Elektronische Lasten Notwendige Batterietests für IoT-Geräte

Rigols elektronische Last Serie DL3000
Rigols elektronische Last Serie DL3000

Batterietests werden mit zunehmender Verbreitung mobiler Applikationen im wichtiger. Einige grundlegende Messaufgaben mit der elektronischen Last Serie DL3000 von Rigol werden vorgestellt.

Mitte Juni 2017 führte Rigol eine neue elektronische Last Serie DL3000 ein. Die unterschiedlichen Modelle mit ihren Spezifikationen zeigt Tabelle 1.

Die Serie adressiert die Vermessung von Batterien, Akkumulatoren oder Ladegeräten. Neben vielen statischen und dynamischen Funktionen enthält die elektronische Last auch eine Batterietestapplikation, wie unter anderem zur Ermittlung der Batteriekapazität. Mit dem integrierten Batterietest wird eine qualitative Aussage über die Kapazität und das Entladeverhalten einer Batterie über die Zeit getroffen und so die Batterie charakterisiert.

 

 DL3021DL3021ADL3031DL3031A
Maximale Leistung200 W200 W350 W350 W
Spannung / Strom0 – 150 V /
0 – 40 A
0 – 150 V /
0 – 40 A
0 – 150 V /
0 – 60 A
0 – 150 V /
0 – 60 A
Frequenzbereich0,001 Hz bis
15 kHz
0,001 Hz bis
30 kHz
0,001 Hz bis
15 kHz
0,001 Hz bis
30 kHz
Anstiegsrate Strom0,001 A/μs bis
0,25 A/μs
0,001 A/μs bis
2,5 A/μs
(>5 V)
0,001 A/μs bis
0,3 A/μs
0,001 A/μs bis
3 A/μs
(>5 V)
0,001 A/μs bis
0,25 A/μs
0,001 A/μs bis
2,5 A/μs
(>5 V)
0,001 A/μs bis
0,5 A/μs
0,001 A/μs bis
5 A/μs
(>5 V)
Read Backend
Auflösung Strom
1 mA0,1 mA1 mA0,1 mA
Read Backend
Auflösung Spannung
1 mV0,1 mV1 mV0,1 mV
SchnittstellenUSB, RS232USB, RS232,
LAN, DI/O
USB, RS232USB, RS232,
LAN, DI/O

 

Tabelle 1: Unterschiedliche Modelle der elektronischen Last DL3000 Serie.

Diese Aussagen sind beispielsweise notwendig, um akkubetriebene Schaltungen zu entwickeln und deren Funktion auch unter absinkendem Spannungsverhalten zu gewährleisten. In dieser Schaltungstechnik ist das Verhalten der Batterie bei unterschiedlichem Strombedarf wichtig. Der integrierte Batterietest in der DL3000-Last misst die Entladekapazität in Milliamperestunden [mAh] beziehungsweise Wattstunden [Wh], die Entladezeit und den Spannungsverlauf bei unterschiedlichen Stromwerten. Der Batterietest besitzt variable Abbruchkriterien, beispielsweise das Unterschreiten eines Spannungswertes, die Erfüllung einer Entladekapazität oder das Erreichen einer bestimmten Zeitdauer.

Ein Beispiel: Eine 18-Volt-P100-Nickel-Metallhybrid-Batterie kann einen konstanten Entladestrom von 1 Ampere liefern. Hier hat es Sinn, als Abbruchkriterium das Ende des Entladepunktes (beispielsweise die halbe Spannung) einzustellen. Die Spannungs- und Stromkurven des Langzeittests werden mit der Software S1501 – Ultra Load aufgezeichnet und im csv-Format abgespeichert. Die Last ermittelt Kapazität sowie Zeitdauer und stellt diese dar. Die gleiche Messung wird jetzt unter erhöhtem Entladestrom (beispielsweise 2 Ampere) wiederholt, damit werden Zeitdauer und Kapazität, sowie der Verlauf der Spannungskurve verglichen.

Speziell bei Batterien für Internet-der-Dinge-Applikationen sind Weckszenarien wichtig: Im Ruhezustand fließt nur ein sehr geringer Strom, unter Aktivierung der IoT-Komponente steigt dieser signifikant. Dieses Lastverhalten wird mit der Funktion Umschaltpuls (Toggle) erreicht. Sobald die elektronische Last aktiviert ist, gibt diese den niedrigen Pegel (Ruhezustand) aus. Mit einem Triggerereignis wird der hohe Pegel (aktiver Zustand) ausgegeben.

Ein weiteres Beispiel ist die Vermessung von Batterien, die speziell für die Erzeugung einer hohen Leistung konzipiert sind, wie zum Beispiel in leistungsfähigen Taschenlampen. Die statische Funktion konstante Leistung [CP] reguliert die gewünschte Leistungsabnahme konstant. Dabei kann die Spannungs- und Stromkurve mit der Software S1501 aufgezeichnet und analysiert werden (Bild 3).