Beschleunigung der EV-Batterietests

Bei der Batterieprüfung geht es im Allgemeinen um die Überprüfung der Sicherheit, Leistung und Qualität einer Batterie. Die Prüfung ist wichtig, um die Produktionsqualität und die Sicherheit zu gewährleisten und die ordnungsgemäße Leistung im Gebrauch sicherzustellen. Sie sind auch wichtig, um die Wirksamkeit neuer Entwicklungen zu überprüfen und Verbesserungen bei Sicherheit, Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. 

Die beiden wichtigsten Bereiche sind Leistungstests und Charakterisierungen. 

Zu den Leistungstests gehören zum Beispiel Lade-Entlade-Zyklen, bei denen eine künstliche Alterung simuliert wird, um zu beobachten, wie schnell und auf welche Weise Batterien altern. Ein weiteres Beispiel sind Fahrzyklen. Bei diesen Tests werden reale Strom- oder Leistungsanforderungen aufgezeichnet und als Testinput verwendet. Ziel ist es, zu verstehen, wie sich eine neu entwickelte Batterie unter bekannten Bedingungen verhält, und zu sehen, ob es eine Leistungsverbesserung gibt. 

Die Charakterisierung konzentriert sich auf die Parameter einer Batterie, die Tests für Widerstand, Impedanz, Kapazität und thermische Reaktionen umfassen. Diese Tests werden unter Verwendung verschiedener Stimuli und Ablesen der Reaktionen durchgeführt. Zum Beispiel Widerstand und Impedanz. Klassischerweise ist der Stimulus ein Stromsignal, und für die Widerstandsmessung ist ein Gleichstromimpuls die gängigste Methode. Für eine bestimmte Zeitspanne wird ein Stromimpuls aktiviert und die Spannungsantwort zurückgemessen. Anhand des bekannten Stroms und der gemessenen Spannung kann der Innenwiderstand für Gleichstrom berechnet werden. Dieser wird als Gleichstrom-Innenwiderstand (DCIR) bezeichnet. Impedanzmessungen können in ähnlicher Weise durchgeführt werden, aber statt Gleichstrom wird Wechselstrom verwendet. Die Impedanz für eine bestimmte Frequenz könnte in Abhängigkeit von der gewählten Frequenz bestimmt werden. Wenn die feste Frequenz durch einen Sweep ersetzt wird, wird die Impedanzmessung als elektrochemische Impedanzspektroskopie bezeichnet.  

Für elektrische Tests sind die folgenden Komponenten die wichtigsten Bestandteile: Ein Batterietestsystem, eine Klima- oder Temperaturkammer, Messgeräte, Kommunikations- und Rest-Bus-Simulation, eine Konditionierungseinheit und Sicherheitseinrichtungen. 

Das Batterietestsystem ist eine hochleistungsfähige bidirektionale Stromversorgung. Es stellt die Kommunikation mit allen anderen Testkomponenten sicher und bearbeitet die Testszenarien und Charakterisierungsaufgaben. Die Messungen werden gesammelt, die Testergebnisse erfasst und für die Analyse aufbereitet. 

Batterietests werden immer in einer Prüfkammer durchgeführt, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten und thermische und klimatische Tests zu ermöglichen. Die Prüfkammer gewährleistet die Sicherheit durch Sicherheitseinrichtungen wie redundante Temperaturmessung, Gassensoren und Detektionssysteme, Entlüftungs- und Berstscheiben, Feuerlöschsysteme, Inertisierung und mechanische Sicherheitssysteme. Verschiedene Temperaturprofile und -bedingungen können leicht erreicht werden, um das robuste Verhalten unter allen Bedingungen zu überprüfen oder die Batterien unter extremen Bedingungen zu testen. Ein Teilbereich der Temperatur- und Klimakontrolle ist der Ersatz des bordeigenen Kühlsystems. Für Akkus und einige Module ist ein Kühlkreislauf erforderlich, der das Kühlsystem des Fahrzeugs ersetzt. Dieser könnte nicht nur für einen statischen Betrieb verwendet werden, sondern es könnten Temperaturprofile programmiert werden, um verschiedene Szenarien und Testfälle zu simulieren.  

Während das Batterietestsystem während der Prüfung Spannung und Strom misst, könnten zusätzliche Messungen erforderlich sein, z. B. Temperaturmessungen, Messungen einzelner Zellen, digitale und analoge Eingangs- und Ausgangskanäle (IOs) zur Kommunikation und Simulation von Verhaltensweisen sowie digitale Kommunikation auf höherer Ebene mit dem BMS.  

Unter dem Gesichtspunkt der Integration werden Packs und Module aus Zellen in Parallel- und Reihenschaltung aufgebaut. Daher werden die Tests auf einem viel höheren Spannungs- und Leistungsniveau als bei Zellen durchgeführt.  

 Darüber hinaus kommen durch die Integration von Zellen in Module und Packs weitere Komponenten hinzu, die entweder getestet oder kontrolliert werden müssen, um Tests zu ermöglichen. Das BMS spielt dabei die größte Rolle, da es eine Kommunikationskomponente zu den Tests hinzufügt. Alle Tests müssen mit dem BMS abgestimmt sein, so dass ein ständiger Kommunikationsfluss zwischen dem Testsystem und dem BMS besteht. Das BMS sorgt nicht nur für den Ausgleich der Zellen, um ein gleichmäßiges Laden und Entladen zu gewährleisten, sondern steuert auch die Ausgangsschütze. Durch die Kommunikation mit dem BMS soll dessen Reaktion auf bestimmte Bedingungen getestet und überprüft werden, aber es ist auch notwendig, den ordnungsgemäßen Betrieb durch die Durchführung der Tests sicherzustellen. Ein Beispiel wäre die Vorladung: Bevor ein Packtest beginnen kann, müssen die Spannungen des Testsystems und der Batterie aufeinander abgestimmt werden. Dies ist notwendig, um hohe Ausgleichsströme gleich zu Beginn eines Tests zu begrenzen, sobald die Schütze geschlossen sind. Das BMS-System koordiniert dies. Nur wenn die Spannung an den Schützen mit der internen Batteriespannung übereinstimmt, werden die Schütze geschlossen. 

Schnelles Laden ist einer der Trends in der EV/EVSE-Branche. Die Batterien sind nur ein Teil der Kette. Eine Batterie kann eine bestimmte Stromstärke für eine bestimmte Zeit unterstützen. Dies kann bei Leistungstests überprüft und getestet werden. Ist der Strom über einen zu langen Zeitraum zu hoch, könnten thermische Effekte auftreten und dauerhafte Schäden verursacht werden. Die Leistung von Batterien bei höheren Ladeströmen könnte verbessert werden, indem die Zellen vor dem Ladevorgang konditioniert werden und die Temperatur und die thermischen Auswirkungen durch Kühlung unter Kontrolle gehalten werden. Im Allgemeinen stellt das Schnellladen jedoch eine größere Herausforderung für die übrige Fahrzeugkette dar, vor allem für die Stecker, Kabel und Schütze, da sie für den Strom optimiert werden müssen, während gleichzeitig Gewicht und Platzbedarf auf einem erträglichen Niveau gehalten werden müssen. 

Keysight bietet eine breite Palette von Batterietestsystemen, Software und Dienstleistungen. Die Systeme sind hochflexibel und bieten eine breite Palette an integrierten Funktionen.  

Die Zellprüfsysteme bieten zum Beispiel eine integrierte elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS). Dadurch können die Messungen durchgeführt werden, ohne dass eine neue Verkabelung und andere Prüfgeräte erforderlich sind. Es könnte Teil eines umfassenderen Prüfzyklus sein und die Messungen automatisch durchführen. Dies spart Zeit und ermöglicht es, in kürzerer Zeit mehr und tiefere Einblicke in das Verhalten der Batterie zu gewinnen. 

Darüber hinaus sind die Modul- und Packtestsysteme so konzipiert, dass sie sich an wechselnde Testanforderungen anpassen lassen, mit zusätzlichen Feinstrom- und Spannungsbereichen, die Modultests mit einem Packtestsystem und Zelltests mit einem Modultestsystem ermöglichen. Dies erhöht die Flexibilität und ermöglicht den Aufbau eines vielseitigen und zuverlässigen Testlabors. 

Das Angebot einer schlüsselfertigen Komplettlösung könnte eine kürzere Zeit bis zur Prüfung gewährleisten. Auf Wunsch kümmert sich Keysight um die Planung und das Projektmanagement des kompletten Labors, einschließlich aller benötigten Komponenten. Die Lieferzeiten und die Inbetriebnahme werden so abgestimmt, dass das neu gebaute Batterietestlabor so schnell wie möglich in Betrieb genommen werden kann. Dieser Service ist nicht festgelegt und kann an die individuellen Bedürfnisse und den Umfang des Projekts angepasst werden.