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Category Archives: knowledge

iBest Function功能應用案例

隨著目前市面上3C產品的增加,其檢測項目也隨之琳瑯滿目,但伴隨而來的,便是製程複雜與多樣性;例如從早期的充電、靜置、放電、靜置,到循環、Pulse、DCIR等等,其檢測項目也一一增多,其中一項須克服的,便是製程長度問題。
例如:

第一次第二次
1充電CV 4.2V 1A, EC 0.1A充電CV 4.2V 1A, EC 0.1A
2Rest, 5 minRest, 5 min
3放電CC 1A, EV 3.2放電CC 2A, EV 3.2
4Rest, 5 minRest, 5 min
null

幾乎相同的製程,卻因為放電電流值不相同,導致無法用迴圈的方式撰寫,只能逐一編寫製程,造成程序攏長,同時也造成維護不易,若其中一項參數修改,則兩段製程均需要同時修改,也容易造成人員操作上的失誤;因此,我司在軟體中增加一變數功能,方便使用者能更進階的撰寫製程,減少編寫上的負擔。

變數功能主要分三個部份說明:

一,初始化:在此設定變數單位,例如電壓、電流、功率…等。

二,變數計算:用來設定變數的數學方程式,亦可直接帶入步序開頭或結束的物理量進行計算。

三,變數設定:經過計算後的變數,可直接帶入步序內,作為電壓或電流的設定值,亦可作為EV或EC的換段條件。

以上製程為範例製程僅須如下
初始化:Variable = 1 A

製程:

設定變數
1充電CV 4.2V 1A, EC 0.1A
2Rest, 5 min
3放電CC Variable, EV 3.2
4Rest, 5 min(Start)Variable = Variable +1
5Loop Cycle

當第三步序第一次執行時,Variable = 1A,隨後執行第四步序時,Variable將會再加1;因此第二次執行第三步序時,其電流值變更為2A,隨後電流設定值將隨著循環的增加也同時增加,直到製程結束。

此外亦可作為換段條件,範例如下:
初始化:Variable = 0 V

製程:

設定變數
1充電CV 4.2V 1A, EC 0.1A
2Rest 5 min
3放電CC 1A, 1hrs(END) Variable = Voltage
4Rest 5 min
5充電CV 4.2V 1A, EC 0.1A
6Rest 5 min
7放電CC 2A, EV Variable
null

其製程內容為將電池飽電的狀態下進行1C放電一小時,放電到額定容量,並當下將電壓值寫入於變數當中;隨後再次將電池飽電後,進行2C放電,並已1C放電的結束電壓作為換段條件,來觀察不同電流但相同的結束電壓情況下,其電容量的差異。

變數方程式除了基本的加減乘除外,實際上還支援其他數學方程式,例如平方,開根號,絕對值等等,對於實驗性質的測試,也提昇了不少實用性;同時若使用兩個相同單位的變數,彼此間亦可拿來進行計算,增加不少彈性上的應用。

目前承德科技所有搭載iBest軟體之產品(包含BT 1000, GBT 1000, PBT 2000, MCL2, MCL2 Mini, ABT 1000, MCB, MCF Lite, MCE A) 皆支援Function功能,客戶可依據系統效能與規格需求進行挑選。

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BT-1000設備精度通過TAF認證全紀錄

承德科技BT-1000系列機種專為為滿足高階電池測試,或材料研究等多樣測試規格需求所設計,最主要的功能特色為多段式(檔位)電流精度,可自動根據電流設定自動切換檔位,最多可達4段電流,並且在不同檔位維持0.02%之精度誤差,其最主要的優點在於針對不同容量電池測試時,毋需建置多種電流規格之設備,僅需一台設備可達成四台設備之電流精準度需求,可大幅減少設備建置成本與廠區實驗室空間,另外也為材料研究量身打造多種電流設定單位機制,提升執行測試製程的效率與彈性。

目前高精度電池測試設備市場大部分以精準度0.02%為主流,因此在校正及驗證時採用的標準件就顯得格外重要,承德科技始終秉持著對品質嚴苛的要求,在校正工裝上使用TUR≧4之標準件,換言之,這些標準件要≦50ppm,並且定期委由第三方檢測單位進行校驗,以確保產品品質,客戶不必擔心設備精準度不足影響測試時的容量計算等議題。

此次我們選擇具TAF認證且符合ISO 17025的第三方檢測單位”財團法人台灣電子檢驗中心(ETC)”,來驗證BT-1000 Series產品,檢驗儀表設備符合TUR≧4需求,此次驗證產品規格為BT-1000 5V 5A/0.5A/20mA/1mA,四個電流檔位,主要驗證BT-1000設備的電壓及電流精準度,驗證項目包含充放電電壓各驗證3個點,以及充放電電流各驗證9個點,我們可以從其出具的驗證報告得知,BT-1000設備的精準度符合規範,即使在微小電流的1mA檔位,也能完全符合規範。

承德科技於開發產品的各項功能之餘,如高速脈衝、工況模擬、Chamber控制等,不會捨本逐末忽略了最基本應該維持的精度性能,除了各項符合規範的標準件以外,廠內建置的測試環境,可針對不同環境溫度進行模擬,可在設備研發、燒測過程中找到任何影響精度的因子,及早解決,此外再透過定期委由第三方驗證單位,幫忙我們也為客戶做最好的品質把關,提供給客戶規格經得起檢驗、品質值得信賴的產品。

BT-1000 5V 5A/0.5A/20mA/1mA設備外觀圖

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ETC檢驗報告

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自動校正設備的開發與實際效用

自動校正設備 – ACP series

開發動機

 

如今,工業4.0 AI工廠思維儼然成為新的第二級產業潮流,以自動化的方式解決傳統需額外人力處理的各項工作。在電池測試領域,精準度校正就屬於這一類範疇。

有鑑於我司各式電池充放電測試產品在市面上已經銷售超過三十萬個通道以上,若能自動化解決客戶端每半年或一年必須校正一次的需求,並消除兩方因校正問題所產生的額外人力成本,就能創造雙贏的局面。

故承德開發出自動校正機ACP Series,協助我們的客戶邁向電池測試自動化的進程。

 

實際效用

 

  1. 以機器取代人工 - 節省人力成本。
  2. 運用RELAY切換,模擬人工校正步序 - 節省時間成本。

ACP 自動校正比較表

 

ACP Series系統原理說明

ACP-系統原理s

 

  • 原理為以中控電腦同時控制充放電機與ACP切換至所需迴路,同時於過程中不斷讀取硬體資料、ACP機臺內電錶值,以計算當於各種充放電狀態下精度校準值。
  • 電池測試設備的系統校正值將儲存於機臺韌體與電腦軟體中,可在不搬動、拆遷機臺與配線的情況下完成校正工作。

 

 

在工業4.0的思維影響下,第二級產業正逐漸轉型。承德科技了解客戶在轉型過程中的需求,並以此客製出各項智慧配件與功能。

目前自動校正機已在實務階段大幅降低後續我司與客戶端在校正上所虛耗的人力與時間成本,無論是尖端研究、動力電池測試或是電池產線上,承德都協助客戶群成功地往自動化電池測試的大方向更進一步。

成為客戶進步背後的支持,是我們的成就,也是最大的目標。


 

 

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SOH檢測-探討採計參數物理意義、檢測方式

  • 關於SOH 

 

隨著現代電動載具與電能儲存裝置的需求提升,主要應用元件之一:電池,其狀態檢測也越來越受到重視。電池健康狀態(State of Health, SOH)就字面上很容易理解,但很難確切定義。現代多數使用放電容量作為參考指標,但是在目前廣泛的運用範圍僅使用放電容量難以評定電池完整的性能。

 

  • 電池特性參數與SOH評估技術

 

 

本次的技術文件,詳盡的提出在電池檢測上的眾多相關參數,如:電池電壓、電流、功率、容量、焦耳熱損等等較為常見的電池特性指標,並且針對每一個相關參數做出介紹與特性說明。

而我們所開發的SOH評估技術則是基於客戶的應用要求,將整體評估方式依據”時效性”與”準確性”做出”客製化加權評比”。

目前這項技術已經應用在許多測試設備上,如:MCBABT1000MCL2MCL2 MINIBT1000,並已在實務上獲得驗證,如:家用儲能系統、巴士充電站、汰役電池分容與物流電動機車的健康狀態檢測等等。

 

SOH檢測-探討採計參數物理意義、檢測方式

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兼具高速、可靠之通訊技術應用實例-Can Bus/Ethernet

控制器區域網路 (Controller Area Network, 簡稱 CAN 或 CAN bus),是一種由兩條線路所實現的匯流排網路,具有擴充性高、抗雜訊能力高且低成本等特性。其特點是不需要主機(Host)控制網路上的通訊,即可允許網路上的多個設備直接互相通訊。現今許多工廠產線為了增加產能,需要一次連接大量充放電機,其環境有著非常高的電磁干擾,而CAN Bus因為是由差動訊號做資料傳輸,在抗電磁干擾上有著很好的能力,並且不影響資料傳送的速度,可滿足高安全等級及高效率的即時控制。

 

但用在大面積廠區CAN Bus還是有著缺點,CAN Bus可藉由修改位元時序設定來修改傳輸速度,但傳輸距離會隨通訊速度增加而遞減。例如當通訊速度50Kbps時,通訊距離可達1公里;當通訊速度1Mbps時,此時的傳送距離只剩40公尺(表1)。

CAN Bus傳送距離與傳送速率

為了解決CAN Bus在遠距離無法即時傳遞大量資料的限制,我們選擇使用Ethernet與CAN Bus做結合,Ethernet為目前業界普遍使用的高速通訊技術,可提供100Mbps甚至Gbps以上的高速通訊能力,對於即時且大量資料傳遞具有強大的支援性。承德科技在PC與設備端之間使用了CNB-1011B做資料轉換(圖1),當資料需要遠距離傳輸時,在CNB-1011B與PC使用Ethernet做資料傳遞,CNB-1011B與充放電機間使用CAN Bus做資料傳遞。

圖1 CAN Bus/Ethernet系統設備連線示意圖

CAN Bus/Ethernet系統設備連線示意圖

承德科技現已將CAN Bus/Ethernet通訊技術導入BT1000MCL2MCL2 MINIGBT1000ABT1000MCBMCF LiteMCE AMCE S等系列,以達到安全、及時、高數量且高品質的優良設備功能。


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電力繼電器(Relay)並聯技術

 

繼電器(RELAY)又稱為電驛,相信對很多從事電子、自動控制相關工作的人員是不陌生的,其最大的應用是用較小的電流去控制較大電流的一種接點控制,具有保護、轉換電路的功能。在成本上能承受功率越大的電驛相對地價格就提高,故往往在電路設計上會使用並聯的方式來達到高功率、低成本的實現


 

  • 假使1組接點能負擔8A的電流的話,那麼將兩組接點並連使用的話是否就能承受16A、10組接點並聯達到80A甚至更大電流的使用需求呢?

 

答案是不行

 

  • 實際上就連原廠製造商都在其官方網站明白地指出:請勿用並聯的方式來增加電流容量

 

因為接點的動作Timing會不一致的關係,故即使接點並聯的話電流容量也無法變成兩倍。雖然在同一時間點對不同電驛的線圈給了同樣的電壓,接點動作的Timing也不會同步,即使是在同一顆電驛的兩個接點也是一樣。故在通過電流的瞬間由於接點動作時間不一致的關係,會導致先啟動的接點負擔了所有電流衝擊而燒毀

 

Relay並聯

  • 然而我司是如何克服上述的問題達到Relay並聯以增加電流的技術能力呢?

 

依照Goodsky官方網站EMI-SS-224D的Relay為例子來說,其operate time為12ms、release time為8ms,故在電驛尚未完全閉合或是打開的情況下就去操作電流的on/off,就容易造成電驛的損壞。故我們特地在Relay的on-off時間點上下功夫,Relay於接點閉合後要經過多長的時間後再輸出電流,在電流輸出關閉後經過多長的時間再打開Relay,以確保Relay都是在0電流的環境下做切換。加上硬體電路良好的限流設計,讓每個迴路流過的電流相等,如此一來就能保證Relay能保持長效的壽命

 

以上的技術都已經在我們的測試設備(如: MCF/MCB/MCL2)上實際應用,並為我們的客戶解決實務上Relay並聯的測試需求

 

  • 但在有高速切換取樣(1ms/10ms)或是高速電池性能測試(如工況)等電池測試需求時,則不建議使用Relay並聯方式架構,而會建議使用Mos開關作為解決方案

             » MCF                                           » MCB                                         » MCL2

                     

 


 

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電池量測精準度與資料紀錄時間之關係

執行電池測試時,有許多參數可以透過量測物理量的時域分析 ( time domain analysis ) 獲得。有效的時域分析所著重除了量測精準度與解析度外,電池分析單元對量測頻寬與擷取時間掌握度也是相當重要。

以常見的參數:容量為例,特別是放電容量會將電池調整至滿荷電狀態 ( SOC:100% ) 後放電至截止條件 ( SOC:0% ) ,計量電池在過程中釋出的電量 ( charge amount ) 並標定為電池容量。電壓、電流、溫度等物理量可直接量測,電量則無法直接測得。庫侖法 ( Coulomb Counting ) 是一種常見電量計量方式,雖不如安培-小時一般直觀但庫侖是最早使用的電量單位,1安培電流定義為單位時間 (秒) 導體橫斷面通過1庫侖的電量,所以可以得知電量Q等同於電流I(t)對時間t的積分圖。

電流對時間分佈圖

在某些情況下我們無法確切得知I(t),會透過定時量測/取樣的方式紀錄電流I如左圖獲得電流對時間分佈的離散數列。取得離散數列後可以透過梯形法 (Trapezoidal Rule) 取得近似積分值。

梯型法原理是透過區間梯型面積近似區間積分結果。

算式推導            Eq.  1

t0至tn區間電流積分可表示如下,其中E為梯型法與實際積分之誤差值。

算式推導            Eq.  2
假設I(t)在ti至ti+1是連續可微或稱作可解析的,令 擷取並對擷取2 作泰勒展開 (Tyler Expansion)

算式推導            Eq.  3

將泰勒展開式在ti至ti+1區間定積分

算式推導            Eq.  4
將泰勒展開式在ti至ti+1區間作梯型法

算式推導            Eq.  5
所以可以得知ti至ti+1區間,積分與梯型法誤差ei

算式推導            Eq.  6

t0至tN全域積分與近似法誤差E可表示為

算式推導                                  Eq.  7

從上式 (Eq.  7) 可以得知梯型法近似積分的特性,其一:當電流為常數或時間一次函數時,電流對時間二階以上的導數即I’’(t) , I’’’(t) …為零,所以是沒有演算法產生的誤差。其二:透過縮減Δt可以大幅縮減演算法誤差,在實際應用令Δt即擷取資料時間1 Sec的演算法誤差為E1、0.1 Sec擷取時間演算法誤差為E2;依據下式 ( Eq.  8 ) 可以導出E1為E2之100倍。

算式推導             Eq.  8

承德科技採用精準積分模式之資料收集技術,提供業界最高規格之紀錄時間作為擷取資料時間Δt,ABT1000MCL2MCL2 MINIBT1000PBT2000等系列設備均可適用0.1 Sec擷取時間,MCL2BT1000系列設備在特定條件下更可調整至0.001秒的擷取時間。高資料擷取頻率除了可降低積分近似演算的誤差,在時間分佈曲線擬合或導數分析之應用也有相當大的助益。

» ABT 1000 Series

» MCL2 Mini Series

» MCL2 Series

» PBT 2000 Series

» BT 1000 Series

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DCIR Measurement (DCIR量測)

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