摘要
动力电池是电动汽车复杂的部件之一,也是一整套电性能组件的集合体:多个电芯组成电池模组而多个模组又组成电池包。也就是说,动力电池是各电芯的性能、规格、误差、工作寿命以及潜在各种不同特性的组合——尽管各电芯名义上的参数都相同。
因此,在电池生产中,要想达到理想的功率、能量、范围、寿命和安全性,平衡电池中的各个特性显得十分关键。
前言
动力电池测试之所以是生产中的关键环节,其中一个原因就是动力电池测试可以平衡或控制电池中的元件。要尽可能地提高动力电池性能并避免性能过早老化,需要了解电池管理的规律。要保持动力电池的工作效率、使用寿命、热稳定性和安全性,需要使用电池管理系统(BMS),在整个嵌入式逻辑控制单元中调节和分配流出/流入电芯的电能。BMS采集和评估工作变量,调节每个电芯的电流,监控电池的安全性并优化电池的健康状态。这也是当下普遍采用的电池管理方式,其目的是避免电池缺陷,但也限制了整体性能。
充电状态
尽管BMS负责管理电芯充电状态的平衡(也即SOC),但是还有一些其它因素,会使其无法达到理想的优化效果。
其原因在于BMS读取电池组件的特性参数并计算,以此优化电池管理,但电池的输出能力(电池充放电)将取决于整个电池中最弱的组件上。
这就是说,BMS实际上只是读取数据,并没有处理数据。要确保同一个电池模组中电芯的均匀性,从而使BMS充分发挥其功能,必须初步评估电芯和模组,持续分级和分类,将主要工作特性相同的电池组件结合起来。
测量开路电压(也即OCV)是最迫切的要求,内阻采用交流电(也即ACIR或用EIS电化学阻抗谱测试)或直流电(也即DCIR)评估,最终测试外壳的绝缘性能(也即HiPot或绝缘强度)。
健康状态
然而,上述测试只能反映电池的静态性能,无法完全揭示电池的健康状态。评估电池的健康状态(SOH)十分重要,健康状态代表着测试电池相比于新电池(fresh goods)的蓄电能力和供电能力。
对此,我们的研究建议在电池aging及相应的normalisation之后,进行相同的测试。Aging工艺是进行一系列的充放电循环,激活电池并使电池工作性能更稳定的过程。而normalisation工艺是单一的放电/充电循环,使电池处于一个已知固定的荷电状态。虽然上述测试仍只是某一刻的静态性能,但这是动态监测的关键一步。从电芯的生产到电池模组和电池包的组装,由于电池长时间保持非工作状态(长期保存在仓库,或经过长途运输),电池的原始性能将发生改变,所以特别推荐进行该测试。
马波斯解决方案
如前所述的最后一步并不是行业内的标准要求,也不是技术性规范的强制要求。而是马波斯在深入研究该问题后提出的理想解决方案。
马波斯设有专业的研发团队,致力于用成熟的专业技术研发全新的行业应用,以实现全新的业务发展并积累全新的适用于该行业的know-how。对于这项挑战,马波斯与大学、供应商,当然也包括客户等众多技术伙伴进行了共同的合作研发。
理解客户需求是应对挑战并提供有效解决方案的基础。马波斯的理念不是进行测试,而是确保测试的可靠性。为此,马波斯正在开发标准的测量仪器及相关的操作流程,目的是确保测台在整个生命周期中的功能。
当然,理论之外还需要实践。成功的电池测试解决方案不仅是测试技术的应用,还是系统化的设计思维:在试制和验证的基础上,选用市场上最好的仪器和测量工具进行测试,采用严格的预防措施,保护操作人员和环境的安全。
总结
马波斯可提供测台,满足车企或电池制造商对电芯、模组或电池包的测试要求。在所提供的解决方案中,马波斯集团的技术可实现横向集成,例如在装配过程中,测量电池壳的尺寸变形以识别电化学性能是否异常;连接电极用于电气测试;电解液的嗅探泄漏检测技术用于验证电池托盘是否完好;冷却回路的泄漏测试检测电池包是否异常。马波斯是全球动力电池行业的可靠合作伙伴,通过帮助客户改进工艺、提高产品质量、提升制程能力及验证可靠性,提高客户的产品竞争力和批量生产能力。
