电池组件是电动汽车最复杂的部件之一。动力电池是一整套蓄电体;多个电池单元组成电池模组,而多个模组又组成电池组件。也就是说,电池组件是各电池单元的工作性能、极限、误差、工作寿命之和。即便各电芯名义上的参数都相同,但也可以说电池组件是各电芯潜在的不同工作特征的总和。因此,在电池生产中,要想达到理想的功率、电能、范围、寿命和安全性,平衡电池中的各个电芯十分关键。

电池管理系统的限制

电池测试之所以是生产中的关键环节,首要原因就是电池测试可以平衡或控制电池中的电芯。要尽可能地提高电池性能和避免性能过早退化,需要了解控制电池的规律。要保持电池的工作效率、使用寿命、热稳定性和安全性,需要使用电池管理系统(BMS),在整个嵌入式逻辑控制单元中调节和分配流出和流入电池单元的电能。BMS采集和评估工作变量,调节流入每个电池单元的电流,监控电池的安全性和优化电池的健康。这也是当下普遍使用的电池管理方式,目的是避免电池缺陷,但也限制了整体性能。

充电状态

尽管BMS负责管理电池单元充电状态的平衡(也即SOC),但是还有一些其他因素会使其无法达到理想的优化效果。其根本性原因在于BMS使用了电芯物理实体的工作特性参数:BMS读取其数值并计算,以此优化电池管理,但不幸的是会将电池的输出(对于充电和放电来说)均摊到整个电池组件中最弱的一个电芯上。

这就是说,BMS实际上只是读取数据,完全没有处理数据。而要确保同一个电池模组中电芯的均匀性,BMS需要充分发挥工作性能,必须初步评估电池单元和模组并连续分级和分类,将主要工作特性相同的电池单元合并在一起。

测量开路电压(也即OCV)是最迫切的要求,用交流电评估内部电阻(也即ACIR或用EIS电化学阻抗普测试)或用直流电(也即DCIR)评估,并最终测试外壳的绝缘性能(也即HiPot或绝缘强度)。

健康状态

然而,上述测试只能反映电池的静止状态,完全无法揭示电池的健康状态。而评估电池的健康状态(SOH)也十分重要,健康状态代表着电池相比于新电池的蓄电能力和供电能力。

对此,研究建议在所监控到的电池的老化期之后及后续的常规化期间,进行相同的测试。老化相当于磨合,进行一系列的充放电周期,激活电池和稳定电池工作性能。而常规化是一种短期任务,是单一的放电和充电周期,使电池处于一个固定和已知的充电状态。这样一来,上述的测试仍只是某一刻的静态状况,但现在是长期监控动态工作情况的最后一步。从电池单元的生产阶段到电池模组和电池组件的组装阶段,由于电池长期保存在仓库中或交货后处于长途运输中而长时间保持非工作状态,而静止会造成电池原始状态的改变,因此,特别推荐进行这项测试。

确保测试的可靠性

如前所述的最后一步并不是行业内的标准要求,也不是技术性规范的强制要求。而是马波斯在深入研究该问题后提出的理想解决方案。

理解客户需求是应对挑战和为市场提供有效和有益解决方案的主要基础。而马波斯理念的附加值不是执行测试,而是确保测试的可靠性。为此,马波斯正在开发参考样板及相关的操作程序,目的是确保测试台在整个生命周期中的精确工作。

当然,理论之外还需要实践。成功的电池测试解决方案不仅是测试技术的应用,还是系统化的设计思维:在实际试用和验证的基础上,选用市场上最好的仪器和测量工具进行测试,采用严格的预防措施,保护操作人员和环境的安全。

马波斯可提供测试台,满足重要车企或电池制造商对电池单元、模组或电池组件的测试要求。在所提供的解决方案中,马波斯集团的技术实现了横向集成,例如在组装任务中,测量尺寸检测电池壳的变形常常可以发现化学性的异常情况;电气测试检查电极的连接;电解液的嗅探检测验证电池壳的完整性;冷却回路的泄漏测试也可检测异常情况。