從內(nèi)燃機(jī)(ICE)向使用清潔能源的電動(dòng)汽車(chē)(EV)轉(zhuǎn)型,需要大量的技術(shù)投入,才能推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)在市場(chǎng)上廣泛普及。
此外,越來(lái)越多的國(guó)家宣布了逐步淘汰或者限制傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的計(jì)劃。受到政策驅(qū)使,EV 生態(tài)系統(tǒng)亟需快速發(fā)展壯大。相應(yīng)地,這種需求也對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的電池測(cè)試方法提出了更高要求,要求電池測(cè)試更加高效。
隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng),動(dòng)力電池等汽車(chē)核心部件的需求也在不斷擴(kuò)大。作為電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一,動(dòng)力電池是持續(xù)實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)電氣化的關(guān)鍵所在。
業(yè)界的目標(biāo)是使用快速、經(jīng)濟(jì)高效和節(jié)能的工藝來(lái)開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)電池,以提高電池的耐用性、功率密度和運(yùn)行安全。
影響電池設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素是性能測(cè)試。這個(gè)關(guān)鍵過(guò)程涵蓋了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和系統(tǒng)集成等環(huán)節(jié),目的是為了確保所有進(jìn)入市場(chǎng)的電動(dòng)汽車(chē)電池在安全性和運(yùn)行性能方面發(fā)揮出最佳表現(xiàn)。
如果不采用最新的測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法,電動(dòng)汽車(chē)的電池測(cè)試不僅會(huì)成本高,還會(huì)非常耗時(shí)。在整個(gè)電池設(shè)計(jì)過(guò)程中,采用最佳實(shí)踐方法和先進(jìn)技術(shù)可以幫助客戶(hù)快速、輕松地解決各種設(shè)計(jì)難題。
本文將重點(diǎn)探討以下內(nèi)容:
- 如何通過(guò)投資端到端的電動(dòng)汽車(chē)電池測(cè)試系統(tǒng),來(lái)提高電動(dòng)汽車(chē)電池設(shè)計(jì)的質(zhì)量和性能。
- 這些系統(tǒng)如何在不影響續(xù)航性能、功率密度和安全性的前提下,幫助客戶(hù)加快產(chǎn)品上市速度、降低運(yùn)營(yíng)成本。
加快新產(chǎn)品上市速度
測(cè)試和驗(yàn)證電動(dòng)汽車(chē)電池對(duì)于確保產(chǎn)品上市后具有出色的性能和安全性至關(guān)重要。在研發(fā)(R&D)階段進(jìn)行全面測(cè)試還可以加快新產(chǎn)品上市速度、提高成本效益??蛻?hù)通過(guò)執(zhí)行內(nèi)部測(cè)試(In-House Testing)便可以發(fā)現(xiàn)電池的性能問(wèn)題,進(jìn)而縮短新產(chǎn)品上市時(shí)間,有利于確保電動(dòng)汽車(chē)電池供應(yīng)鏈的穩(wěn)定。
圖 1. 電池測(cè)試實(shí)驗(yàn)室示例
執(zhí)行內(nèi)部測(cè)試(In-House Testing)
現(xiàn)階段,測(cè)試機(jī)構(gòu)的排期比以往任何時(shí)候都更加繁忙,因此等待的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng),這也意味著設(shè)計(jì)人員的測(cè)試需求會(huì)被延誤。如果依賴(lài)外部測(cè)試機(jī)構(gòu),開(kāi)發(fā)時(shí)間動(dòng)輒會(huì)延長(zhǎng)幾個(gè)星期,讓企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中處于不利地位。
企業(yè)購(gòu)買(mǎi)自己在內(nèi)部使用的測(cè)試設(shè)備,能夠極大地縮短測(cè)試等待時(shí)間。通過(guò)合理規(guī)劃和安排內(nèi)部測(cè)試,企業(yè)能夠在更短的時(shí)間內(nèi)得到關(guān)于最新設(shè)計(jì)原型的完整性能數(shù)據(jù)。
購(gòu)買(mǎi)這些設(shè)備看似需要較高的資金投入,但在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的環(huán)境下,節(jié)省下來(lái)的時(shí)間能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)非??捎^(guān)的投資回報(bào)。
發(fā)現(xiàn)性能和安全隱患
性能不佳所帶來(lái)的影響務(wù)必要考慮清楚。跳過(guò)非強(qiáng)制性測(cè)試可能會(huì)導(dǎo)致遺漏性能或安全隱患。一旦產(chǎn)品需要召回,傳導(dǎo)至生產(chǎn)過(guò)程的代價(jià)更為嚴(yán)重。糾正問(wèn)題的過(guò)程會(huì)極大地影響將完好的終端產(chǎn)品成功推向市場(chǎng)的時(shí)間。在市場(chǎng)發(fā)展如此快速的當(dāng)下,這樣的延誤是不被容許的。
在早期的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段,跳過(guò)測(cè)試環(huán)節(jié)看起來(lái)像是走了捷徑。然而,這種策略實(shí)際上具有很高的風(fēng)險(xiǎn)。如果隱患一直未被發(fā)現(xiàn)和排除,可能會(huì)嚴(yán)重推遲新產(chǎn)品的上市時(shí)間。
降低運(yùn)營(yíng)成本
精心設(shè)計(jì)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室可以幫助電動(dòng)汽車(chē)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)顯著節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。
高性能的先進(jìn)電池測(cè)試系統(tǒng)甚至可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 96% 的能效。剩余的 4% 可用能源會(huì)返回電網(wǎng),服務(wù)其他用途。
這種技術(shù)可以從兩個(gè)方面幫助工作繁忙的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室降低運(yùn)營(yíng)成本:前期主要通過(guò)改進(jìn)冷卻基礎(chǔ)設(shè)施的安裝,后期則主要通過(guò)持續(xù)大幅降低能源成本。
改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)營(yíng)效率 全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量不斷攀升,在 2023 年達(dá)到 1,360 萬(wàn)輛,比 2022 年增加了 31%。如此大規(guī)模的銷(xiāo)量增長(zhǎng)需要大量的測(cè)試提供支撐,而執(zhí)行這些測(cè)試會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)占用大量的設(shè)備。隨著市場(chǎng)的快速發(fā)展和電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量的增長(zhǎng),冗長(zhǎng)的測(cè)試流程可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)瓶頸,延誤新產(chǎn)品上市時(shí)間。
上述所有測(cè)試需要高效管理和評(píng)估海量數(shù)據(jù)的能力。而有效管理大量測(cè)試數(shù)據(jù)的方法之一是,選擇可以提供完整數(shù)據(jù)和可追溯功能的實(shí)驗(yàn)室操作軟件。此外,應(yīng)用軟件還可以提供數(shù)據(jù)分析工具和工作流管理功能,提高測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的效率。
明確電池設(shè)計(jì)人員的測(cè)試要求
模塊化和靈活性有助于打造精益的流程,助力電池設(shè)計(jì)人員、研發(fā)工作室和小型初創(chuàng)企業(yè)快速設(shè)計(jì)高品質(zhì)的電池。
在上游設(shè)計(jì)階段進(jìn)行投入,其效益會(huì)體現(xiàn)在最終產(chǎn)品的質(zhì)量上。必須在這個(gè)階段以經(jīng)濟(jì)高效的方式快速、準(zhǔn)確地糾正設(shè)計(jì)缺陷。充電/放電平臺(tái)和電池循環(huán)壽命檢測(cè)裝置等測(cè)試系統(tǒng)必須快速評(píng)測(cè)和驗(yàn)證設(shè)計(jì),才能提供全面的數(shù)據(jù),幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化。
理想情況下,測(cè)試設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有設(shè)計(jì)緊湊的外形尺寸,并能夠隨著電池需求的變化和容量的增長(zhǎng)部署不同的通道配置。
圖 2. 電動(dòng)汽車(chē)的電池單元
復(fù)雜的系統(tǒng)測(cè)試
除了功率電子器件,客戶(hù)還應(yīng)該考慮很多其他測(cè)試場(chǎng)景,例如使用電池管理系統(tǒng)和人工氣候?qū)嶒?yàn)室在不同氣候條件下測(cè)試原型設(shè)計(jì)。
測(cè)試場(chǎng)景涵蓋以下方面:
- 功能、老化、環(huán)境和性能測(cè)試。
- 標(biāo)準(zhǔn)化和合規(guī)性測(cè)試(例如 ISO、DIN、EN、SAE)。
- 內(nèi)阻、電荷、能量、容量、效率、耐用性和使用年限、溫度特性和機(jī)械阻力測(cè)試。
- 耐用性、續(xù)航里程和效率分析。
- 電化學(xué)阻抗測(cè)量和循環(huán)伏安法測(cè)量。
通過(guò)動(dòng)態(tài)控制這些變量,測(cè)試工程師能夠在無(wú)需用戶(hù)干預(yù)的情況下設(shè)置和更改相關(guān)測(cè)試參數(shù)。這些額外的數(shù)據(jù)必須在測(cè)試期間完成評(píng)估,不需要后期處理。測(cè)試系統(tǒng)必須清楚地顯示數(shù)據(jù),以便用戶(hù)判斷測(cè)試是否正常運(yùn)行,或者是否有必要終止測(cè)試。
因此,測(cè)試軟件必須能夠同步控制測(cè)試環(huán)境中的所有組件,同時(shí)在執(zhí)行余下的測(cè)試工作期間,記錄測(cè)量值以及使用的變量。
結(jié)論
顯然,在電動(dòng)汽車(chē)電池測(cè)試方面進(jìn)行投入不僅有技術(shù)上的需求,也是瞄準(zhǔn)未來(lái)交通出行進(jìn)行決策部署的戰(zhàn)略需要。通過(guò)采用先進(jìn)的測(cè)試方法,制造商能提高電動(dòng)汽車(chē)電池的安全性、效率和使用壽命,從而支持電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng),這一點(diǎn)至關(guān)重要。
此舉不僅契合全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo),還讓制造商走在了科技創(chuàng)新的最前沿,能夠成竹在胸地應(yīng)對(duì)消費(fèi)者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)不斷變化的需求。通過(guò)優(yōu)先采用先進(jìn)的電池測(cè)試,制造商為推動(dòng)交通出行領(lǐng)域的創(chuàng)新鋪平了道路。這些創(chuàng)新將推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)在易用性、可靠性和生態(tài)環(huán)保等方面實(shí)現(xiàn)大幅提升。
作者:是德科技產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Brian Whitaker