全方位測試：優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)電池設計的關(guān)鍵路徑

從內燃機（ICE）向使用清潔能源的電動(dòng)汽車(chē)（EV）轉型，需要大量的技術(shù)投入，才能推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)在市場(chǎng)上廣泛普及。

是德科技產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Brian Whitaker

此外，越來(lái)越多的國家宣布了逐步淘汰或者限制傳統內燃機的計劃。受到政策驅使，EV 生態(tài)系統亟需快速發(fā)展壯大。相應地，這種需求也對電動(dòng)汽車(chē)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(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(cháng)，動(dòng)力電池等汽車(chē)核心部件的需求也在不斷擴大。作為電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵子系統之一，動(dòng)力電池是持續實(shí)現交通系統電氣化的關(guān)鍵所在。

業(yè)界的目標是使用快速、經(jīng)濟高效和節能的工藝來(lái)開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)電池，以提高電池的耐用性、功率密度和運行安全。

影響電池設計的一個(gè)重要因素是性能測試。這個(gè)關(guān)鍵過(guò)程涵蓋了設計、生產(chǎn)和系統集成等環(huán)節，目的是為了確保所有進(jìn)入市場(chǎng)的電動(dòng)汽車(chē)電池在安全性和運行性能方面發(fā)揮出最佳表現。

如果不采用最新的測試系統和測試方法，電動(dòng)汽車(chē)的電池測試不僅會(huì )成本高，還會(huì )非常耗時(shí)。在整個(gè)電池設計過(guò)程中，采用最佳實(shí)踐方法和先進(jìn)技術(shù)可以幫助客戶(hù)快速、輕松地解決各種設計難題。

本文將重點(diǎn)探討以下內容：

●   如何通過(guò)投資端到端的電動(dòng)汽車(chē)電池測試系統，來(lái)提高電動(dòng)汽車(chē)電池設計的質(zhì)量和性能。

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

加快新產(chǎn)品上市速度

測試和驗證電動(dòng)汽車(chē)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?？蛻?hù)通過(guò)執行內部測試（In-House Testing）便可以發(fā)現電池的性能問(wèn)題，進(jìn)而縮短新產(chǎn)品上市時(shí)間，有利于確保電動(dòng)汽車(chē)電池供應鏈的穩定。

圖1 電池測試實(shí)驗室示例

執行內部測試（In-House Testing）

現階段，測試機構的排期比以往任何時(shí)候都更加繁忙，因此等待的時(shí)間會(huì )更長(cháng)，這也意味著(zhù)設計人員的測試需求會(huì )被延誤。如果依賴(lài)外部測試機構，開(kāi)發(fā)時(shí)間動(dòng)輒會(huì )延長(cháng)幾個(gè)星期，讓企業(yè)在競爭中處于不利地位。

企業(yè)購買(mǎi)自己在內部使用的測試設備，能夠極大地縮短測試等待時(shí)間。通過(guò)合理規劃和安排內部測試，企業(yè)能夠在更短的時(shí)間內得到關(guān)于最新設計原型的完整性能數據。

購買(mǎi)這些設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，節省下來(lái)的時(shí)間能夠為企業(yè)帶來(lái)非?？捎^(guān)的投資回報。

發(fā)現性能和安全隱患

性能不佳所帶來(lái)的影響務(wù)必要考慮清楚。跳過(guò)非強制性測試可能會(huì )導致遺漏性能或安全隱患。一旦產(chǎn)品需要召回，傳導至生產(chǎn)過(guò)程的代價(jià)更為嚴重。糾正問(wèn)題的過(guò)程會(huì )極大地影響將完好的終端產(chǎn)品成功推向市場(chǎng)的時(shí)間。在市場(chǎng)發(fā)展如此快速的當下，這樣的延誤是不被容許的。

在早期的設計和生產(chǎn)階段，跳過(guò)測試環(huán)節看起來(lái)像是走了捷徑。然而，這種策略實(shí)際上具有很高的風(fēng)險。如果隱患一直未被發(fā)現和排除，可能會(huì )嚴重推遲新產(chǎn)品的上市時(shí)間。

降低運營(yíng)成本

精心設計的測試實(shí)驗室可以幫助電動(dòng)汽車(chē)電池研發(fā)團隊顯著(zhù)節約運營(yíng)成本。

高性能的先進(jìn)電池測試系統甚至可以實(shí)現高達 96% 的能效。剩余的 4% 可用能源會(huì )返回電網(wǎng)，服務(wù)其他用途。

這種技術(shù)可以從兩個(gè)方面幫助工作繁忙的研發(fā)實(shí)驗室降低運營(yíng)成本：前期主要通過(guò)改進(jìn)冷卻基礎設施的安裝，后期則主要通過(guò)持續大幅降低能源成本。

改進(jìn)實(shí)驗室的運營(yíng)效率

全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量不斷攀升，在 2023 年達到 1,360 萬(wàn)輛，比 2022 年增加了 31%。如此大規模的銷(xiāo)量增長(cháng)需要大量的測試提供支撐，而執行這些測試會(huì )在相當長(cháng)的時(shí)間內占用大量的設備。隨著(zhù)市場(chǎng)的快速發(fā)展和電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量的增長(cháng)，冗長(cháng)的測試流程可能會(huì )導致設計瓶頸，延誤新產(chǎn)品上市時(shí)間。

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

明確電池設計人員的測試要求

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

在上游設計階段進(jìn)行投入，其效益會(huì )體現在最終產(chǎn)品的質(zhì)量上。必須在這個(gè)階段以經(jīng)濟高效的方式快速、準確地糾正設計缺陷。充電/放電平臺和電池循環(huán)壽命檢測裝置等測試系統必須快速評測和驗證設計，才能提供全面的數據，幫助設計人員進(jìn)行后續優(yōu)化。

理想情況下，測試設備應當具有設計緊湊的外形尺寸，并能夠隨著(zhù)電池需求的變化和容量的增長(cháng)部署不同的通道配置。

圖2 電動(dòng)汽車(chē)的電池單元

復雜的系統測試

除了功率電子器件，客戶(hù)還應該考慮很多其他測試場(chǎng)景，例如使用電池管理系統和人工氣候實(shí)驗室在不同氣候條件下測試原型設計。

測試場(chǎng)景涵蓋以下方面：

●   功能、老化、環(huán)境和性能測試。

●   標準化和合規性測試（例如 ISO、DIN、EN、SAE）。

●   內阻、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(guò)動(dòng)態(tài)控制這些變量，測試工程師能夠在無(wú)需用戶(hù)干預的情況下設置和更改相關(guān)測試參數。這些額外的數據必須在測試期間完成評估，不需要后期處理。測試系統必須清楚地顯示數據，以便用戶(hù)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(shí)在執行余下的測試工作期間，記錄測量值以及使用的變量。

結論

顯然，在電動(dòng)汽車(chē)電池測試方面進(jìn)行投入不僅有技術(shù)上的需求，也是瞄準未來(lái)交通出行進(jìn)行決策部署的戰略需要。通過(guò)采用先進(jìn)的測試方法，制造商能提高電動(dòng)汽車(chē)電池的安全性、效率和使用壽命，從而支持電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(cháng)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

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