儲(chǔ)能系統(tǒng)測(cè)試是當(dāng)今的熱門(mén)話題。通常被稱(chēng)為“電池測(cè)試”，它的范圍從小型便攜式電池到電動(dòng)汽車(chē) （EV） 中使用的較大電池，再到所謂的“固定應(yīng)用”中用于高能量供應(yīng)的備用系統(tǒng)中的電池。根據(jù)這些系統(tǒng)的具體環(huán)境和制造周期階段，泰克吉時(shí)利為市場(chǎng)提供測(cè)試解決方案，例如那些旨在滿足為 EV OEM 設(shè)計(jì)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng) （ATE） 的系統(tǒng)集成商的緊迫需求的解決方案。隨著技術(shù)的進(jìn)步，我們將繼續(xù)在各種測(cè)試用例和生產(chǎn)質(zhì)量要求方面積累經(jīng)驗(yàn)。

安全、性能和系統(tǒng)管理

“電池測(cè)試”的范圍非常廣泛，從便攜式設(shè)備中最小可能電池的表征到在 1，000 V 甚至更高電壓下運(yùn)行的大型車(chē)輛電池。電池系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)至關(guān)重要。如今，鋰離子電池因其高能量和功率密度而成為電動(dòng)汽車(chē)中最常用的類(lèi)型之一?！半姵亍庇胁煌拿?，具體取決于市場(chǎng)環(huán)境。例如，在汽車(chē)中，根據(jù)車(chē)輛的集成狀態(tài)，如果您提到電池制造、模塊或電池組制造，作為被測(cè)設(shè)備的 EV 電池和相關(guān)測(cè)試程序可能會(huì)有所不同。

電池通常是單個(gè)電化學(xué)裝置，單個(gè)存儲(chǔ)單元的范圍通常不超過(guò)最大 5 V。該模塊由幾個(gè)連接的單元和一些其他電子設(shè)備組成，以控制整個(gè)系統(tǒng)。模塊以某種方式打包，因此測(cè)試通常將整個(gè)事物作為單個(gè)元素進(jìn)行。一個(gè)包是由幾個(gè)模塊組成的更大的元件，再次通過(guò)一些布線連接，并在板上具有更復(fù)雜的控制和通信電子設(shè)備，以與其他處理單元通信，例如車(chē)輛。

如前所述，測(cè)試單元與測(cè)試模塊或測(cè)試包不同，并且測(cè)試設(shè)置在制造價(jià)值鏈的每個(gè)階段都可能有所不同。測(cè)試最終會(huì)因所使用的測(cè)試方法而不同，例如阻抗測(cè)量。

泰克吉時(shí)利為測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供涵蓋電氣測(cè)試的解決方案，專(zhuān)注于在復(fù)雜的 ATE 中需要潛在電壓、電流和電阻測(cè)量的任何地方，以便在電池制造（例如，電池、模塊和電池組組裝線）中進(jìn)行系統(tǒng)集成測(cè)試和最終應(yīng)用集成（例如，汽車(chē)電池管理系統(tǒng) ［BMS］ 和電池組集成）。

測(cè)試通常涉及三個(gè)主要領(lǐng)域： 安全測(cè)試，對(duì)于由以串聯(lián)/并聯(lián)拓?fù)渑帕械亩鄠€(gè)電池組合構(gòu)建的系統(tǒng)至關(guān)重要，以提供更高的功率密度；電芯/模組/pack的性能測(cè)試，與充放電循環(huán)次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、溫度等密切相關(guān)；和管理測(cè)試，當(dāng)性能優(yōu)化和 EOL 測(cè)試驗(yàn)證是關(guān)鍵時(shí)。

示例 1：電池組制造中的母線焊接阻抗安全測(cè)試工作站

組成一個(gè)電池模塊的多個(gè)電芯并聯(lián)或串聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)所需的電壓輸出。所有電池都被激光焊接到母線上，母線是一種與地面隔離的長(zhǎng)導(dǎo)體，負(fù)責(zé)承載高電流以分配來(lái)自電池的電力。VSH-母線焊接阻抗測(cè)試表征了焊縫的阻抗。焊縫中的小電阻會(huì)產(chǎn)生足夠的熱量來(lái)降解電池并導(dǎo)致早期故障或不安全的操作條件。通過(guò)在測(cè)試電池操作之前測(cè)量電阻，可以快速?gòu)纳a(chǎn)線上移除有缺陷的模塊。

電池中母線的通用表示

測(cè)量焊縫的阻抗包括在焊縫上提供電流并測(cè)量電壓以計(jì)算電阻。測(cè)試執(zhí)行速度和測(cè)量精度是測(cè)量焊接阻抗時(shí)最重要的兩個(gè)考慮因素。這可以使用源測(cè)量單元 （SMU） 來(lái)完成，例如 Keithley 2460 或 2461 型以及 3706A 型系統(tǒng)開(kāi)關(guān)和萬(wàn)用表或 DAQ6510 型數(shù)據(jù)采集和記錄萬(wàn)用表系統(tǒng)。

電池生產(chǎn)中阻抗測(cè)試自動(dòng)化系統(tǒng)的示意圖示例

2460 和 2461 型 SMU 能夠?yàn)樾枰箅娏鞯碾姵叵到y(tǒng)提供高達(dá) 7 A 的電流。焊接的阻抗可以小到幾毫歐。因此，使用足夠靈敏的儀表來(lái)測(cè)量非常小的電壓非常重要。3706A 型具有 7.5 位數(shù)字萬(wàn)用表 （DMM），可測(cè)量 100-mV 范圍內(nèi)的數(shù)十納伏。由于一個(gè)電池組的一根母線上可能有近 80 個(gè)焊縫，因此我們支持帶有可配置多通道插件模塊插槽的主機(jī)，無(wú)需重新布線。關(guān)閉每個(gè)通道進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程顯然是自動(dòng)化的，以提高速度和效率。

示例 2：電池性能測(cè)試中的內(nèi)阻測(cè)量和開(kāi)路電壓

電池的性能及其在充電和放電過(guò)程中的效率可以通過(guò)幾種不同的方式進(jìn)行評(píng)估，并查看幾個(gè)指標(biāo)。電池內(nèi)阻表征就是其中之一，它基本上意味著準(zhǔn)確地表征其在幾種充電/放電電流速率、充電狀態(tài)、溫度和其他老化指標(biāo)下的變化。

開(kāi)路電壓 （OCV） 是在足夠的休息時(shí)間（有時(shí)稱(chēng)為“松弛”）后在電池端子處測(cè)量的電壓，它是鋰離子電池單元的關(guān)鍵測(cè)量值。

OCV 也主要根據(jù)電池充電狀態(tài)而變化，而在較小程度上根據(jù)溫度而變化，它可用于創(chuàng)建電池等效模型來(lái)設(shè)計(jì) BMS，而不僅僅是評(píng)估/評(píng)估電池規(guī)格和狀況。

與空載電壓相比，當(dāng)連接負(fù)載時(shí)，電池中的內(nèi)部電阻會(huì)導(dǎo)致電池端子上的電壓降，并且可以從 OCV 測(cè)量中得出。

OCV 通常不僅僅是一個(gè)測(cè)量值，而是一組測(cè)量值。事實(shí)上，我們將其稱(chēng)為“電池的 OCV 表征”，并且我們追蹤了從充電狀態(tài)與 OCV 平面上的曲線得出的詳盡分析。

要跟蹤該曲線，您需要將電池置于特定的充電狀態(tài)，通常是使用智能電源/負(fù)載以脈沖方式對(duì)電流進(jìn)行充電或放電，等待一段時(shí)間的穩(wěn)定時(shí)間，然后在充電時(shí)測(cè)量開(kāi)路電位。電極。

像 2460 或 2461（具有 10-A 脈沖能力和數(shù)字化儀）這樣的吉時(shí)利 SMU 是執(zhí)行此測(cè)試的完美解決方案。事實(shí)上，它可以以受控方式提供或吸收電池電流，同時(shí)通過(guò)接觸檢查的四線 （Kelvin） 連接測(cè)量電池電流和電壓。所有這些都可以通過(guò)編程的嵌入式微處理器輕松自動(dòng)化和控制。

OCV 中電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性是選擇儀器的一個(gè)重要因素。在某些情況下，典型的 6 ? 位測(cè)量分辨率、熱穩(wěn)定性，但主要是 SMU 的準(zhǔn)確度都被認(rèn)為是不夠的。

出于這個(gè)原因，一些測(cè)試設(shè)置涉及一種特殊的 DMM，即 Keithley DMM7510，它已成為鋰離子電池測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。其低噪聲 32 位 A/D 轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn) 7 ? 位分辨率和計(jì)量級(jí)精度。

泰克的 Keithley DMM7510 是一款參考型 7 ? 位萬(wàn)用表，具有高精度規(guī)格，適用于必須檢測(cè)小電壓降或微小泄漏電流的情況。

示例 3：BMS 測(cè)試和碰撞開(kāi)關(guān)檢測(cè)的特殊情況

BMS 是負(fù)責(zé)執(zhí)行關(guān)鍵電池功能的特定元件，例如電池監(jiān)控、電池平衡、充電和放電控制、安全控制以及與外部單元的通信。幾位 ATE 設(shè)計(jì)人員致力于將所有需要的測(cè)試單元擠入一個(gè)緊湊且可靠的平臺(tái)，以控制 BMS 和電池之間的交互。

這些用于驗(yàn)證的 ATE 通常是模塊化元素，來(lái)自多個(gè)供應(yīng)商的項(xiàng)目組合在一起作為一個(gè)系統(tǒng)一起運(yùn)行。系統(tǒng)需要跟蹤和記錄來(lái)自電池和 BMS 的多個(gè)輸入信號(hào)。傳感單元和 I/O 通信階段確實(shí)至關(guān)重要，必須實(shí)施以進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮Y選。在某些情況下，組成系統(tǒng)的單個(gè)儀器的選擇部分由測(cè)試管理軟件環(huán)境驅(qū)動(dòng)，但一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)集成商更喜歡根據(jù) OEM 的要求設(shè)計(jì)定制解決方案，這些解決方案獨(dú)立于特定環(huán)境，授予多個(gè)自動(dòng)化驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)并行可互換且快速執(zhí)行。

要在實(shí)際電池系統(tǒng)交互之前驗(yàn)證 BMS，您可能需要模擬電池組電壓。這意味著要控制一個(gè)精確的 1，000 V（或更高）電壓源，甚至可以模擬數(shù)百個(gè)單獨(dú)的電池電壓。環(huán)境應(yīng)力室是另一個(gè)用于溫度和測(cè)試氣氛控制的關(guān)鍵子元素。從 SMU 的角度來(lái)看，吉時(shí)利 2470 型支持能夠超過(guò) 1kV 的測(cè)試能力。

例如，除了數(shù)據(jù)記錄器和采集開(kāi)關(guān)卡（例如 DAQ6510）的特定產(chǎn)品組合之外，我們現(xiàn)在將重點(diǎn)關(guān)注為 BMS 對(duì)直流快速期間低能量碰撞反應(yīng)的特定測(cè)試設(shè)置設(shè)計(jì)選擇電壓和電流脈沖器的需求收費(fèi)。

讓我們考慮一下在停車(chē)場(chǎng)中插入直流充電器的車(chē)輛發(fā)生低速碰撞的情況。BMS 將如何反應(yīng)？如何排除隔離等關(guān)鍵故障？BMS的碰撞信號(hào)可以是電壓脈沖也可以是電流脈沖，視實(shí)際情況而定。無(wú)論哪種類(lèi)型，都要求信號(hào)足夠清晰和穩(wěn)定，以抵抗干擾。我們還為我們的 AFG 提供解決方案，以模擬 CAN 總線消息通信中的錯(cuò)誤幀，以重現(xiàn)潛在的故障情況并測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)健性。

泰克的 AFG31000 系列可以通過(guò)編程來(lái)復(fù)制具有定制減損的真實(shí)世界總線信號(hào)，從而復(fù)制特定的潛在故障條件

結(jié)論

鋰離子電池的電性測(cè)量是一個(gè)非常廣泛的話題，根據(jù)應(yīng)用集成中的制造階段或測(cè)試階段，需要通過(guò)智能自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)不同要求的不同組測(cè)量。泰克歷來(lái)是示波器和探測(cè)解決方案的主要供應(yīng)商，用于測(cè)試由電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器加載時(shí)的電池行為，但泰克和吉時(shí)利的產(chǎn)品組合支持電池制造空間，特別是在高精度電阻、隔離或電壓和電流測(cè)量時(shí)必須在跨多個(gè)傳感入口點(diǎn)收集數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)施。特別是像 2470 SMU 這樣的特殊源測(cè)量單元，能夠在準(zhǔn)確測(cè)量電流的同時(shí)提供超過(guò) 1 kV 的電壓