電池是電動(dòng)汽車 (EV) 最重要的部件。為了確保電池符合其操作使用的性能規(guī)范，必須進(jìn)行電氣性能測(cè)試。這項(xiàng)測(cè)試的難點(diǎn)在于：EV電池是大功率設(shè)備，測(cè)試EV電池時(shí)需要使用合適的功率儀器制定嚴(yán)格和精確的測(cè)試方案。本文將概述EV電池測(cè)試中最關(guān)鍵的測(cè)試，并介紹一些儀器選項(xiàng)，以幫助實(shí)現(xiàn)高效、簡(jiǎn)化的解決方案。

EV電池制造過程

最常用的電動(dòng)汽車電池類型是鋰離子電池，因其能量密度高，并且能量可被快速提取用于車輛加速。電池的性能是決定電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的重要因素。

在制造過程中，通過測(cè)試電池來獲得最佳性能至關(guān)重要。（圖1）展示了鋰離子電池制造過程的各個(gè)步驟。制造商將大量鋰離子電池以特定的串并聯(lián)方式進(jìn)行組合。最后一步需要通過化成和老化來調(diào)整電池?；珊屠匣^程涉及對(duì)電池充放電以穩(wěn)定內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)。該過程需要以不同的速率重復(fù)充電和放電。諸如可編程直流電源和可編程直流電子儀器之類的功率儀器可執(zhí)行必要的測(cè)試。

（圖1）鋰離子電池制造過程概覽

EV電池測(cè)試方法

電池最關(guān)鍵的性能測(cè)試是其放電和充電測(cè)試。放電時(shí)間決定了電池在一定距離內(nèi)為車輛提供動(dòng)力的能力。電池的充電時(shí)間決定了電池的健康狀態(tài)以及充電速度。

另一項(xiàng)測(cè)試是電化學(xué)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，用于測(cè)量電池的健康狀態(tài) (SoH)。該測(cè)試評(píng)估電池的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。（圖2）展示了滿容量電池與只有70%容量的電池對(duì)脈沖的響應(yīng)比較。

（圖2）電化學(xué)動(dòng)態(tài)響應(yīng)

可編程直流電子負(fù)載滿足EV電池放電的要求。直流電子負(fù)載可以不同的速率對(duì)電池放電。一種有代表性的放電率是基于電動(dòng)汽車在穩(wěn)定速度下（通常是在高速公路上行駛時(shí)）所消耗的功率水平。該放電率預(yù)計(jì)約為20至30kW。具有適當(dāng)容量的電子負(fù)載可以汲取由驅(qū)動(dòng)功率/電池電壓表示的可變電流。當(dāng)電子負(fù)載的電壓降至制造商建議的完全放電水平時(shí)，電子負(fù)載應(yīng)自行與電池?cái)嚅_連接。（圖3）說明了電池放電的測(cè)試電路。

進(jìn)行電化學(xué)動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試時(shí)，您需要一個(gè)可以產(chǎn)生脈沖負(fù)載的電子負(fù)載。如果選擇具有此功能的負(fù)載，就無需結(jié)合使用外部電路和負(fù)載來形成脈沖。

（圖3）用電子負(fù)載為電池放電

可編程直流電源滿足為電池充電的要求。一開始，電源必須使用恒定電流為放電電池充電。當(dāng)電池電壓達(dá)到制造商規(guī)定的充電閾值水平時(shí)，電源應(yīng)切換至恒壓模式。最后，當(dāng)電池汲取的電流降至電池額定電流的3%以下時(shí)，電源應(yīng)停止提供充電能量并終止充電循環(huán)。

電池制造商建議以0.5C到1C的充電率為鋰離子電池充電。1C的充電率相當(dāng)于用1A電流充電1小時(shí)。EV電池制造商以Wh為單位來評(píng)定電池容量。例如，額定功率為1kWh、額定電壓為400V的電池，其Ah額定值相當(dāng)于1kWh/400V=2.5Ah。因此，該電池的1C充電率是指以2.5A的充電電流充電1小時(shí)。0.5C充電率是指以 1.25A電流充電2小時(shí)。

（圖4）展示了電池充電電路。由于傳統(tǒng)的單象限電源會(huì)被流入電源的電流損壞，因此我們建議使用一個(gè)二極管來確保電池不能向電源放電。

（圖4）用電源為EV電池充電

二極管可防止電池電流流入并損壞電源

選用尺寸合適的功率儀器

目前市場(chǎng)上的EV電池的工作電壓在200V到800V之間。新型電池的電壓范圍趨向于400V至800V的更高電壓范圍，以提供更大的功率、更小的載流電纜、更長(zhǎng)的行駛距離和更快的充電速度。因此，您的功率儀器的額定電壓應(yīng)高于待測(cè)電池的最大電壓。您甚至可能希望電壓容量高于800V，因?yàn)槲磥淼囊恍┸囆涂赡軙?huì)使用高達(dá)1200V的電壓。

家用電動(dòng)汽車的EV電池功率從16kWh到100kWh不等。電池制造商通常建議以0.5C到1C的充電率為鋰離子電池充電。因此，根據(jù)待測(cè)電池的容量，直流功率儀器的額定功率應(yīng)至少為1C。如果您要測(cè)試容量非常大的電池，則需要最低16kW、最高100kW的額定功率。

以電壓高達(dá)1200V、功率高達(dá)100kW 的直流電源和電子負(fù)載為例。如需功率超過30kW，您可能需要并聯(lián)電源和并聯(lián)負(fù)載，才能獲得所需的功率。

替代解決方案

電源和電子負(fù)載的替代測(cè)試解決方案是一款單一儀器，即雙向直流電源。雙向直流電源是一種雙象限儀器，既可以拉電也可以灌電。作為電源，直流電源可以提供電流并為電池充電。作為負(fù)載，雙向可編程直流電源可以灌電并充當(dāng)電池負(fù)載。（圖5）展示了單臺(tái)儀器用于電池充放電測(cè)試的解決方案。該解決方案可以將電流從拉電模式無縫轉(zhuǎn)換到灌電模式，因此無需使用額外電路來保護(hù)電源免受反向電流的影響。

（圖5）使用雙向可編程直流電源為電池充電和放電

EA Elektro-Automatik提供適合EV電池測(cè)試的雙向可編程直流電源。請(qǐng)參見EA-PUB 10000 6U和雙向可編程直流電源

EA-PUB 10000 6U

EA雙向可編程直流電源

其重要特性包括：

·真正的寬范圍輸出特性，可適應(yīng)電池電壓下降時(shí)增加的負(fù)載電流消耗。

·內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器，可為電化學(xué)動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試生成負(fù)載脈沖波形。

·在單個(gè)6U機(jī)殼下提供60kW的功率。任何其他功率儀器制造商均無法在如此小的外殼下提供如此高的功率。功率高達(dá)60kW，只需單臺(tái)儀器即可提供完整的充放電解決方案。

·用主-從總線并聯(lián)多臺(tái)儀器以簡(jiǎn)化互連和控制，用共享總線接口確保所有儀器均等的共用電源或負(fù)載。

·能量可回收，以96%的效率將吸收的能量回饋到電網(wǎng)。

·使用多種接口接入電腦或 PLC 進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。

EV電池測(cè)試解決方案的開創(chuàng)者

EA Elektro-Automatik為EV電池測(cè)試提供可靠的可編程產(chǎn)品，受到眾多客戶的青睞，如NI（ EV 電池測(cè)試的創(chuàng)新者）。