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(jī)（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(jī)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(kuò)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(jì)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(yùn)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(jìn)入市場的電動汽車電池在安全性和運(yùn)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(jìn)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(yùn)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(jìn)行全面測試還可以加快新產(chǎn)品上市速度、提高成本效益。客戶通過執(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(jìn)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(jī)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(jī)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(qiáng)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(yán)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(yán)重推遲新產(chǎn)品的上市時間。

降低運(yùn)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(tuán)隊顯著節(jié)約運(yùn)營成本。

高性能的先進(jìn)電池測試系統(tǒng)甚至可以實現(xiàn)高達(dá) 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(yùn)營成本：前期主要通過改進(jìn)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(jìn)實驗室的運(yùn)營效率

全球電動汽車銷量不斷攀升，在 2023 年達(dá)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(jìn)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(jì)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(jìn)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(jī)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(yùn)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(jìn)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(jìn)行決策部署的戰(zhàn)略需要。通過采用先進(jìn)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(fèi)者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)不斷變化的需求。通過優(yōu)先采用先進(jìn)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。