电动汽车已经吹响新一轮号角,通用汽车宣布其凯迪拉克产品将在2030年前实现全面电动化。本田计划2022年后在欧洲仅销售电动汽车和混合动力汽车,并将在2040年前逐步淘汰所有燃油车。汽车制造商纷纷做出这些坚定的公开承诺和相应投资,设法跟上电动汽车的快速发展步伐。
但提高电动汽车的产能、缩短产品开发周期,以及最大限度地提高质量,需要的不仅仅是承诺和投资。在这场竞争中,电池是首当其冲的问题。电池制造商需要进行大量测试,才能获得所追求的最长续航里程和最快充电速度。
为电池性能撑腰的这个“武器”,被低估了
要制造安全、可靠、性能优异的电动汽车(EV)电池,则需要对数百个电芯和电池模组进行严格的测试。测试作为贯穿研发到量产全流程的必要环节,有些被低估了。接下来我们就详细介绍下电池测试方法。
⊕ 电芯测试
电芯作为最贵的组件之一,自然是测试的重中之重。如图1所示,电芯测试主要关注点是如何管理在兆瓦级功率、不同测试中的多个电池、高通道数、测试电芯控制、测试数据,以及协调所有电池组和模块的测试执行(有时连续运行长达六个月)。
电芯测试需要重点考虑的问题如下:
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如何从单个电芯的测试扩展至大型、多站点、复杂的测试?
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测试结果是否具有可追溯性,能用于分析和决策?
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测试是否具备可重复性,即使是数年后也可以重新运行?
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能否有效为新电池或更多电池重新配置测试电芯?
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是在尽可能高效地工作,还是受到现有技术和流程的阻碍?
⊕ 电池模组测试
电池组由多个单体电芯串并联组装而成,是直接能够提供电能的组合体。
综合考虑电芯和电池模组测试,有哪些测试要点?
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在电芯和电池模组的组装与精加工过程中,执行不同的测试,如焊接完整性、开路电压(OCV)和交流内阻(AC-IR)
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缩短测试时间,在不影响测试精确度和质量的情况下满足产量要求
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高速且精确地控制测试探针,对测试单元和电池模组进行测量
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针对高通道数和长时间测试运行,高速进行极其精确的测量
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利用测试数据获得见解,帮助持续改进测试流程
与此相对应的EV电芯和电池模组生产测试解决方案:
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PXI提供超紧凑的高性能组成结构,可容纳更多测试并扩大生产量。
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源测量单元(SMU)为AC-IR和焊接完整性测试提供可重复且精确的测量和电流源极。
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数字万用表(DMM)可对OCV和焊接完整性测试进行快速和精确的电压测量。
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NI的多路复用器可根据测试类型有效地将系统扩展到32或64个通道,在较小的占用空间内尽可能实现更大范围的覆盖。
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与生产测试软件(如TestStand、Switch Executive和SystemLink™)直接集成,用于企业数据和系统管理。
⊕ 打造卓越的电池实验室
典型的电池实验室需会配置多个需要以协调方式运行的组件,如图3所示。使用充放电测试系统对电池进行充电和放电等简单任务需要与环境室内的条件、测试程序、数据捕捉、测量以及与电池管理系统(BMS)的通信完美同步。
例如,NI的电池测试系统(BTS)可用作测量机架和软件互联的测试协调器,以实现定制化和自动化。NI SystemLink™、BTS软件和数据分析工具可协同工作,从而确保测试结果可追溯、测试可重复以及正确管理整个测试电芯操作。从电池充放电测试系统到电池组/模块的测量,使用NI软件运行测试有助于提前发现问题以免酿成大错、改进产品设计并确保安全性和质量。
作为电动汽车电池测试领域的专家,NI还给出了实验室管理的建议。
打造卓越的电池实验室策略:
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在设计过程的早期阶段使用闭环仿真系统进行测试,可加快设计进度、扩大测试覆盖范围并提高电池质量和安全性
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通过集成第三方电力电子和测试单元扩展设备来管理现有资本投资
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通过灵活的系统架构快速满足新的测试要求,轻松添加测量、数据采集点和设备
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使用数据管理和分析软件来管理实验室效率并优化电池性能
跑赢电池测试,NI收购了这家圈内实力厂商
为了向市场提供更全面的解决方案,NI收购了NH研究公司(NHR),NHR是电动汽车和电池等高功率测试和测量应用的领导厂商,这将扩展NI在电动汽车功率级测试领域的能力。
在NHR的帮助下,NI引入了电池测试、电池仿真测试、网格仿真器以及交流/直流负载和电源测试的能力。NHR的电力测试设备性能、模块化、安全性、灵活性和可扩展性与NI现有的电池测试解决方案互为补充。
鉴于NI已提供了适用于自动化并定制测试和数据分析的测量能力和软件,与NHR的整合完善了在完全软件互联的工具链中测试电池或电池相关系统所需的电力电子技术,适用于以下应用:
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大功率电池模组和电池组测试-通过精确处理进出电池的功率(循环),模拟运行状态,便于工程师测试电池。根据加速、制动、充电、环境条件等配置文件,工程师可以验证电池的续航里程和性能,直至最后一英里。他们还测试了可提高整个电动汽车传动系统的安全性和性能的算法。
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电池仿真-通过使用电力电子设备模拟电池以任何所需方式运行,工程师可以测试电池、逆变器、电机、车载充电器,甚至是全驱动单元是否良好满足控制、安全和耐用性要求。
未来,NI软件互联的电动汽车测试平台与NHR的功率转换和电气化测试系统专业知识有效结合,将有助于快速响应不断变化的测试需求,并共同帮助工程师应对测试挑战。我们旨在帮助电动汽车制造商加速产品开发,更快地将产品推向市场,从而实现其目标和承诺。