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电池测试方案

新能源汽车电池测试方案

现代的储能设备需要满足高品质和市场需要:功率和能量密度、安全、耐久性,以及最后一点:成本必须优化,才能在市场上存活下去。因为这个原因,在研发、生产和质保各个阶段就需要完成各种复杂的测试,确保电池的成功研发和生产。

Scienlab提供了创新和灵活的解决方案,用于各种类型的储能设备的特征化、验证和确认测试:从客户特定的独立系统到集成的测试系统,再到即用型的测试试验室。针对 汽车、工业应用以及静态应用中的电池单体、模块、电池包以及电池管理系统(BMS),都可以使用Scienlab的测试系统进行全面和可靠的测试。配合使用顶级的PC软件EnergyStorageDiscover (ESD) ,可以轻松实现客户特定的性能、功能、老化和环境测试,当然也包括各种标准化的以及符合各种标准(比如ISO、DIN EN、SAE)的测试。北汇信息作为Scienlab的合作伙伴,借助最先进的电池测试系统,帮助中国汽车客户电池的成功研发和生产。

  • 具有能量回收的能力

所有的电池测试和单体化成系统都具有很高的能量回收能力,因此系统的运行就变得很高效、经济和环保。超过90%以上的能量都回馈电网,并且不会影响测试步骤和结果。对100个通道的70Ah的电池单体进行VDA循环测试,与非能量回收系统相比,每年可节省超过6万欧元运行费用。

  • 电池模块测试系统也可用于单体测试

Scienlab的电池模块测试系统 (5 – 60/80 V) 设计为以相对不变的测量精度同样用于分析电池单体 (0–6 V) ,而不需要做任何修改或购买新系统。这样用户可以节省时间和金钱,就可以灵活响应未来的测试需求。

  • 每个通道的阻抗频谱分析

系统的每个测试通道都集成了单独的电化学阻抗频谱分析(EIS) 。这样用户就不需要外部的设备或者对被测设备重新接线,系统运行很如意,也节省了测试时间。

  • 同步记录测量数据

测试系统记录的所有测量数据都有同一个时戳:所有的模拟量、数字量和CAN信号都以毫秒级同步和显示,并在ESD软件中可视化。这样就可以方便地对电池行为进行有效和可靠的分析。

用于电池单体化成的系统

对于储能设备单体(比如锂电池单体),如果要获取机械生产后的蓄电池特性和对单体进行优化,必须进行重复和可控的充放电来格式化。

为了对电池单体进行经济有效地化成,Scienlab提供了各种化成系统,其输出电压范围为 0–6 V并且输出电流可达70 A。系统的模块化结构可以进行灵活的配置,因此可以满足客户需求的范围。 电池单体因此可以进行选择性化成,无论在研发阶段的小批量生产,或者是在大批量生产的全自动流程中。

用于电池单体原型开发的测试系统

为了优化储能设备的功率、能量密度、安全性、耐久性和成本,当前的研究都在致力于发现新的材料组合,提供创新的电池解决方案。为此,需要搭建电池单体样件和特性研究。Scienlab为此开发了专门的解决方案:

  • 电压范围:-2—8 V

  • 输出电流:可达5A 

  • 并联:2个通道并联,电流可达最大10A

  • 控制模式:电流、电压、功率、电阻 

用于电池单体的测试系统

电池单体是每个储能设备的基础,对于电池模块和电池包的品质有直接的影响。因此,在开发早期对电池单体特性化就是必须的。依赖于如何使用电池单体(比如静态或者动态),需要完成单体特性的各种测试,来评估其性能。为此,Scienlab开发了极可靠的测试系统,提供精确的可复现的测试结果。 这样确保了精确地记录电气性能,同时还具有高的电流动态特性(-90% - 90%: 典型值0。8ms)。

使用Scienlab的测试软件ESD,不仅是测试系统,而且测试环境中的部件(比如温度或环境仓)都能很便利地控制和监控。典型的与电池单体特性相关的参数都可以进行分析,比如内阻、效率、容量、循环寿命范围和日历寿命、对温度变化的响应、机械阻力等。

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用于电池模块的测试系统

当电池单体联接成电池模块时,两种产品就诞生了。首先是,用于12V或48V在板供电的电池系统,或用于电动工具应用的可重复充电的电池,具有所有的系统功能,比如BMS。其次,电池模块被开发成可以在电动车上高压电池系统的一个部件。这两种都有达到60V或者更高的电压。有可能还需要重新测量一个单体,如果模块测试的结果要求的话。两种类型的电池模块都需要通过类似的测试:他们都必须在不同的环境状况下与所有电池系统部件集成在一起,进行电特性和热特性的测试。Scienlab的电池模块测试系统为开发工程师提供了实现这项测试任务的最佳支持。

  • 测量设备

电池模块的电压和电流都是用极精确的测量设备记录的,并且具有很高的动态电力电子输出。而且,与BMS的通信也是理所当然的:在测试过程中,BMS的参数值可以被写入或者作为可读变量。这样BMS就可以直接控制输出源。 这种方式下,动态限值就可以方便地追踪。也可以在馈供终端之间切换,控制模拟和数字输入输出。因为这些测量值在测试过程中都是同步的,能被用于替换一个包含BMS的负载均衡。

  • 单体测试能力

如果除了模块的特性化和测试外,还需要在6V范围内测量单体,Scienlab提供了可选的“单体测试能力”功能。在这种模式下,可以保持与Scienlab的单体测试系统中一样水平的测量精度进行单体测试。这种扩展应用范围以相对较低的价格增长了可能的测试用例 数量。

  • 集成外部充电机

对电动工具的电池包测试时,原始的充电机必须集成在测试过程中。这样就可以观察充电过程,而且如果必要的话,还可以研究电池包与充电机之间的相互作用。针对这种应用,Scienlab的模块测试系统可选择输入联接充电机。在测试阶段可以便捷地在外部充电机与内部电力电子之间切换。电气变量采用完全一样的测量技术进行测量。测量结果也同样记录在结果文件中。

用于电池包的测试系统

测试电池包时,必须提供可复现的电气和环境条件,促使得到有结论性的测试结果,比如耐久性、量程和效率。因为储能包是很复杂的大电流大电压系统,还包括BMS、冷却系统和电气系统等,测试环境要满足各种严苛的要求。

Scienlab基于对客户需求的理解和多年经验,开发了复杂的可复现和便捷的电池包测试系统。考虑到被测对象的未来开发,其测试规格在不断变化中,Scienlab也不断进行内部开发以满足这些变化的需求。

  • 实时的完整解决方案

为了测试复杂的电池包,最重要的是所有系统相关变量都同步控制和记录。这些不仅包括电池电压 、电流和温度,还特别包括所有与BMS相关的信号。必须在1ms内响应特定的CAN报文,同时也需要实时地在测试环境中校准那些记录下来的操作周期。

为此,Scienlab的电池包测试系统提供了一个完整的实时解决方案。除了高动态精确的电力电子输出信号外,Scienlab的通信接口柜可以方便地提供所有的模拟和数字输入输出信号。

系统可以在毫秒内快速响应CAN信号,同时通过XCP操作BMS。基于Scienlab领先的ESD软件,测试环境内的所有部件都可以实时控制和测量;这些测量值都被直接用作变量,用于后续测试过程中。

  • 24/7

测试系统的可用性对于有效成本有显著的影响。如果系统停工进行维护或者维修,这将花费大量时间和金钱,尤其会导致产品开发周期延长。能不中断工作的可靠系统(1周7天,每天24小时)是最重要的——事实上这是Scienlab测试系统所有开发工作的核心。

系统因此拥有一个长期的服务寿命和极高的鲁棒性和可靠性。另外,系统几乎不需要维护:只是需要清洁水冷系统里的过滤器以及每年对测量系统进行一次标定。

  • EOL测试

除了试验室使用外,测试系统也需要在储能设备生产的下线检测中使用。这里的关注点不再是找到一个灵活的解决方案,而是一个简化的定制的投资成本最低的方案。在这个领域,Scienlab提供了一个可靠的EOL系统来满足生产线测试要求。

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