Accelerare i test sulle batterie dei veicoli elettrici

Il test delle batterie in generale è la verifica della sicurezza, delle prestazioni e della qualità di una batteria. I test sono importanti per garantire la qualità e la sicurezza della produzione e per assicurare prestazioni adeguate durante l'uso. È anche importante verificare l'efficacia dei nuovi sviluppi e garantire miglioramenti in termini di sicurezza, prestazioni e affidabilità. 

Le due aree principali sono i test delle prestazioni e le caratterizzazioni. 

I test di prestazione includono, ad esempio, cicli di carica-scarica, in cui viene simulato un invecchiamento artificiale per osservare la velocità e il modo in cui le batterie invecchiano. Un altro esempio sono i cicli di guida. Per questi test, le richieste di corrente o di potenza del mondo reale vengono registrate e utilizzate come input del test. L'obiettivo è capire come si comporta una batteria di nuova concezione in condizioni note e vedere se c'è un miglioramento delle prestazioni. 

La caratterizzazione si concentra sui parametri di una batteria, che comprendono test di resistenza, impedenza, capacità e risposte termiche. Questi test vengono eseguiti utilizzando diversi stimoli e leggendo le risposte. Ad esempio, la resistenza e l'impedenza. In genere, lo stimolo è un segnale di corrente; per la misurazione della resistenza, il metodo più comune è un impulso di corrente continua. Per un periodo definito, viene attivato un impulso di corrente e viene misurata la risposta di tensione. Sulla base della corrente nota e della tensione misurata, è possibile calcolare la resistenza interna per la corrente continua. Questo valore è noto come Resistenza interna alla corrente continua (DCIR). Le misure di impedenza possono essere eseguite in modo simile, ma al posto della corrente continua si utilizza la corrente alternata. L'impedenza per una determinata frequenza può essere determinata in base alla frequenza scelta. Se la frequenza fissa viene sostituita da uno sweep, la misura di impedenza viene considerata una spettroscopia di impedenza elettrochimica.  

Per i test elettrici, i componenti principali sono i seguenti: Un sistema di prova delle batterie, una camera climatica o di temperatura, apparecchiature di misurazione, comunicazione e simulazione Rest-Bus, un'unità di condizionamento e apparecchiature di sicurezza. 

Il sistema di test della batteria è un alimentatore bidirezionale ad alte prestazioni. Garantisce la comunicazione con tutti gli altri componenti del test e gestisce gli scenari di prova e le attività di caratterizzazione. Le misure vengono raccolte e i risultati del test vengono acquisiti e preparati per l'analisi. 

I test delle batterie vengono sempre eseguiti in una camera di prova per garantire un funzionamento sicuro e consentire prove termiche e climatiche. La camera di prova garantisce la sicurezza attraverso dispositivi di sicurezza, come la misurazione ridondante della temperatura, i sensori di gas e i sistemi di rilevamento, i dischi di sfiato e di scoppio, i sistemi di estinzione, l'inertizzazione e i sistemi di sicurezza meccanica. È possibile ottenere facilmente diversi profili e condizioni di temperatura per verificare il comportamento robusto in tutte le condizioni o per testare le batterie in condizioni estreme. Una parte del controllo della temperatura e del clima è la sostituzione del sistema di raffreddamento del veicolo. Per i pacchi e alcuni moduli, è necessario disporre di un circuito di raffreddamento che sostituisca il sistema di raffreddamento dell'auto. Questo non solo potrebbe essere utilizzato per avere un funzionamento statico, ma i profili di temperatura potrebbero essere programmati per simulare diversi scenari e casi di test.  

Mentre il sistema di test della batteria misura la tensione e la corrente durante il test, potrebbero essere necessarie altre misure, come quelle della temperatura, delle singole celle, dei canali di ingresso e uscita (IO) digitali e analogici per comunicare e simulare i comportamenti, e della comunicazione digitale di livello superiore con il BMS.  

Dal punto di vista dell'integrazione, i pacchi e i moduli sono costituiti da celle in parallelo e in serie. Per questo motivo, i test vengono eseguiti a un livello di tensione e di potenza molto più elevato rispetto alle celle.  

 Inoltre, l'integrazione delle celle in moduli e pacchi aggiunge componenti che devono essere testati o controllati per consentire i test. Il BMS svolge il ruolo principale aggiungendo una componente di comunicazione ai test. Tutti i test devono essere in linea con il BMS, e quindi un flusso di comunicazione costante scorre tra il sistema di test e il BMS. Il BMS non solo si occupa di bilanciare le celle per garantire una carica e una scarica uniformi, ma controlla anche i contattori di uscita. La comunicazione con il BMS deve testare e verificare la sua reazione a determinate condizioni, ma è anche necessario garantire il corretto funzionamento eseguendo i test. Un esempio è la precarica: Prima di avviare il test di un pacco, le tensioni del sistema di test e della batteria devono corrispondere. Questo è necessario per limitare le correnti di bilanciamento elevate all'inizio del test, una volta chiusi i contattori. Il sistema BMS coordina questa operazione. Solo se la tensione dei contattori corrisponde a quella della batteria interna, i contattori si chiudono. 

La ricarica rapida è una delle tendenze del settore EV/EVSE. Le batterie sono solo una parte della catena. Una batteria può supportare una determinata corrente per un determinato tempo. Questo può essere verificato e testato durante i test di prestazione. Se la corrente è troppo alta per un periodo di tempo troppo lungo, potrebbero verificarsi effetti termici e danni permanenti. Le prestazioni delle batterie con correnti di carica più elevate possono essere migliorate condizionando le celle prima dell'evento di carica e tenendo sotto controllo la temperatura e l'impatto termico con il raffreddamento. In generale, però, la ricarica rapida è più impegnativa per il resto della catena automobilistica, soprattutto per le spine, i cavi e i contattori, che devono essere ottimizzati per la corrente mantenendo il peso e l'ingombro a un livello tollerabile. 

Keysight offre un'ampia gamma di sistemi di test per batterie, software e servizi. I sistemi sono altamente flessibili e offrono un'ampia gamma di funzionalità integrate.  

I sistemi di test delle celle, ad esempio, prevedono la misurazione integrata della spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS). Ciò consente di eseguire le misure senza dover ricablare e utilizzare apparecchiature di prova diverse. Potrebbe far parte di un ciclo di test più ampio ed eseguire automaticamente le misure. In questo modo si risparmia tempo, consentendo tempi più brevi per ottenere maggiori e più approfondite informazioni sul comportamento della batteria. 

Inoltre, i sistemi di test per moduli e pacchi sono progettati per adattarsi alle mutevoli esigenze di test, con intervalli aggiuntivi di corrente e tensione fini per consentire test di moduli con un sistema di test per pacchi e test di celle con un sistema di test per moduli. Questo aumenta la flessibilità e consente di creare un laboratorio di test versatile e affidabile. 

L'offerta di una soluzione completa "chiavi in mano" potrebbe garantire tempi più rapidi per l'esecuzione dei test. Se lo si desidera, Keysight si occuperà della pianificazione e della gestione del progetto del laboratorio completo, compresi tutti i componenti necessari. I tempi di consegna e di messa in servizio saranno allineati per supportare il più rapido ramp-up possibile del nuovo laboratorio di test delle batterie. Questo servizio non è fisso e può essere adattato alle esigenze individuali e alla portata del progetto.