新能源汽车电池的测量和分析

generic electric car with battery visible x-ray charging at public charger in city parking lot with lens flare 3d render

每天我们似乎在不断接近这样一个愿景：利用绿色能源和电动汽车，不仅在地面上（NEV、BEV），而且在水上和空中，实现更可持续的交通。

使用 "可持续解决方案 "来减少二氧化碳排放以保护气候的大趋势正在推动高容量/高功率电池、基于氢的燃料电池等技术作为移动能源的主要来源。摒弃内燃机还需要在测试和测量中采用新的思维方式，包括新的安全概念、新的测试环境、新型传感器和测量技术以及适应性数据分析。

新的动力总成技术——新的测试要求

在追求可持续、绿色出行的道路上，HBK很早就开始面临车辆移动能源存储系统开发与测试方面的挑战。作为测试与测量、电力测试、声音与振动以及环境测试领域的解决方案提供商，HBK 很早就洞察到了汽车和商用车等行业在验证创新储能和整体 NEV 概念方面的诸多要求和需求。

现代车辆中电压高达 1000 V 的电池需要进行大量的测试，并且由于锂作为电化学过程的核心元素以及处理危险电压的特殊安全措施，这些测试的范围进一步扩大。在测试范围内，HBK 涵盖了大多数测量变量：

用于性能和效率分析的电气信号：电压、电流和功率
安全短路测试和优化充电测试
用于机械耐久性和包装分析的力、应变、压力和称重
用于热耐久性分析的温度、流量和压力

内燃机测试包括多达 300 个温度测量点以及高动态的扭矩、速度和压力测量。随着电池和燃料电池的集成，测量通道的数量正朝着现代动力总成中最大的组成部分——能源存储系统发展

为什么需要测量和数据分析？

在当今的电气化动力总成解决方案中，从单体电池到电池组的所有方面都要进行虚拟（仿真）和物理测试，其典型的测试范围包括：

长期电池可靠性测试重点关注放电/充电循环（包括慢充和快充）、自放电测试，包括单体电池电压和温度的测量，以及整体功率分析。
台架测试重点关注功率、效率以及反向负载反馈
环境试验包括在振动台上运行以特定使用场景为导向的机械负载曲线，并结合环境仓的温度循环测试（温度上升和下降）
误用和冲击测试（过载、短路、过热、机械应力、缺陷）
结构完整性测试从移动车辆的路谱测试（RLDA）开始，包括夏季/高温和冬季/低温测试

燃料电池

HBK 的测试和测量解决方案与电动汽车燃料电池（FCEV）领域的关键客户合作，旨在测量燃料电池堆、重整器（包括换热器、催化剂）以及其他系统部件（如泵）的性能，同时在能量回收过程中对电池进行能量存储测试

Battery Structural Testing

The battery is among the largest and heaviest part of modern electric vehicles. Overall lightweight design and flexible packaging need to be balanced. Optimal weight, structural durability, and overall life-cycle estimation are key parameters that need to be validated before the start of production. HBK is among the leading supplier of seamless measurement chains not only for measurement and physical structural durability testing, but also virtual structural durability testing and lifetime estimation.

电池 Pyrofuse（热熔短器）短路测试

验证高功率牵引电池的断路器和热熔断器需要具备测量数千安培电流的能力，并且必须以高采样率捕捉峰值电流它还要求能够精确、高动态地测量几安培的电流。由于高电压、大电流和极快的上升时间，对所使用的数据采集系统的抗电磁干扰、过压保护和隔离性能提出了很高的要求。进行短路测试的一种方法是使用非线性电流传感器和 Genesis 高速数据记录仪。

软包电池测试：电池物理量测试

力传感器可帮助您了解电池容量衰减的速度，因为它们可用于评估充电/放电周期中电池单元所受的压力。

在所谓的软包电池测试中，力传感器会测量电池在不同充电条件下内部产生的应力。这种压力与电池的性能息息相关，因为它可能导致电池容量衰减，或者在极端情况下导致电池完全失效。

了解用于机械电池测试的力传感器的相关特性。白皮书还将介绍一种估算软包电池测试测量不确定性的简便方法。

下载白皮书

动态负载条件下的电气鉴定和验证

在牵引电池投放市场之前，对这些系统进行鉴定和验证是不可避免的。合适的测试台必须覆盖高电压和电流范围，并且具备高动态性能，同时能够尽可能真实且面向应用地执行必要的测试。为此，测量技术必须具备高精度和高动态性能。

如何实现这一目标，以及 HBK 设备如何在这方面提供帮助，您可以在这里找到答案。

电池热管理

电池是现代电池驱动电动汽车（BEV）或新型电动汽车（NEV）的核心和最大的单一组件。这就需要找到并验证完整设置的关键参数。

由于锂电池在极端温度下的性能有限，因此热管理系统与辅助集料和空气冷却路径的复杂性也随之增加。温度过高可能导致自毁，甚至起火（热失控）。因此，广泛的测试，尤其是热验证，在整体测试设置中至关重要。

运行安全是非常重要的要求之一。对使用寿命的期望不尽相同，有的要求至少 10 年，有的要求 450 000 公里，有的要求使用超级充电器充电目标时间为 5 分钟。此外，电池的重复使用和二次寿命也是一个重要课题。

电池寿命的热管理对速度性能、安全性、价格等关键参数至关重要。因此，热分析需要众多的温度测量点，并且对这些测量点要求很高：测量点小、使用双绝缘感应线、电气隔离通道、非接触式插头，以及具有高信号精度和噪声抑制功能的典型测量点。

From Sensors to Qualified Data

Our end-to-end solution helps you validate and optimize HV battery storage – thermally, electrically, and mechanically.

Thermal Analysis of High-voltage Batteries

Computer-based thermal simulation done by Computational Fluid Dynamics (CFD) models serves as an important step towards optimal system design. Real physical testing, however, is still required, as simulation considers not all architectures, integration aspects or parameters.

While battery performance is monitored in climate chambers, important data is gathered. In this environmental and performance test routine, the impact of extreme temperatures can be investigated. It becomes apparent which cooling systems are the best to reach customer use and performance targets. The load case can be scaled and cover all integration levels − from component testing to the entire drivetrain − to optimize the entire system and thermal management before starting production and series.

热测试领域的资深专家

HBK 多年来一直致力于开发和提供热验证测量链的必要组件。这些解决方案涵盖了电气测量链、光学测量链或结合了两者的混合测量链。

内燃机必须解决动力产生热量的问题。随着汽车电气化的发展，这里也即将需要开发热测试方法，HBK 从新的角度审视了现有流程，并对其进行了改进。因此，我们对所有的经验和知识进行了处理和调整，使自己也成为电动汽车热测试和电池测试方面的专家。

HBK 储能热测试系统测量的参数包括电压、电流、温度、湿度、冷却流量、压力和电池通话管理系统。对功率、效率、热点监测、可视化和分析进行计算。自动化涉及测试控制和安全。

HBK 数据采集和分析解决方案可为动力总成系统的外部和电池内部提供热电偶测量，包括电池电压、总电压和电流测量。通用输入涵盖通用流量、压力、湿度和其他所需参数。

HBK 为您提供高性价比的一站式热、机械和电气试样分析解决方案。

HBK 电池测试解决方案：优势

从 HBK 解决方案中受益，确保更大的灵活性和投资保护：

安全第一，HBK 符合 EN61010 电气安全标准
可自由扩展且灵活的多物理场 DAQ 系统，适用于许多不同的测试领域：电气、热学、机械等
高达 1500 V DC 的全通道隔离可实现高电位测量
输入范围高达 +/- 1500 V，CAT III 过压等级
电磁噪声免疫信号质量
可选隔离数字转换器，具有更高的隔离度和抗噪能力
从即用型到实时集成的强大开放式软件概念
在电脑上进行数据分析和采集，同时实时集成到试验台上
单个解决方案涵盖工作台、实验室和移动数据采集，可根据您的需求进行扩展

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新能源汽车电池的测量和分析

新的动力总成技术——新的测试要求

为什么需要测量和数据分析？

燃料电池

Battery Structural Testing

电池 Pyrofuse（热熔短器）短路测试

软包电池测试：电池物理量测试

动态负载条件下的电气鉴定和验证

电池热管理

From Sensors to Qualified Data

Thermal Analysis of High-voltage Batteries

热测试领域的资深专家

HBK 电池测试解决方案：优势

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