車用動力蓄電池電性能要求及試驗方法》： 中國國家標準，明確規(guī)定了電動汽車用鋰離子動力蓄電池模塊和系統(tǒng)的過放電保護（即欠壓保護）試驗方法，包括保護電壓閾值、保護延遲時間（響應時間）、恢復電壓閾值、恢復延遲時間等要求和測試程序。

2. GB/T 34131-2017 《電化學儲能電站用鋰離子電池管理系統(tǒng)技術規(guī)范》： 對儲能系統(tǒng)BMS的保護功能（包括過放保護）提出了具體要求，如保護值誤差范圍、動作時間、遲滯要求等。

3. ISO 6469-1:2019 《Electrically propelled road vehicles — Safety specifications — Part 1: Rechargeable energy storage system (RESS)》： 國際標準，規(guī)定了電動道路車輛可充電儲能系統(tǒng)（RESS）的安全要求，其中包含電壓保護相關的安全功能要求。

4. UL 1973 《Standard for Batteries for Use in Light Electric Rail (LER) Applications and Stationary Applications》：