新能源車的電池，應(yīng)該這樣測！
2024-7-3 12:03:05??????點擊：
作為新能源汽車的核心部件，電池的性能和安全性直接影響整車的效率、續(xù)航能力以及用戶體驗。因此，科學(xué)而系統(tǒng)的電池測試方法顯得尤為重要。通過精確的測試方法，可以全面評估電池的充放電性能、循環(huán)壽命、熱管理特性等關(guān)鍵參數(shù)，確保電池在實際使用中的穩(wěn)定性和安全性。有效的電池測試不僅有助于提升新能源汽車的整體性能，還能預(yù)防潛在的安全隱患，推動整個新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，深入了解并應(yīng)用新能源電池的測試方法，對于新能源汽車技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。
從測試說起
測試是一門跨多個專業(yè)的科學(xué)，工程師需要了解軟件、硬件、材料、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、產(chǎn)品的開發(fā)流程與業(yè)務(wù)知識及各種設(shè)備的使用方法。
一般而言，電子電氣系統(tǒng)測試可分為3個層級：
部件級測試：對單個部件進行功能和性能的驗證與確認；
系統(tǒng)級測試：對由多個部件所組成的系統(tǒng)進行功能和性能的驗證與確認；
整車級測試：對整車級功能和性能進行驗證與確認。
述測試活動可以按照測試的重點或目的分為以下類型：
功能測試；
性能測試；
可靠性測試與EMC測試；
臺架測試與整車測試；
模型在環(huán)測試、軟件在環(huán)測試與硬件在環(huán)測試；
手動測試與自動測試；
研發(fā)測試與生產(chǎn)下線測試等。
而在新能源汽車三電電池包、電驅(qū)、電控中，主要有以下主要測試項目：
電芯（cell）、模組（Mould）、電池包（pack）常見測試項目
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作為新能源汽車的核心部件，電池的性能和安全性直接影響整車的效率、續(xù)航能力以及用戶體驗。因此，科學(xué)而系統(tǒng)的電池測試方法顯得尤為重要。通過精確的測試方法，可以全面評估電池的充放電性能、循環(huán)壽命、熱管理特性等關(guān)鍵參數(shù)，確保電池在實際使用中的穩(wěn)定性和安全性。有效的電池測試不僅有助于提升新能源汽車的整體性能，還能預(yù)防潛在的安全隱患，推動整個新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，深入了解并應(yīng)用新能源電池的測試方法，對于新能源汽車技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。
從測試說起
測試是一門跨多個專業(yè)的科學(xué)，工程師需要了解軟件、硬件、材料、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、產(chǎn)品的開發(fā)流程與業(yè)務(wù)知識及各種設(shè)備的使用方法。
一般而言，電子電氣系統(tǒng)測試可分為3個層級：
部件級測試：對單個部件進行功能和性能的驗證與確認；
系統(tǒng)級測試：對由多個部件所組成的系統(tǒng)進行功能和性能的驗證與確認；
整車級測試：對整車級功能和性能進行驗證與確認。
述測試活動可以按照測試的重點或目的分為以下類型：
功能測試；
性能測試；
可靠性測試與EMC測試；
臺架測試與整車測試；
模型在環(huán)測試、軟件在環(huán)測試與硬件在環(huán)測試；
手動測試與自動測試；
研發(fā)測試與生產(chǎn)下線測試等。
而在新能源汽車三電電池包、電驅(qū)、電控中，主要有以下主要測試項目：
電芯（cell）、模組（Mould）、電池包（pack）常見測試項目
電池：從手動測試到自動化測試
電池測試項目主要包括：
物理性能的測試：如尺寸、重量、密度、外觀、氣密等；
電化學(xué)性能測試：如充放電、耐壓、內(nèi)阻等；
環(huán)境適應(yīng)性測試：如高低溫、溫度循環(huán)、溫度沖擊、濕度、鹽霧、機械沖擊、振動等；
安全性測試：針刺、火燒、過充、過放等。
縱觀近幾年，眾多電池企業(yè)紛紛為新品賦予非常“引人注目”的名字，如“4680”、“頂流”、“M3P”、“短刀”“凝聚態(tài)”，從而讓主機廠至終端用戶均能迅速識別品牌標(biāo)識。
要實現(xiàn)電池產(chǎn)品的差異化創(chuàng)新，不僅僅依賴于基礎(chǔ)研發(fā)人員對材料特性的深入研究和創(chuàng)新思維的發(fā)揮，更離不開更高效有力的檢測。
除了安全之外，還有一個由時間、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和資源組成的巨大金錢三角，它產(chǎn)生了電動汽車電池測試的三大挑戰(zhàn)：
如果電池測試能力和專業(yè)知識不足，測試需要很長時間才能完成。這會延長生產(chǎn)周期并影響產(chǎn)量；
測試過程會生成大量數(shù)據(jù)，尤其是在集成不同站點的生產(chǎn)環(huán)境中，測量和數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確；
電動汽車電池測試是應(yīng)用驅(qū)動的，因為鋰離子電池、電池和模塊需要以電動汽車的使用方式進行測試。因此需要重新配置電池測試設(shè)備，以模擬不同應(yīng)用并適應(yīng)電池產(chǎn)品的變化。這意味著需要進行大量資本投資，既要投資正在使用的電動汽車電池測試設(shè)備，也要投資不同測試夾具的集成，以適應(yīng)這些變化。
關(guān)乎電池質(zhì)量主要包括以下幾個關(guān)鍵測試：
一、開路電壓 (OCV) 測量
電池通過儲存能量，在正負極端子之間形成電壓電勢，這種能量在電路中得以應(yīng)用。當(dāng)電池未接入任何電路時，該電勢被稱為開路電壓（OCV），這一數(shù)值直接體現(xiàn)了電池的充電狀態(tài)，是量化電池所含能量的重要指標(biāo)。
在電池的充電與放電過程中，OCV 會產(chǎn)生變化。為了確保電池在使用過程中既不過度充電也不過度放電，我們需要在這一過程中對電池狀態(tài)進行監(jiān)控。電池在制造過程中，需要經(jīng)過多次的充放電循環(huán)，其中OCV的監(jiān)測是驗證過程及最終應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于由大量電芯組成的電池組，通常會配備管理芯片，用于追蹤電芯及模塊的OCV，從而報告其狀態(tài)。
當(dāng)電池與負載斷開連接時，其內(nèi)部仍會有微量的電流流動，這種現(xiàn)象被稱為自放電電流。電池電芯的OCV在一般情況下保持相對穩(wěn)定，但在數(shù)周的時間內(nèi)，可能會出現(xiàn)數(shù)十至數(shù)百微伏的細微變化。對于質(zhì)量欠佳的電池，這一變化可能會更為明顯。通過OCV測量，我們可以檢測電池的自放電情況，并識別出有缺陷的電芯。
OCV的測量方法相對簡單，如下圖所示，只需將數(shù)字萬用表（DMM）直接連接到電池上，即可測量其直流電壓。
對于只需要確認 OCV 的應(yīng)用，任何 6位半 DMM 都可以勝任這項工作。對于自放電測試之類的應(yīng)用，需要檢測電壓的微小變化，將需要一個精度更高的（7位半）DMM。
例如，對于質(zhì)量良好的電芯，在四周內(nèi)自放電引起的電荷損失通常較小，一般在幾毫伏到幾十毫伏的范圍內(nèi)。然而，對于失效或有缺陷的電芯，這種損失可能達到幾百毫伏。每天就可能損失幾微伏。對 3.7 V 電芯執(zhí)行 OCV測量，一臺典型的 6位半 DMM 在 1 年校準(zhǔn)中存在 142 μV 的誤差。然而，7位半 DMM 在同等條件下存在 63.8 μV 的誤差。
二、內(nèi)阻和負載電阻
電池可被視為一個蘊含能量的容器。在能量需求時，通過連接電路使能量得以釋放。然而，此比喻未涵蓋電池內(nèi)阻這一關(guān)鍵因素。更為恰當(dāng)?shù)谋扔魇牵姵厝缤粋€裝滿水的水瓶。當(dāng)水瓶倒置時，水流受到瓶口或瓶頸的限制而無法自由流動。類似地，電池內(nèi)阻由于老化、材料質(zhì)量或結(jié)構(gòu)缺陷等因素，會阻礙能量的順暢傳遞。這種內(nèi)阻既包含電阻成分，也涉及電容成分，因此測量起來較為復(fù)雜。
與開路電壓（OCV）類似，內(nèi)阻是電池質(zhì)量和其性能隨時間變化的重要指標(biāo)。內(nèi)阻較高的電池效率較低，且更容易失效。過高的內(nèi)阻在電池工作過程中還會產(chǎn)生過多熱量，若發(fā)生熱失控，將帶來極大的安全隱患。因此，在使用前對內(nèi)阻進行測量，有助于識別可能存在失效風(fēng)險的電芯。以鋰離子電池為例，質(zhì)量良好的電芯內(nèi)阻可低至100 m?，而質(zhì)量不佳或已失效的電芯內(nèi)阻可能高達數(shù)百毫歐。評估內(nèi)阻的方法多種多樣，旨在全面評估電池性能的不同方面。
三、電化學(xué)阻抗譜 (EIS)
在這個測試方法中，在一個寬頻譜（0.5 Hz 到超過 100 kHz）對電池施加交流信號（通常是幾百毫安，但在某些情況下可能是幾安）并測量電池的響應(yīng)。這個測試可能需要幾分鐘到幾小時（頻率越低，測試時間越長），但可以得出電池內(nèi)阻抗行為的全方位數(shù)據(jù)。
四、交流內(nèi)阻 (ACIR)
ACIR 是 EIS 過程的一個子集，在單一頻率（通常為 1 kHz）下進行測量。該測試表征了小信號性能，可以完美指示電池質(zhì)量，比完整的 EIS 過程速度更快。占用時間短使其成為生產(chǎn)中的熱門測試方法，每個電池都必須通過該測試。
五、直流內(nèi)阻 (DCIR)
DCIR 方法（幾安培）中使用的電流通常比 ACIR 方法 (100 mA) 大得多，更接近實際的應(yīng)用場景，因為電池經(jīng)常承受突然的高電流。電池的內(nèi)阻是電池輸出大電流能力的最大限制因素。因此，識別不能在高電流下工作的電池非常重要。
從測試說起
測試是一門跨多個專業(yè)的科學(xué)，工程師需要了解軟件、硬件、材料、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、產(chǎn)品的開發(fā)流程與業(yè)務(wù)知識及各種設(shè)備的使用方法。
一般而言，電子電氣系統(tǒng)測試可分為3個層級：
部件級測試：對單個部件進行功能和性能的驗證與確認；
系統(tǒng)級測試：對由多個部件所組成的系統(tǒng)進行功能和性能的驗證與確認；
整車級測試：對整車級功能和性能進行驗證與確認。
述測試活動可以按照測試的重點或目的分為以下類型：
功能測試；
性能測試；
可靠性測試與EMC測試；
臺架測試與整車測試；
模型在環(huán)測試、軟件在環(huán)測試與硬件在環(huán)測試；
手動測試與自動測試；
研發(fā)測試與生產(chǎn)下線測試等。
而在新能源汽車三電電池包、電驅(qū)、電控中，主要有以下主要測試項目：
電芯（cell）、模組（Mould）、電池包（pack）常見測試項目
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作為新能源汽車的核心部件，電池的性能和安全性直接影響整車的效率、續(xù)航能力以及用戶體驗。因此，科學(xué)而系統(tǒng)的電池測試方法顯得尤為重要。通過精確的測試方法，可以全面評估電池的充放電性能、循環(huán)壽命、熱管理特性等關(guān)鍵參數(shù)，確保電池在實際使用中的穩(wěn)定性和安全性。有效的電池測試不僅有助于提升新能源汽車的整體性能，還能預(yù)防潛在的安全隱患，推動整個新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，深入了解并應(yīng)用新能源電池的測試方法，對于新能源汽車技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。
從測試說起
測試是一門跨多個專業(yè)的科學(xué)，工程師需要了解軟件、硬件、材料、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、產(chǎn)品的開發(fā)流程與業(yè)務(wù)知識及各種設(shè)備的使用方法。
一般而言，電子電氣系統(tǒng)測試可分為3個層級：
部件級測試：對單個部件進行功能和性能的驗證與確認；
系統(tǒng)級測試：對由多個部件所組成的系統(tǒng)進行功能和性能的驗證與確認；
整車級測試：對整車級功能和性能進行驗證與確認。
述測試活動可以按照測試的重點或目的分為以下類型：
功能測試；
性能測試；
可靠性測試與EMC測試；
臺架測試與整車測試；
模型在環(huán)測試、軟件在環(huán)測試與硬件在環(huán)測試；
手動測試與自動測試；
研發(fā)測試與生產(chǎn)下線測試等。
而在新能源汽車三電電池包、電驅(qū)、電控中，主要有以下主要測試項目：
電芯（cell）、模組（Mould）、電池包（pack）常見測試項目
電池：從手動測試到自動化測試
電池測試項目主要包括：
物理性能的測試：如尺寸、重量、密度、外觀、氣密等；
電化學(xué)性能測試：如充放電、耐壓、內(nèi)阻等；
環(huán)境適應(yīng)性測試：如高低溫、溫度循環(huán)、溫度沖擊、濕度、鹽霧、機械沖擊、振動等；
安全性測試：針刺、火燒、過充、過放等。
縱觀近幾年，眾多電池企業(yè)紛紛為新品賦予非常“引人注目”的名字，如“4680”、“頂流”、“M3P”、“短刀”“凝聚態(tài)”，從而讓主機廠至終端用戶均能迅速識別品牌標(biāo)識。
要實現(xiàn)電池產(chǎn)品的差異化創(chuàng)新，不僅僅依賴于基礎(chǔ)研發(fā)人員對材料特性的深入研究和創(chuàng)新思維的發(fā)揮，更離不開更高效有力的檢測。
除了安全之外，還有一個由時間、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和資源組成的巨大金錢三角，它產(chǎn)生了電動汽車電池測試的三大挑戰(zhàn)：
如果電池測試能力和專業(yè)知識不足，測試需要很長時間才能完成。這會延長生產(chǎn)周期并影響產(chǎn)量；
測試過程會生成大量數(shù)據(jù)，尤其是在集成不同站點的生產(chǎn)環(huán)境中，測量和數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確；
電動汽車電池測試是應(yīng)用驅(qū)動的，因為鋰離子電池、電池和模塊需要以電動汽車的使用方式進行測試。因此需要重新配置電池測試設(shè)備，以模擬不同應(yīng)用并適應(yīng)電池產(chǎn)品的變化。這意味著需要進行大量資本投資，既要投資正在使用的電動汽車電池測試設(shè)備，也要投資不同測試夾具的集成，以適應(yīng)這些變化。
關(guān)乎電池質(zhì)量主要包括以下幾個關(guān)鍵測試：
一、開路電壓 (OCV) 測量
電池通過儲存能量，在正負極端子之間形成電壓電勢，這種能量在電路中得以應(yīng)用。當(dāng)電池未接入任何電路時，該電勢被稱為開路電壓（OCV），這一數(shù)值直接體現(xiàn)了電池的充電狀態(tài)，是量化電池所含能量的重要指標(biāo)。
在電池的充電與放電過程中，OCV 會產(chǎn)生變化。為了確保電池在使用過程中既不過度充電也不過度放電，我們需要在這一過程中對電池狀態(tài)進行監(jiān)控。電池在制造過程中，需要經(jīng)過多次的充放電循環(huán)，其中OCV的監(jiān)測是驗證過程及最終應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于由大量電芯組成的電池組，通常會配備管理芯片，用于追蹤電芯及模塊的OCV，從而報告其狀態(tài)。
當(dāng)電池與負載斷開連接時，其內(nèi)部仍會有微量的電流流動，這種現(xiàn)象被稱為自放電電流。電池電芯的OCV在一般情況下保持相對穩(wěn)定，但在數(shù)周的時間內(nèi)，可能會出現(xiàn)數(shù)十至數(shù)百微伏的細微變化。對于質(zhì)量欠佳的電池，這一變化可能會更為明顯。通過OCV測量，我們可以檢測電池的自放電情況，并識別出有缺陷的電芯。
OCV的測量方法相對簡單，如下圖所示，只需將數(shù)字萬用表（DMM）直接連接到電池上，即可測量其直流電壓。
對于只需要確認 OCV 的應(yīng)用，任何 6位半 DMM 都可以勝任這項工作。對于自放電測試之類的應(yīng)用，需要檢測電壓的微小變化，將需要一個精度更高的（7位半）DMM。
例如，對于質(zhì)量良好的電芯，在四周內(nèi)自放電引起的電荷損失通常較小，一般在幾毫伏到幾十毫伏的范圍內(nèi)。然而，對于失效或有缺陷的電芯，這種損失可能達到幾百毫伏。每天就可能損失幾微伏。對 3.7 V 電芯執(zhí)行 OCV測量，一臺典型的 6位半 DMM 在 1 年校準(zhǔn)中存在 142 μV 的誤差。然而，7位半 DMM 在同等條件下存在 63.8 μV 的誤差。
二、內(nèi)阻和負載電阻
電池可被視為一個蘊含能量的容器。在能量需求時，通過連接電路使能量得以釋放。然而，此比喻未涵蓋電池內(nèi)阻這一關(guān)鍵因素。更為恰當(dāng)?shù)谋扔魇牵姵厝缤粋€裝滿水的水瓶。當(dāng)水瓶倒置時，水流受到瓶口或瓶頸的限制而無法自由流動。類似地，電池內(nèi)阻由于老化、材料質(zhì)量或結(jié)構(gòu)缺陷等因素，會阻礙能量的順暢傳遞。這種內(nèi)阻既包含電阻成分，也涉及電容成分，因此測量起來較為復(fù)雜。
與開路電壓（OCV）類似，內(nèi)阻是電池質(zhì)量和其性能隨時間變化的重要指標(biāo)。內(nèi)阻較高的電池效率較低，且更容易失效。過高的內(nèi)阻在電池工作過程中還會產(chǎn)生過多熱量，若發(fā)生熱失控，將帶來極大的安全隱患。因此，在使用前對內(nèi)阻進行測量，有助于識別可能存在失效風(fēng)險的電芯。以鋰離子電池為例，質(zhì)量良好的電芯內(nèi)阻可低至100 m?，而質(zhì)量不佳或已失效的電芯內(nèi)阻可能高達數(shù)百毫歐。評估內(nèi)阻的方法多種多樣，旨在全面評估電池性能的不同方面。
三、電化學(xué)阻抗譜 (EIS)
在這個測試方法中，在一個寬頻譜（0.5 Hz 到超過 100 kHz）對電池施加交流信號（通常是幾百毫安，但在某些情況下可能是幾安）并測量電池的響應(yīng)。這個測試可能需要幾分鐘到幾小時（頻率越低，測試時間越長），但可以得出電池內(nèi)阻抗行為的全方位數(shù)據(jù)。
四、交流內(nèi)阻 (ACIR)
ACIR 是 EIS 過程的一個子集，在單一頻率（通常為 1 kHz）下進行測量。該測試表征了小信號性能，可以完美指示電池質(zhì)量，比完整的 EIS 過程速度更快。占用時間短使其成為生產(chǎn)中的熱門測試方法，每個電池都必須通過該測試。
五、直流內(nèi)阻 (DCIR)
直流內(nèi)阻 (DCIR)，也稱為脈沖表征。在這種方法中，只測量電阻成分，因為我們假設(shè)電池由理想的開路電壓和串聯(lián)電阻表示，如下圖所示。
DCIR 方法（幾安培）中使用的電流通常比 ACIR 方法 (100 mA) 大得多，更接近實際的應(yīng)用場景，因為電池經(jīng)常承受突然的高電流。電池的內(nèi)阻是電池輸出大電流能力的最大限制因素。因此，識別不能在高電流下工作的電池非常重要。
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