全方位測(cè)試：優(yōu)化電動(dòng)汽車電池設(shè)計(jì)的關(guān)鍵路徑

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

此外，越來(lái)越多的國(guó)家宣布了逐步淘汰或者限制傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的計(jì)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(duì)電動(dòng)汽車的電池測(cè)試方法提出了更高要求，要求電池測(cè)試更加高效。

隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，動(dòng)力電池等汽車核心部件的需求也在不斷擴(kuò)大。作為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一，動(dòng)力電池是持續(xù)實(shí)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(lái)開發(fā)電動(dòng)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(jì)的一個(gè)重要因素是性能測(cè)試。這個(gè)關(guān)鍵過程涵蓋了設(shè)計(jì)、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(chǎng)的電動(dòng)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(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法，電動(dòng)汽車的電池測(cè)試不僅會(huì)成本高，還會(huì)非常耗時(shí)。在整個(gè)電池設(shè)計(jì)過程中，采用最佳實(shí)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(jì)難題。

本文將重點(diǎn)探討以下內(nèi)容：

?如何通過投資端到端的電動(dòng)汽車電池測(cè)試系統(tǒng)，來(lái)提高電動(dòng)汽車電池設(shè)計(jì)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(yíng)成本。

加快新產(chǎn)品上市速度

測(cè)試和驗(yàn)證電動(dòng)汽車電池對(duì)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(cè)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(cè)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(shí)間，有利于確保電動(dòng)汽車電池供應(yīng)鏈的穩(wěn)定。

圖 1. 電池測(cè)試實(shí)驗(yàn)室示例

執(zhí)行內(nèi)部測(cè)試（In-House Testing）

現(xiàn)階段，測(cè)試機(jī)構(gòu)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(zhǎng)，這也意味著設(shè)計(jì)人員的測(cè)試需求會(huì)被延誤。如果依賴外部測(cè)試機(jī)構(gòu)，開發(fā)時(shí)間動(dòng)輒會(huì)延長(zhǎng)幾個(gè)星期，讓企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中處于不利地位。

企業(yè)購(gòu)買自己在內(nèi)部使用的測(cè)試設(shè)備，能夠極大地縮短測(cè)試等待時(shí)間。通過合理規(guī)劃和安排內(nèi)部測(cè)試，企業(yè)能夠在更短的時(shí)間內(nèi)得到關(guān)于最新設(shè)計(jì)原型的完整性能數(shù)據(jù)。

購(gòu)買這些設(shè)備看似需要較高的資金投入，但在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的環(huán)境下，節(jié)省下來(lái)的時(shí)間能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)非?？捎^的投資回報(bào)。

發(fā)現(xiàn)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。跳過非強(qiáng)制性測(cè)試可能會(huì)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(jià)更為嚴(yán)重。糾正問題的過程會(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(dāng)下，這樣的延誤是不被容許的。

在早期的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段，跳過測(cè)試環(huán)節(jié)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(xiǎn)。如果隱患一直未被發(fā)現(xiàn)和排除，可能會(huì)嚴(yán)重推遲新產(chǎn)品的上市時(shí)間。

降低運(yùn)營(yíng)成本

精心設(shè)計(jì)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室可以幫助電動(dòng)汽車電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)顯著節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。

高性能的先進(jìn)電池測(cè)試系統(tǒng)甚至可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 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(yàn)室降低運(yùn)營(yíng)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(shí)驗(yàn)室的運(yùn)營(yíng)效率

全球電動(dòng)汽車銷量不斷攀升，在 2023 年達(dá)到 1,360 萬(wàn)輛，比 2022 年增加了 31%。如此大規(guī)模的銷量增長(zhǎng)需要大量的測(cè)試提供支撐，而執(zhí)行這些測(cè)試會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)占用大量的設(shè)備。隨著市場(chǎng)的快速發(fā)展和電動(dòng)汽車銷量的增長(zhǎng)，冗長(zhǎng)的測(cè)試流程可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)瓶頸，延誤新產(chǎn)品上市時(shí)間。

上述所有測(cè)試需要高效管理和評(píng)估海量數(shù)據(jù)的能力。而有效管理大量測(cè)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(shí)驗(yàn)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(cè)試實(shí)驗(yàn)室的效率。

明確電池設(shè)計(jì)人員的測(cè)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(jì)人員、研發(fā)工作室和小型初創(chuàng)企業(yè)快速設(shè)計(jì)高品質(zhì)的電池。

在上游設(shè)計(jì)階段進(jìn)行投入，其效益會(huì)體現(xiàn)在最終產(chǎn)品的質(zhì)量上。必須在這個(gè)階段以經(jīng)濟(jì)高效的方式快速、準(zhǔn)確地糾正設(shè)計(jì)缺陷。充電/放電平臺(tái)和電池循環(huán)壽命檢測(cè)裝置等測(cè)試系統(tǒng)必須快速評(píng)測(cè)和驗(yàn)證設(shè)計(jì)，才能提供全面的數(shù)據(jù)，幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化。

理想情況下，測(cè)試設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有設(shè)計(jì)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(zhǎng)部署不同的通道配置。

圖 2. 電動(dòng)汽車的電池單元

復(fù)雜的系統(tǒng)測(cè)試

除了功率電子器件，客戶還應(yīng)該考慮很多其他測(cè)試場(chǎng)景，例如使用電池管理系統(tǒng)和人工氣候?qū)嶒?yàn)室在不同氣候條件下測(cè)試原型設(shè)計(jì)。

測(cè)試場(chǎng)景涵蓋以下方面：

?功能、老化、環(huán)境和性能測(cè)試。

?標(biāo)準(zhǔn)化和合規(guī)性測(cè)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(cè)試。

?耐用性、續(xù)航里程和效率分析。

?電化學(xué)阻抗測(cè)量和循環(huán)伏安法測(cè)量。

通過動(dòng)態(tài)控制這些變量，測(cè)試工程師能夠在無(wú)需用戶干預(yù)的情況下設(shè)置和更改相關(guān)測(cè)試參數(shù)。這些額外的數(shù)據(jù)必須在測(cè)試期間完成評(píng)估，不需要后期處理。測(cè)試系統(tǒng)必須清楚地顯示數(shù)據(jù)，以便用戶判斷測(cè)試是否正常運(yùn)行，或者是否有必要終止測(cè)試。

因此，測(cè)試軟件必須能夠同步控制測(cè)試環(huán)境中的所有組件，同時(shí)在執(zhí)行余下的測(cè)試工作期間，記錄測(cè)量值以及使用的變量。

結(jié)論

顯然，在電動(dòng)汽車電池測(cè)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(lái)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(cè)試方法，制造商能提高電動(dòng)汽車電池的安全性、效率和使用壽命，從而支持電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，這一點(diǎn)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(duì)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(cè)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)汽車在易用性、可靠性和生態(tài)環(huán)保等方面實(shí)現(xiàn)大幅提升。

是德科技產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Brian Whitaker