電池是電動汽車 (EV) 最重要的部件。為了確保電池符合其操作使用的性能規范，必須進行電氣性能測試。這項測試的難點在于：EV電池是大功率設備，測試EV電池時需要使用合適的功率儀器制定嚴格和精確的測試方案。本文將概述EV電池測試中最關鍵的測試，并介紹一些儀器選項，以幫助實現高效、簡化的解決方案。
EV電池制造過程
最常用的電動汽車電池類型是鋰離子電池，因其能量密度高，并且能量可被快速提取用于車輛加速。電池的性能是決定電動汽車續航里程的重要因素。
在制造過程中，通過測試電池來獲得最佳性能至關重要。（圖1）展示了鋰離子電池制造過程的各個步驟。制造商將大量鋰離子電池以特定的串并聯方式進行組合。最后一步需要通過化成和老化來調整電池。化成和老化過程涉及對電池充放電以穩定內部化學物質。該過程需要以不同的速率重復充電和放電。諸如可編程直流電源和可編程直流電子儀器之類的功率儀器可執行必要的測試。
（圖1）鋰離子電池制造過程概覽
EV電池測試方法
電池最關鍵的性能測試是其放電和充電測試。放電時間決定了電池在一定距離內為車輛提供動力的能力。電池的充電時間決定了電池的健康狀態以及充電速度。
另一項測試是電化學動態響應，用于測量電池的健康狀態 (SoH)。該測試評估電池的動態響應。（圖2）展示了滿容量電池與只有70%容量的電池對脈沖的響應比較。
（圖2）電化學動態響應
可編程直流電子負載滿足EV電池放電的要求。直流電子負載可以不同的速率對電池放電。一種有代表性的放電率是基于電動汽車在穩定速度下（通常是在高速公路上行駛時）所消耗的功率水平。該放電率預計約為20至30kW。具有適當容量的電子負載可以汲取由驅動功率/電池電壓表示的可變電流。當電子負載的電壓降至制造商建議的完全放電水平時，電子負載應自行與電池斷開連接。（圖3）說明了電池放電的測試電路。
進行電化學動態響應測試時，您需要一個可以產生脈沖負載的電子負載。如果選擇具有此功能的負載，就無需結合使用外部電路和負載來形成脈沖。
（圖3）用電子負載為電池放電
可編程直流電源滿足為電池充電的要求。一開始，電源必須使用恒定電流為放電電池充電。當電池電壓達到制造商規定的充電閾值水平時，電源應切換至恒壓模式。最后，當電池汲取的電流降至電池額定電流的3%以下時，電源應停止提供充電能量并終止充電循環。
電池制造商建議以0.5C到1C的充電率為鋰離子電池充電。1C的充電率相當于用1A電流充電1小時。EV電池制造商以Wh為單位來評定電池容量。例如，額定功率為1kWh、額定電壓為400V的電池，其Ah額定值相當于1kWh/400V=2.5Ah。因此，該電池的1C充電率是指以2.5A的充電電流充電1小時。0.5C充電率是指以 1.25A電流充電2小時。
（圖4）展示了電池充電電路。由于傳統的單象限電源會被流入電源的電流損壞，因此我們建議使用一個二極管來確保電池不能向電源放電。
（圖4）用電源為EV電池充電
二極管可防止電池電流流入并損壞電源
選用尺寸合適的功率儀器
目前市場上的EV電池的工作電壓在200V到800V之間。新型電池的電壓范圍趨向于400V至800V的更高電壓范圍，以提供更大的功率、更小的載流電纜、更長的行駛距離和更快的充電速度。因此，您的功率儀器的額定電壓應高于待測電池的最大電壓。您甚至可能希望電壓容量高于800V，因為未來的一些車型可能會使用高達1200V的電壓。
家用電動汽車的EV電池功率從16kWh到100kWh不等。電池制造商通常建議以0.5C到1C的充電率為鋰離子電池充電。因此，根據待測電池的容量，直流功率儀器的額定功率應至少為1C。如果您要測試容量非常大的電池，則需要最低16kW、最高100kW的額定功率。
以電壓高達1200V、功率高達100kW 的直流電源和電子負載為例。如需功率超過30kW，您可能需要并聯電源和并聯負載，才能獲得所需的功率。
替代解決方案
電源和電子負載的替代測試解決方案是一款單一儀器，即雙向直流電源。雙向直流電源是一種雙象限儀器，既可以拉電也可以灌電。作為電源，直流電源可以提供電流并為電池充電。作為負載，雙向可編程直流電源可以灌電并充當電池負載。（圖5）展示了單臺儀器用于電池充放電測試的解決方案。該解決方案可以將電流從拉電模式無縫轉換到灌電模式，因此無需使用額外電路來保護電源免受反向電流的影響。
（圖5）使用雙向可編程直流電源為電池充電和放電
EA Elektro-Automatik提供適合EV電池測試的雙向可編程直流電源。請參見EA-PUB 10000 6U和雙向可編程直流電源
EA-PUB 10000 6U
EA雙向可編程直流電源
其重要特性包括：
·真正的寬范圍輸出特性，可適應電池電壓下降時增加的負載電流消耗。
·內置函數發生器，可為電化學動態響應測試生成負載脈沖波形。
·在單個6U機殼下提供60kW的功率。任何其他功率儀器制造商均無法在如此小的外殼下提供如此高的功率。功率高達60kW，只需單臺儀器即可提供完整的充放電解決方案。
·用主-從總線并聯多臺儀器以簡化互連和控制，用共享總線接口確保所有儀器均等的共用電源或負載。
·能量可回收，以96%的效率將吸收的能量回饋到電網。
·使用多種接口接入電腦或 PLC 進行自動測試。
EV電池測試解決方案的開創者
EA Elektro-Automatik為EV電池測試提供可靠的可編程產品，受到眾多客戶的青睞，如NI（ EV 電池測試的創新者）。
