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作為新能源汽車(chē)的核心部件，電池的性能和安全性直接影響整車(chē)的效率、續(xù)航能力以及用戶體驗(yàn)。因此，科學(xué)而系統(tǒng)的電池測(cè)試方法顯得尤為重要。通過(guò)精確的測(cè)試方法，可以全面評(píng)估電池的充放電性能、循環(huán)壽命、熱管理特性等關(guān)鍵參數(shù)，確保電池在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性和安全性。有效的電池測(cè)試不僅有助于提升新能源汽車(chē)的整體性能，還能預(yù)防潛在的安全隱患，推動(dòng)整個(gè)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，深入了解并應(yīng)用新能源電池的測(cè)試方法，對(duì)于新能源汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。

從測(cè)試說(shuō)起 

測(cè)試是一門(mén)跨多個(gè)專業(yè)的科學(xué)，工程師需要了解軟件、硬件、材料、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程與業(yè)務(wù)知識(shí)及各種設(shè)備的使用方法。

一般而言，電子電氣系統(tǒng)測(cè)試可分為3個(gè)層級(jí)：

部件級(jí)測(cè)試：對(duì)單個(gè)部件進(jìn)行功能和性能的驗(yàn)證與確認(rèn)；

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試：對(duì)由多個(gè)部件所組成的系統(tǒng)進(jìn)行功能和性能的驗(yàn)證與確認(rèn)；

整車(chē)級(jí)測(cè)試：對(duì)整車(chē)級(jí)功能和性能進(jìn)行驗(yàn)證與確認(rèn)。

述測(cè)試活動(dòng)可以按照測(cè)試的重點(diǎn)或目的分為以下類型：

功能測(cè)試；


性能測(cè)試；


可靠性測(cè)試與EMC測(cè)試；


臺(tái)架測(cè)試與整車(chē)測(cè)試；


模型在環(huán)測(cè)試、軟件在環(huán)測(cè)試與硬件在環(huán)測(cè)試；


手動(dòng)測(cè)試與自動(dòng)測(cè)試；


研發(fā)測(cè)試與生產(chǎn)下線測(cè)試等。


而在新能源汽車(chē)三電電池包、電驅(qū)、電控中，主要有以下主要測(cè)試項(xiàng)目：


電芯（cell）、模組（Mould）、電池包（pack）常見(jiàn)測(cè)試項(xiàng)目


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作為新能源汽車(chē)的核心部件，電池的性能和安全性直接影響整車(chē)的效率、續(xù)航能力以及用戶體驗(yàn)。因此，科學(xué)而系統(tǒng)的電池測(cè)試方法顯得尤為重要。通過(guò)精確的測(cè)試方法，可以全面評(píng)估電池的充放電性能、循環(huán)壽命、熱管理特性等關(guān)鍵參數(shù)，確保電池在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性和安全性。有效的電池測(cè)試不僅有助于提升新能源汽車(chē)的整體性能，還能預(yù)防潛在的安全隱患，推動(dòng)整個(gè)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此，深入了解并應(yīng)用新能源電池的測(cè)試方法，對(duì)于新能源汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。


從測(cè)試說(shuō)起 






測(cè)試是一門(mén)跨多個(gè)專業(yè)的科學(xué)，工程師需要了解軟件、硬件、材料、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程與業(yè)務(wù)知識(shí)及各種設(shè)備的使用方法。


一般而言，電子電氣系統(tǒng)測(cè)試可分為3個(gè)層級(jí)：


部件級(jí)測(cè)試：對(duì)單個(gè)部件進(jìn)行功能和性能的驗(yàn)證與確認(rèn)；


系統(tǒng)級(jí)測(cè)試：對(duì)由多個(gè)部件所組成的系統(tǒng)進(jìn)行功能和性能的驗(yàn)證與確認(rèn)；


整車(chē)級(jí)測(cè)試：對(duì)整車(chē)級(jí)功能和性能進(jìn)行驗(yàn)證與確認(rèn)。


述測(cè)試活動(dòng)可以按照測(cè)試的重點(diǎn)或目的分為以下類型：


功能測(cè)試；


性能測(cè)試；


可靠性測(cè)試與EMC測(cè)試；


臺(tái)架測(cè)試與整車(chē)測(cè)試；


模型在環(huán)測(cè)試、軟件在環(huán)測(cè)試與硬件在環(huán)測(cè)試；


手動(dòng)測(cè)試與自動(dòng)測(cè)試；


研發(fā)測(cè)試與生產(chǎn)下線測(cè)試等。

而在新能源汽車(chē)三電電池包、電驅(qū)、電控中，主要有以下主要測(cè)試項(xiàng)目：

電芯（cell）、模組（Mould）、電池包（pack）常見(jiàn)測(cè)試項(xiàng)目

電池：從手動(dòng)測(cè)試到自動(dòng)化測(cè)試 

電池測(cè)試項(xiàng)目主要包括：

物理性能的測(cè)試：如尺寸、重量、密度、外觀、氣密等；

電化學(xué)性能測(cè)試：如充放電、耐壓、內(nèi)阻等；

環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試：如高低溫、溫度循環(huán)、溫度沖擊、濕度、鹽霧、機(jī)械沖擊、振動(dòng)等；

安全性測(cè)試：針刺、火燒、過(guò)充、過(guò)放等。

縱觀近幾年，眾多電池企業(yè)紛紛為新品賦予非常“引人注目”的名字，如“4680”、“頂流”、“M3P”、“短刀”“凝聚態(tài)”，從而讓主機(jī)廠至終端用戶均能迅速識(shí)別品牌標(biāo)識(shí)。

要實(shí)現(xiàn)電池產(chǎn)品的差異化創(chuàng)新，不僅僅依賴于基礎(chǔ)研發(fā)人員對(duì)材料特性的深入研究和創(chuàng)新思維的發(fā)揮，更離不開(kāi)更高效有力的檢測(cè)。


除了安全之外，還有一個(gè)由時(shí)間、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和資源組成的巨大金錢(qián)三角，它產(chǎn)生了電動(dòng)汽車(chē)電池測(cè)試的三大挑戰(zhàn)：


如果電池測(cè)試能力和專業(yè)知識(shí)不足，測(cè)試需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成。這會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期并影響產(chǎn)量；


測(cè)試過(guò)程會(huì)生成大量數(shù)據(jù)，尤其是在集成不同站點(diǎn)的生產(chǎn)環(huán)境中，測(cè)量和數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確；
電動(dòng)汽車(chē)電池測(cè)試是應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的，因?yàn)殇囯x子電池、電池和模塊需要以電動(dòng)汽車(chē)的使用方式進(jìn)行測(cè)試。因此需要重新配置電池測(cè)試設(shè)備，以模擬不同應(yīng)用并適應(yīng)電池產(chǎn)品的變化。這意味著需要進(jìn)行大量資本投資，既要投資正在使用的電動(dòng)汽車(chē)電池測(cè)試設(shè)備，也要投資不同測(cè)試夾具的集成，以適應(yīng)這些變化。

關(guān)乎電池質(zhì)量主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵測(cè)試：

一、開(kāi)路電壓 (OCV) 測(cè)量

電池通過(guò)儲(chǔ)存能量，在正負(fù)極端子之間形成電壓電勢(shì)，這種能量在電路中得以應(yīng)用。當(dāng)電池未接入任何電路時(shí)，該電勢(shì)被稱為開(kāi)路電壓（OCV），這一數(shù)值直接體現(xiàn)了電池的充電狀態(tài)，是量化電池所含能量的重要指標(biāo)。

在電池的充電與放電過(guò)程中，OCV 會(huì)產(chǎn)生變化。為了確保電池在使用過(guò)程中既不過(guò)度充電也不過(guò)度放電，我們需要在這一過(guò)程中對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。電池在制造過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)多次的充放電循環(huán)，其中OCV的監(jiān)測(cè)是驗(yàn)證過(guò)程及最終應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于由大量電芯組成的電池組，通常會(huì)配備管理芯片，用于追蹤電芯及模塊的OCV，從而報(bào)告其狀態(tài)。

當(dāng)電池與負(fù)載斷開(kāi)連接時(shí)，其內(nèi)部仍會(huì)有微量的電流流動(dòng)，這種現(xiàn)象被稱為自放電電流。電池電芯的OCV在一般情況下保持相對(duì)穩(wěn)定，但在數(shù)周的時(shí)間內(nèi)，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)十至數(shù)百微伏的細(xì)微變化。對(duì)于質(zhì)量欠佳的電池，這一變化可能會(huì)更為明顯。通過(guò)OCV測(cè)量，我們可以檢測(cè)電池的自放電情況，并識(shí)別出有缺陷的電芯。

OCV的測(cè)量方法相對(duì)簡(jiǎn)單，如下圖所示，只需將數(shù)字萬(wàn)用表（DMM）直接連接到電池上，即可測(cè)量其直流電壓。

對(duì)于只需要確認(rèn) OCV 的應(yīng)用，任何 6位半 DMM 都可以勝任這項(xiàng)工作。對(duì)于自放電測(cè)試之類的應(yīng)用，需要檢測(cè)電壓的微小變化，將需要一個(gè)精度更高的（7位半）DMM。

例如，對(duì)于質(zhì)量良好的電芯，在四周內(nèi)自放電引起的電荷損失通常較小，一般在幾毫伏到幾十毫伏的范圍內(nèi)。然而，對(duì)于失效或有缺陷的電芯，這種損失可能達(dá)到幾百毫伏。每天就可能損失幾微伏。對(duì) 3.7 V 電芯執(zhí)行 OCV測(cè)量，一臺(tái)典型的 6位半 DMM 在 1 年校準(zhǔn)中存在 142 μV 的誤差。然而，7位半 DMM 在同等條件下存在 63.8 μV 的誤差。

二、內(nèi)阻和負(fù)載電阻

電池可被視為一個(gè)蘊(yùn)含能量的容器。在能量需求時(shí)，通過(guò)連接電路使能量得以釋放。然而，此比喻未涵蓋電池內(nèi)阻這一關(guān)鍵因素。更為恰當(dāng)?shù)谋扔魇牵姵厝缤粋€(gè)裝滿水的水瓶。當(dāng)水瓶倒置時(shí)，水流受到瓶口或瓶頸的限制而無(wú)法自由流動(dòng)。類似地，電池內(nèi)阻由于老化、材料質(zhì)量或結(jié)構(gòu)缺陷等因素，會(huì)阻礙能量的順暢傳遞。這種內(nèi)阻既包含電阻成分，也涉及電容成分，因此測(cè)量起來(lái)較為復(fù)雜。


與開(kāi)路電壓（OCV）類似，內(nèi)阻是電池質(zhì)量和其性能隨時(shí)間變化的重要指標(biāo)。內(nèi)阻較高的電池效率較低，且更容易失效。過(guò)高的內(nèi)阻在電池工作過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生過(guò)多熱量，若發(fā)生熱失控，將帶來(lái)極大的安全隱患。因此，在使用前對(duì)內(nèi)阻進(jìn)行測(cè)量，有助于識(shí)別可能存在失效風(fēng)險(xiǎn)的電芯。以鋰離子電池為例，質(zhì)量良好的電芯內(nèi)阻可低至100 m?，而質(zhì)量不佳或已失效的電芯內(nèi)阻可能高達(dá)數(shù)百毫歐。評(píng)估內(nèi)阻的方法多種多樣，旨在全面評(píng)估電池性能的不同方面。

三、電化學(xué)阻抗譜 (EIS)

在這個(gè)測(cè)試方法中，在一個(gè)寬頻譜（0.5 Hz 到超過(guò) 100 kHz）對(duì)電池施加交流信號(hào)（通常是幾百毫安，但在某些情況下可能是幾安）并測(cè)量電池的響應(yīng)。這個(gè)測(cè)試可能需要幾分鐘到幾小時(shí)（頻率越低，測(cè)試時(shí)間越長(zhǎng)），但可以得出電池內(nèi)阻抗行為的全方位數(shù)據(jù)。
四、交流內(nèi)阻 (ACIR)


ACIR 是 EIS 過(guò)程的一個(gè)子集，在單一頻率（通常為 1 kHz）下進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)試表征了小信號(hào)性能，可以完美指示電池質(zhì)量，比完整的 EIS 過(guò)程速度更快。占用時(shí)間短使其成為生產(chǎn)中的熱門(mén)測(cè)試方法，每個(gè)電池都必須通過(guò)該測(cè)試。


五、直流內(nèi)阻 (DCIR)

直流內(nèi)阻 (DCIR)，也稱為脈沖表征。在這種方法中，只測(cè)量電阻成分，因?yàn)槲覀兗僭O(shè)電池由理想的開(kāi)路電壓和串聯(lián)電阻表示，如下圖所示。

在一定的時(shí)間內(nèi)對(duì)電池施加直流電流。測(cè)量電池電壓的變化以計(jì)算電阻。圖表對(duì)此進(jìn)行了演示。
DCIR 方法（幾安培）中使用的電流通常比 ACIR 方法 (100 mA) 大得多，更接近實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，因?yàn)殡姵亟?jīng)常承受突然的高電流。電池的內(nèi)阻是電池輸出大電流能力的最大限制因素。因此，識(shí)別不能在高電流下工作的電池非常重要。