עולם ה-Mobile שלנו, יותר ויותר מכשירים הופכים ללא שימושיים כאשר נגמרת להם הסוללה. בזכות הגידול בצפיפות ההספק של הסוללות וטכניקות מתקדמות של ניהול הספק, גם מכשירים בעלי צריכת זרם גבוהה מופעלים כיום על סוללות.. הסוללות מופיעות בכל הצורות וכל הגדלים החל בהתקנים זעירים זוללי אנרגיה, בטלפונים ניידים חכמים ובעוד כלים/מכשירים ביתיים ורכבים חשמליים.
בעת פיתוח התקנים המונעים ע”י סוללות, מהנדסי המחקר והפיתוח אינם יכולים להסתמך על סוללות לצורך בדיקותיהם היומיומיות. כיצד יכול מהנדס להוכיח את תכנונו של התקן מונע סוללה במצבי טעינה שונים של הסוללה תוך שימוש בסוללות בלבד? בדיקות כאלה מצריכות מערך שלם של סוללות זמינות, שמוגדרות מראש למצבי טעינה ספציפיים. לאחר השימוש בסוללה לצורך הבדיקה, יש להחזיר כל אחת מן הסוללות הטעונות בהתאם להגדרה הקבועה מראש לאותו מצב טעינה, וזאת לקראת השימוש הבא בסוללה. אפשרי, אבל לא ממש מעשי. במקום זאת, ניתן לבצע את הבדיקות תוך שימוש בסוללה ממשית אחת, אולם במקרה כזה מהנדס המחקר והפיתוח נדרש להכין את הסוללה ולהעבירה למצב הטעינה המתאים עבור כל בדיקה. יש לטעון או לפרוק את הסוללה על מנת להגיע למצב הטעינה המתאים לבדיקה.
לעתים, הכנה זו של הסוללה צורכת זמן רב. ניתן להימנע מזמן משמעותי זה של הכנת הסוללה על-ידי שימוש בסוללה אלקטרונית מיתכנתת, הידועה גם כ”סוללת אמולטור”. סוללת האמולטור מקצרת את זמן ההכנה לבדיקה, יוצרת סביבת בדיקה בטוחה יותר ומספקת תוצאות הדירות יותר בהשוואה לשימוש בסוללה אמיתית במהלך הבדיקה.
Keysight Advanced Power System () היא משפחה של ספקי כוח DC הכוללת 24 דגמים שיכולים לדמות סוללות של עד 160V ו-200A, בהספקים של עד 1000W (תמונה עליונה) ו-2000W (תמונה תחתונה). מידע נוסף באתר החברה
בדיקות בטוחות יותר
סוללות – ובמיוחד תכנוני יון ליתיום – מכילות כמויות גדולות של אנרגיה מאוחסנת. בתנאי פעולה רגילים (טמפרטורה, קצבי טעינה, קצבי פריקה) הסוללות בטוחות לשימוש. אבל במהלך הבדיקה עלולים להיווצר תנאים בלתי צפויים. התקן תחת בדיקה (DUT) בשלב התכנון עלול שלא לתפקד כראוי ולגרום לטעינת יתר או לפריקת יתר של הסוללה. גרוע מכך, ה-DUT עלול להגיע למצב כשל או למצב בלתי צפוי, שיכול להתאפיין בצריכת זרם חריגה מן הסוללה, ואף לגרום לשריפה, התפוצצות וזליגה כימית. לפיכך, השימוש בסוללות במהלך הבדיקה מלווה בסיכון מסוים ויכול לגרום לסכנות בטיחותיות. בניגוד לכך, סוללת האמולטור בטוחה בהרבה לשימוש מאשר סוללה אמיתית.
האמולטורים מכילים מעגלי הגנה אלקטרוניים כגון הגנה מפני מתח יתר וזרם יתר, אשר יכולים להפריע לבדיקה שאינה מתנהלת כמתוכנן. על-ידי הסרת הסוללה הממשית מן הבדיקה, תקלות שמתגלות ב-DUT לא יובילו לסכנות קשורות סוללה. הדירות משופרת מחזור רציף של סוללות יכול לגרום לתוצאות בדיקה לא עקביות ולקצר את חיי הסוללה.
קשה להבטיח מצב טעינה מדויק בעת הכנה ידנית של הסוללה לצורך הבאתה למצב הטעינה הרצוי. בדרך כלל, הדבר מתבצע על-ידי פריקה מלאה של הסוללה ולאחר מכן טעינה חוזרת והבאתה למצב הדרוש. הדבר מוביל למחזור נוסף של הסוללה ומאיץ את הזדקנותה. התנהגות הסוללה משתנה עם הזדקנותה, כך שבמשך הזמן מהנדס המחקר והפיתוח כבר אינו יכול להיות בטוח בנוגע להבאת הסוללה המזדקנת למצב הטעינה הרצוי שלה. הדבר עלול לגרום לתוצאות בדיקה לא מדויקות כאשר נעשה שימוש בסוללות “מזדקנות”.
סוללת אמולטור מספקת תוצאות בדיקה הדירות ועקביות יותר בהשוואה לשימוש בסוללה אמיתית לצורך הבדיקה, וזאת בזכות הסרת חוסר הוודאות הכרוכה בהזדקנות הסוללה ובקביעת מצב הטעינה של הסוללה.
לאמולציה של סוללות בהספקים נמוכים יותר, ניתן להשתמש בתצורה הכוללת את נתח ההספק N6705B DC Power Analyzer של Keysight ואת מודולי ההספק מסוג SMU מסדרת N6780. מודולים אלה יכולים לדמות סוללות של עד 20V ועד 8A. מידע נוסף באתר החברה
שימוש בספק כוח לצורך הדמיית סוללה
ניתן להשתמש בספק כוח עבור הסוללה המיתכנתת, אבל ספק כוח אופייני כולל שלושה מאפיינים שמבדילים בינו לבין הסוללה ולפיכך הופכות אותו לבלתי מתאים לאמולציה של סוללה. ראשית, ספק כוח נוטה להתאפיין בעכבת מוצא נמוכה מאוד וקבועה. שנית, ספק הכוח לעולם אינו מתרוקן. ושלישית, ספק הכוח הוא מקור מתח אולם סוללה יכולה לשמש כמקור כוח (בעת פריקתה) ואף לספוג כוח (בעת טעינתה). לפיכך, ספק הכוח שונה מן הסוללה באופן בסיסי.
ניתן למדל את הסוללות כמקור מתח בעל 2 קוואדרנטים בתוספת התנגדות סדרתית, כמתואר באיור 1. הן מתח המוצא והן ההתנגדות מתוכנתים מחדש לצורך הדמיית ההשפעות של מצב הטעינה והזדקנות הסוללה. על-ידי הגדרה ישירה של המתח ושל ההתנגדות הפנימית, סוללת אמולטור יכולה לייצג באופן מידי כל מצב טעינה רצוי וכך מונעת את הצורך בטעינה או פריקה של הסוללה לפני הגדרה מראש של מצב הטעינה המתאים הדרוש לבדיקה. ניתן לדמות בבטחה ובצורה הדירה את תנאי הבדיקה שעלולים להיות מסוכנים לסוללה, לרבות החלת קצרים או זרם יתר, זרם מתח, טעינת יתר ואף פריקת יתר.
מן הסתם, החלק המורכב ביותר של אמולציית הסוללה הוא הדמיית האופן שבו המתח משתנה במקביל למצב הטעינה. קשרי גומלין אלה מהווים את המודל הבסיסי של הסוללה ותלויים במידה רבה בכימיה של הסוללה ובתכנון שלה. סוללת אמולטור מתוחכמת עשויה להיות מסוגלת לקבל מודל סוללה שהורד (דוגמה: שלח הוראה לאמולטור להתנהג כמודל הסוללה 1234A של יצרן הסוללות Xyz). לחלופין, סוללת אמולטור יכולה לקבל טבלת ערכים של מצבי טעינה (באחוזים) לעומת מתח מוצא. דרך מערכת הבקרה של האמולטור, הוא ינטר את כמות הזרם שעוברת אל תוך האמולטור או מחוצה לו (דהיינו, ספירה קולונית), יכוונן את מצב הטעינה ולאחר מכן יחפש אחר מתח המוצא המתאים החדש על בסיס מצב הטעינה המתעדכן באופן תמידי. עם זאת, גם ללא בקרה מתוחכמת זו, שהינה מבוססת מודלים, אמולטור הסוללה יכול לפעול בצורה נאותה. כיוון שלרוב השינוי במתח הוא איטי, יישום מבוסס מחשב יכול פשוט לתכנת מחדש את מתח המוצא ולהביאו לערך הרצוי. ניתן להעלות או לשנות את המתח המתוכנת בקצב איטי מאוד תוך חיקוי העלייה במתח המאפיינת את טעינת הסוללה, או להורידו באיטיות כדי לחקות את ירידת המתח שמאפיינת את פריקת הסוללה.
סיכום
שימוש בסוללת אמולטור מפיק תוצאות בדיקה במהירות גבוהה יותר, מספק בטיחות מוגברת ואף מבטיח בדיקה עקבית יותר לעומת בדיקה הכוללת שימוש בסוללה אמיתית. ישנם מגוון ספקי כוח שיכולים לשמש כאמולטורים של סוללות, מתאפיינים בפעולה של 2 קוואדראנטים וכן בהתנגדות מוצא מיתכנתת, כגון Advanced Power System (APS), N6705B DC Power Analyzer ומודולי ההספק מסוג SMU מסדרת N6780 של Keysight, ראה איורים 2 ו-3.
