全方位測試：優(yōu)化電動汽車電池設(shè)計的關(guān)鍵路徑

從內(nèi)燃機（ICE）向使用清潔能源的電動汽車（EV）轉(zhuǎn)型，需要大量的技術(shù)投入，才能推動電動汽車在市場上廣泛普及。

是德科技產(chǎn)品營銷經(jīng)理Brian Whitaker

此外，越來越多的國家宣布了逐步淘汰或者限制傳統(tǒng)內(nèi)燃機的計劃。受到政策驅(qū)使，EV 生態(tài)系統(tǒng)亟需快速發(fā)展壯大。相應(yīng)地，這種需求也對電動汽車的電池測試方法提出了更高要求，要求電池測試更加高效。

隨著電動汽車市場的快速增長，動力電池等汽車核心部件的需求也在不斷擴大。作為電動汽車的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一，動力電池是持續(xù)實現(xiàn)交通系統(tǒng)電氣化的關(guān)鍵所在。

業(yè)界的目標(biāo)是使用快速、經(jīng)濟高效和節(jié)能的工藝來開發(fā)電動汽車電池，以提高電池的耐用性、功率密度和運行安全。

影響電池設(shè)計的一個重要因素是性能測試。這個關(guān)鍵過程涵蓋了設(shè)計、生產(chǎn)和系統(tǒng)集成等環(huán)節(jié)，目的是為了確保所有進入市場的電動汽車電池在安全性和運行性能方面發(fā)揮出最佳表現(xiàn)。

如果不采用最新的測試系統(tǒng)和測試方法，電動汽車的電池測試不僅會成本高，還會非常耗時。在整個電池設(shè)計過程中，采用最佳實踐方法和先進技術(shù)可以幫助客戶快速、輕松地解決各種設(shè)計難題。

本文將重點探討以下內(nèi)容：

●   如何通過投資端到端的電動汽車電池測試系統(tǒng)，來提高電動汽車電池設(shè)計的質(zhì)量和性能。

●   這些系統(tǒng)如何在不影響續(xù)航性能、功率密度和安全性的前提下，幫助客戶加快產(chǎn)品上市速度、降低運營成本。

加快新產(chǎn)品上市速度

測試和驗證電動汽車電池對于確保產(chǎn)品上市后具有出色的性能和安全性至關(guān)重要。在研發(fā)（R&D）階段進行全面測試還可以加快新產(chǎn)品上市速度、提高成本效益?？蛻敉ㄟ^執(zhí)行內(nèi)部測試（In-House Testing）便可以發(fā)現(xiàn)電池的性能問題，進而縮短新產(chǎn)品上市時間，有利于確保電動汽車電池供應(yīng)鏈的穩(wěn)定。

圖1 電池測試實驗室示例

執(zhí)行內(nèi)部測試（In-House Testing）

現(xiàn)階段，測試機構(gòu)的排期比以往任何時候都更加繁忙，因此等待的時間會更長，這也意味著設(shè)計人員的測試需求會被延誤。如果依賴外部測試機構(gòu)，開發(fā)時間動輒會延長幾個星期，讓企業(yè)在競爭中處于不利地位。

企業(yè)購買自己在內(nèi)部使用的測試設(shè)備，能夠極大地縮短測試等待時間。通過合理規(guī)劃和安排內(nèi)部測試，企業(yè)能夠在更短的時間內(nèi)得到關(guān)于最新設(shè)計原型的完整性能數(shù)據(jù)。

購買這些設(shè)備看似需要較高的資金投入，但在競爭日趨激烈的環(huán)境下，節(jié)省下來的時間能夠為企業(yè)帶來非?？捎^的投資回報。

發(fā)現(xiàn)性能和安全隱患

性能不佳所帶來的影響務(wù)必要考慮清楚。跳過非強制性測試可能會導(dǎo)致遺漏性能或安全隱患。一旦產(chǎn)品需要召回，傳導(dǎo)至生產(chǎn)過程的代價更為嚴重。糾正問題的過程會極大地影響將完好的終端產(chǎn)品成功推向市場的時間。在市場發(fā)展如此快速的當(dāng)下，這樣的延誤是不被容許的。

在早期的設(shè)計和生產(chǎn)階段，跳過測試環(huán)節(jié)看起來像是走了捷徑。然而，這種策略實際上具有很高的風(fēng)險。如果隱患一直未被發(fā)現(xiàn)和排除，可能會嚴重推遲新產(chǎn)品的上市時間。

降低運營成本

精心設(shè)計的測試實驗室可以幫助電動汽車電池研發(fā)團隊顯著節(jié)約運營成本。

高性能的先進電池測試系統(tǒng)甚至可以實現(xiàn)高達 96% 的能效。剩余的 4% 可用能源會返回電網(wǎng)，服務(wù)其他用途。

這種技術(shù)可以從兩個方面幫助工作繁忙的研發(fā)實驗室降低運營成本：前期主要通過改進冷卻基礎(chǔ)設(shè)施的安裝，后期則主要通過持續(xù)大幅降低能源成本。

改進實驗室的運營效率

全球電動汽車銷量不斷攀升，在 2023 年達到 1,360 萬輛，比 2022 年增加了 31%。如此大規(guī)模的銷量增長需要大量的測試提供支撐，而執(zhí)行這些測試會在相當(dāng)長的時間內(nèi)占用大量的設(shè)備。隨著市場的快速發(fā)展和電動汽車銷量的增長，冗長的測試流程可能會導(dǎo)致設(shè)計瓶頸，延誤新產(chǎn)品上市時間。

上述所有測試需要高效管理和評估海量數(shù)據(jù)的能力。而有效管理大量測試數(shù)據(jù)的方法之一是，選擇可以提供完整數(shù)據(jù)和可追溯功能的實驗室操作軟件。此外，應(yīng)用軟件還可以提供數(shù)據(jù)分析工具和工作流管理功能，提高測試實驗室的效率。

明確電池設(shè)計人員的測試要求

模塊化和靈活性有助于打造精益的流程，助力電池設(shè)計人員、研發(fā)工作室和小型初創(chuàng)企業(yè)快速設(shè)計高品質(zhì)的電池。

在上游設(shè)計階段進行投入，其效益會體現(xiàn)在最終產(chǎn)品的質(zhì)量上。必須在這個階段以經(jīng)濟高效的方式快速、準(zhǔn)確地糾正設(shè)計缺陷。充電/放電平臺和電池循環(huán)壽命檢測裝置等測試系統(tǒng)必須快速評測和驗證設(shè)計，才能提供全面的數(shù)據(jù)，幫助設(shè)計人員進行后續(xù)優(yōu)化。

理想情況下，測試設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有設(shè)計緊湊的外形尺寸，并能夠隨著電池需求的變化和容量的增長部署不同的通道配置。

圖2 電動汽車的電池單元

復(fù)雜的系統(tǒng)測試

除了功率電子器件，客戶還應(yīng)該考慮很多其他測試場景，例如使用電池管理系統(tǒng)和人工氣候?qū)嶒炇以诓煌瑲夂驐l件下測試原型設(shè)計。

測試場景涵蓋以下方面：

●   功能、老化、環(huán)境和性能測試。

●   標(biāo)準(zhǔn)化和合規(guī)性測試（例如 ISO、DIN、EN、SAE）。

●   內(nèi)阻、電荷、能量、容量、效率、耐用性和使用年限、溫度特性和機械阻力測試。

●   耐用性、續(xù)航里程和效率分析。

●   電化學(xué)阻抗測量和循環(huán)伏安法測量。

通過動態(tài)控制這些變量，測試工程師能夠在無需用戶干預(yù)的情況下設(shè)置和更改相關(guān)測試參數(shù)。這些額外的數(shù)據(jù)必須在測試期間完成評估，不需要后期處理。測試系統(tǒng)必須清楚地顯示數(shù)據(jù)，以便用戶判斷測試是否正常運行，或者是否有必要終止測試。

因此，測試軟件必須能夠同步控制測試環(huán)境中的所有組件，同時在執(zhí)行余下的測試工作期間，記錄測量值以及使用的變量。

結(jié)論

顯然，在電動汽車電池測試方面進行投入不僅有技術(shù)上的需求，也是瞄準(zhǔn)未來交通出行進行決策部署的戰(zhàn)略需要。通過采用先進的測試方法，制造商能提高電動汽車電池的安全性、效率和使用壽命，從而支持電動汽車市場的快速增長，這一點至關(guān)重要。

此舉不僅契合全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，還讓制造商走在了科技創(chuàng)新的最前沿，能夠成竹在胸地應(yīng)對消費者和監(jiān)管機構(gòu)不斷變化的需求。通過優(yōu)先采用先進的電池測試，制造商為推動交通出行領(lǐng)域的創(chuàng)新鋪平了道路。這些創(chuàng)新將推動電動汽車在易用性、可靠性和生態(tài)環(huán)保等方面實現(xiàn)大幅提升。