儲能系統(tǒng)測試是當(dāng)今的熱門話題。通常被稱為“電池測試”，它的范圍從小型便攜式電池到電動汽車 （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，泰克吉時利為市場提供測試解決方案，例如那些旨在滿足為 EV OEM 設(shè)計自動化測試系統(tǒng) （ATE） 的系統(tǒng)集成商的緊迫需求的解決方案。隨著技術(shù)的進步，我們將繼續(xù)在各種測試用例和生產(chǎn)質(zhì)量要求方面積累經(jīng)驗。

安全、性能和系統(tǒng)管理

“電池測試”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 甚至更高電壓下運行的大型車輛電池。電池系統(tǒng)對于電動汽車至關(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汽車中最常用的類型之一。“電池”有不同的命名法，具體取決于市場環(huán)境。例如，在汽車中，根據(jù)車輛的集成狀態(tài)，如果您提到電池制造、模塊或電池組制造，作為被測設(shè)備的 EV 電池和相關(guān)測試程序可能會有所不同。

電池通常是單個電化學(xué)裝置，單個存儲單元的范圍通常不超過最大 5 V。該模塊由幾個連接的單元和一些其他電子設(shè)備組成，以控制整個系統(tǒng)。模塊以某種方式打包，因此測試通常將整個事物作為單個元素進行。一個包是由幾個模塊組成的更大的元件，再次通過一些布線連接，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，例如車輛。

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

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

測試通常涉及三個主要領(lǐng)域： 安全測試，對于由以串聯(lián)/并聯(lián)拓撲排列的多個電池組合構(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的性能測試，與充放電循環(huán)次數(shù)、運行時間、溫度等密切相關(guān)；和管理測試，當(dāng)性能優(yōu)化和 EOL 測試驗證是關(guān)鍵時。

示例 1：電池組制造中的母線焊接阻抗安全測試工作站

組成一個電池模塊的多個電芯并聯(lián)或串聯(lián)，以實現(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導(dǎo)體，負責(zé)承載高電流以分配來自電池的電力。VSH-母線焊接阻抗測試表征了焊縫的阻抗。焊縫中的小電阻會產(chǎn)生足夠的熱量來降解電池并導(dǎo)致早期故障或不安全的操作條件。通過在測試電池操作之前測量電阻，可以快速從生產(chǎn)線上移除有缺陷的模塊。

電池中母線的通用表示

測量焊縫的阻抗包括在焊縫上提供電流并測量電壓以計算電阻。測試執(zhí)行速度和測量精度是測量焊接阻抗時最重要的兩個考慮因素。這可以使用源測量單元 （SMU） 來完成，例如 Keithley 2460 或 2461 型以及 3706A 型系統(tǒng)開關(guān)和萬用表或 DAQ6510 型數(shù)據(jù)采集和記錄萬用表系統(tǒng)。

電池生產(chǎn)中阻抗測試自動化系統(tǒng)的示意圖示例

2460 和 2461 型 SMU 能夠為需要大電流的電池系統(tǒng)提供高達 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測量非常小的電壓非常重要。3706A 型具有 7.5 位數(shù)字萬用表 （DMM），可測量 100-mV 范圍內(nèi)的數(shù)十納伏。由于一個電池組的一根母線上可能有近 80 個焊縫，因此我們支持帶有可配置多通道插件模塊插槽的主機，無需重新布線。關(guān)閉每個通道進行測量的過程顯然是自動化的，以提高速度和效率。

示例 2：電池性能測試中的內(nèi)阻測量和開路電壓

電池的性能及其在充電和放電過程中的效率可以通過幾種不同的方式進行評估，并查看幾個指標(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。

開路電壓 （OCV） 是在足夠的休息時間（有時稱為“松弛”）后在電池端子處測量的電壓，它是鋰離子電池單元的關(guān)鍵測量值。

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)建電池等效模型來設(shè)計 BMS，而不僅僅是評估/評估電池規(guī)格和狀況。

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

OCV 通常不僅僅是一個測量值，而是一組測量值。事實上，我們將其稱為“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/負載以脈沖方式對電流進行充電或放電，等待一段時間的穩(wěn)定時間，然后在充電時測量開路電位。電極。

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

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

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

泰克的 Keithley DMM7510 是一款參考型 7 ? 位萬用表，具有高精度規(guī)格，適用于必須檢測小電壓降或微小泄漏電流的情況。

示例 3：BMS 測試和碰撞開關(guān)檢測的特殊情況

BMS 是負責(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)計人員致力于將所有需要的測試單元擠入一個緊湊且可靠的平臺，以控制 BMS 和電池之間的交互。

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

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

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

讓我們考慮一下在停車場中插入直流充電器的車輛發(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的碰撞信號可以是電壓脈沖也可以是電流脈沖，視實際情況而定。無論哪種類型，都要求信號足夠清晰和穩(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誤幀，以重現(xiàn)潛在的故障情況并測試系統(tǒng)的穩(wěn)健性。

泰克的 AFG31000 系列可以通過編程來復(fù)制具有定制減損的真實世界總線信號，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量是一個非常廣泛的話題，根據(jù)應(yīng)用集成中的制造階段或測試階段，需要通過智能自動化測試設(shè)備來實現(xiàn)不同要求的不同組測量。泰克歷來是示波器和探測解決方案的主要供應(yīng)商，用于測試由電機驅(qū)動逆變器加載時的電池行為，但泰克和吉時利的產(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量時必須在跨多個傳感入口點收集數(shù)據(jù)時實施。特別是像 2470 SMU 這樣的特殊源測量單元，能夠在準(zhǔn)確測量電流的同時提供超過 1 kV 的電壓