解決電氣化和電池測試挑戰(zhàn)的方法探討

電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化以及它們獨特的測試挑戰(zhàn)和解決方案，正在驅(qū)動整個汽車行業(yè)新一輪革命。本系列文章的討論順序是電動化、網(wǎng)聯(lián)化和智能化，智能化雖然放在最后但依然同樣重要，例如自動駕駛。探討這三個趨勢，從第一個驅(qū)動力開始——電動化和電池。

圍繞電動汽車和電池的最大問題之一，是如何提高單次充電的容量和續(xù)航里程。而圍繞續(xù)航能力有一些關鍵績效指標，同樣圍繞電池的效率、加速和快速充電能力也有一些關鍵績效指標。我們今天看到的趨勢是鋰離子電池，但在未來，我們將看到向固態(tài)的轉(zhuǎn)變。這主要是由固態(tài)電池帶來的重量減輕和密度增加所推動的，而重量是影響車輛續(xù)航能力的一個關鍵因素。

距離 VS 持續(xù)時間：對電池性能來說，哪個更重要？

為了提高單次電池充電的續(xù)航能力，需要增加能量容量，有兩種潛在的方法可以做到這一點。 第一，可以增加車輛中每個電池組的電池單元數(shù)量，但由此也會帶來車輛的價格和重量增加，這對續(xù)航能力和消費者來說都不是好事。 第二，可以增加以每小時瓦特為單位的電池能量密度，事實上，這也是目前業(yè)界正在追求的道路。

市場在考慮提高電池續(xù)航能力時，還采取了另一種方法，即從傳統(tǒng)的電池-模塊-電池組的方法演變，完全跳過模塊，直接從電池到電池組，從而減輕車輛的重量。 此外，還需要在電池組中的能量與如何有效地將其轉(zhuǎn)化為實際推動車輛前進的能量之間進行有效的能量轉(zhuǎn)換，這就是牽引電機的轉(zhuǎn)換效率。

在電池改進方面，正在研究的三個主要事項是增加每小時的瓦特數(shù)，從電池模塊包中移除模塊，完全跳過模塊，以及有效的能量轉(zhuǎn)換。 那么，在這三個方面最大的挑戰(zhàn)是什么？哪一個面臨的挑戰(zhàn)最大？首先讓我們看一下電池的屬性。

電動汽車的五個電池屬性

在電池中，有五個主要屬性需要考慮。

能量密度

成本

為車輛充電和供電的速度

電池壽命

安全性

汽車應用對電池的獨特要求包括某些設計上的考慮，這些考慮超出了消費電子產(chǎn)品的要求。 例如，汽車應用有更嚴格的技術(shù)要求，如電池壽命需要持續(xù)10~15年，還需要能夠在-30~52℃的溫度范圍內(nèi)正常運行。 最后，它們的成本應該低于每千瓦時一百美元。 單一的電池技術(shù)或化學成分要達到以上這五個屬性的所需水平，將是非常具有挑戰(zhàn)性的。

鋰離子電池的最大缺點是容易過熱，在非常高的電壓下容易損壞。 在電池的使用壽命中，能量儲存能力也會減少。未來，當我們轉(zhuǎn)向固態(tài)電池時，其中一些權(quán)衡因素將不再是一個問題。

圍繞動力系統(tǒng)和電池的測量挑戰(zhàn)

在動力系統(tǒng)方面，電動馬達的功率和效率是評估和與電池存儲相互作用的決定性變量，它們決定了電動汽車的里程和續(xù)航能力。在動力系統(tǒng)方面，一些特定的測量，如機械測量、DQ測量、DQ0測量以及電氣測量，對確定其能量轉(zhuǎn)換效率非常重要。在電池方面，不同的測試方法是針對電池級、模塊級和系統(tǒng)級而開發(fā)的。 一旦把它們打包，用于電池級的相同儀器也可以用于系統(tǒng)級。 從電池的角度來看，一些常見的測量方法是圍繞著內(nèi)阻測量（這是一個直流測量）、開路電壓（這是在靜置一段時間后，電池兩端的電壓測量）。除了這些鋰離子電池的特征，還有泄漏電流、充電和放電脈沖等。

汽車系統(tǒng)測量的挑戰(zhàn)

電池制造商正致力于提高電池的壽命，減少充電時間和提升能量密度。因此，當我們考慮電池組水平時，有一些汽車測試項比其他測試項更為重要，例如使用Keithley 2400系列SMU進行母線焊接測試。當我們把不同的電池放在一起時，我們需要檢查不正確的焊接，因為這會產(chǎn)生過多的熱量，從而導致電池性能不佳，甚至失效。然后是溫度和環(huán)境測試，以及自放電測試。電池管理系統(tǒng)是一種智能系統(tǒng)，可以監(jiān)測電池組的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)的測試需要滿足標準。

符合測試標準

要想大幅擴大電動汽車市場，僅靠電池技術(shù)的進步是不夠的。政府法規(guī)和標準是至關重要的，此外，還需要完善配套充電基礎設施，以減少司機對車輛行駛里程的焦慮。就泰克而言，我們是多個標準組織的成員，并積極參與這些新興測量科學的進一步研究。例如，泰克是JEDEC委員會、JC-70、70.1、70.2工作組的成員。最近在APEC 2022上，泰克提交了一篇關于DQ0的三相電機論文，使用MSO5B系列評估電機機械性能的關鍵測量方法。新的測量方法正在設計和規(guī)范中，泰克與行業(yè)合作伙伴和標準機構(gòu)密切合作，以確保我們能夠準確可靠地測量所有這些領域。

根據(jù)行業(yè)估計機構(gòu)預測，到2030年，電池市場預計將以約30%的復合年增長率增長，達到約4,000千兆瓦時的產(chǎn)能——相當于未來10年新增約90個千兆工廠。

責任編輯：彭菁