全方位测试：优化电动汽车电池设计的关键路径

电池设计是电动汽车生态系统的重中之重

作者：是德科技产品营销经理Brian Whitaker

从内燃机（ICE）向使用清洁能源的电动汽车（EV）转型，需要大量的技术投入，才能推动电动汽车在市场上广泛普及。

此外，越来越多的国家宣布了逐步淘汰或者限制传统内燃机的计划。受到政策驱使，EV 生态系统亟需快速发展壮大。相应地，这种需求也对电动汽车的电池测试方法提出了更高要求，要求电池测试更加高效。

随着电动汽车市场的快速增长，动力电池等汽车核心部件的需求也在不断扩大。作为电动汽车的关键子系统之一，动力电池是持续实现交通系统电气化的关键所在。

业界的目标是使用快速、经济高效和节能的工艺来开发电动汽车电池，以提高电池的耐用性、功率密度和运行安全。

影响电池设计的一个重要因素是性能测试。这个关键过程涵盖了设计、生产和系统集成等环节，目的是为了确保所有进入市场的电动汽车电池在安全性和运行性能方面发挥出最佳表现。

如果不采用最新的测试系统和测试方法，电动汽车的电池测试不仅会成本高，还会非常耗时。在整个电池设计过程中，采用最佳实践方法和先进技术可以帮助客户快速、轻松地解决各种设计难题。

本文将重点探讨以下内容：

如何通过投资端到端的电动汽车电池测试系统，来提高电动汽车电池设计的质量和性能。
这些系统如何在不影响续航性能、功率密度和安全性的前提下，帮助客户加快产品上市速度、降低运营成本。

加快新产品上市速度

测试和验证电动汽车电池对于确保产品上市后具有出色的性能和安全性至关重要。在研发（R&D）阶段进行全面测试还可以加快新产品上市速度、提高成本效益。客户通过执行内部测试（In-House Testing）便可以发现电池的性能问题，进而缩短新产品上市时间，有利于确保电动汽车电池供应链的稳定。


图 1. 电池测试实验室示例

执行内部测试（In-House Testing）

现阶段，测试机构的排期比以往任何时候都更加繁忙，因此等待的时间会更长，这也意味着设计人员的测试需求会被延误。如果依赖外部测试机构，开发时间动辄会延长几个星期，让企业在竞争中处于不利地位。

企业购买自己在内部使用的测试设备，能够极大地缩短测试等待时间。通过合理规划和安排内部测试，企业能够在更短的时间内得到关于最新设计原型的完整性能数据。

购买这些设备看似需要较高的资金投入，但在竞争日趋激烈的环境下，节省下来的时间能够为企业带来非常可观的投资回报。

发现性能和安全隐患

性能不佳所带来的影响务必要考虑清楚。跳过非强制性测试可能会导致遗漏性能或安全隐患。一旦产品需要召回，传导至生产过程的代价更为严重。纠正问题的过程会极大地影响将完好的终端产品成功推向市场的时间。在市场发展如此快速的当下，这样的延误是不被容许的。

在早期的设计和生产阶段，跳过测试环节看起来像是走了捷径。然而，这种策略实际上具有很高的风险。如果隐患一直未被发现和排除，可能会严重推迟新产品的上市时间。

降低运营成本

精心设计的测试实验室可以帮助电动汽车电池研发团队显著节约运营成本。

高性能的先进电池测试系统甚至可以实现高达 96% 的能效。剩余的 4% 可用能源会返回电网，服务其他用途。

这种技术可以从两个方面帮助工作繁忙的研发实验室降低运营成本：前期主要通过改进冷却基础设施的安装，后期则主要通过持续大幅降低能源成本。

改进实验室的运营效率

全球电动汽车销量不断攀升，在 2023 年达到 1,360 万辆，比 2022 年增加了 31%。如此大规模的销量增长需要大量的测试提供支撑，而执行这些测试会在相当长的时间内占用大量的设备。随着市场的快速发展和电动汽车销量的增长，冗长的测试流程可能会导致设计瓶颈，延误新产品上市时间。

上述所有测试需要高效管理和评估海量数据的能力。而有效管理大量测试数据的方法之一是，选择可以提供完整数据和可追溯功能的实验室操作软件。此外，应用软件还可以提供数据分析工具和工作流管理功能，提高测试实验室的效率。

明确电池设计人员的测试要求

模块化和灵活性有助于打造精益的流程，助力电池设计人员、研发工作室和小型初创企业快速设计高品质的电池。

在上游设计阶段进行投入，其效益会体现在最终产品的质量上。必须在这个阶段以经济高效的方式快速、准确地纠正设计缺陷。充电/放电平台和电池循环寿命检测装置等测试系统必须快速评测和验证设计，才能提供全面的数据，帮助设计人员进行后续优化。

理想情况下，测试设备应当具有设计紧凑的外形尺寸，并能够随着电池需求的变化和容量的增长部署不同的通道配置。


图 2. 电动汽车的电池单元

复杂的系统测试

除了功率电子器件，客户还应该考虑很多其他测试场景，例如使用电池管理系统和人工气候实验室在不同气候条件下测试原型设计。

测试场景涵盖以下方面：


[*]功能、老化、环境和性能测试。
[*]标准化和合规性测试（例如 ISO、DIN、EN、SAE）。
[*]内阻、电荷、能量、容量、效率、耐用性和使用年限、温度特性和机械阻力测试。
[*]耐用性、续航里程和效率分析。
[*]电化学阻抗测量和循环伏安法测量。


通过动态控制这些变量，测试工程师能够在无需用户干预的情况下设置和更改相关测试参数。这些额外的数据必须在测试期间完成评估，不需要后期处理。测试系统必须清楚地显示数据，以便用户判断测试是否正常运行，或者是否有必要终止测试。

因此，测试软件必须能够同步控制测试环境中的所有组件，同时在执行余下的测试工作期间，记录测量值以及使用的变量。

结论

显然，在电动汽车电池测试方面进行投入不仅有技术上的需求，也是瞄准未来交通出行进行决策部署的战略需要。通过采用先进的测试方法，制造商能提高电动汽车电池的安全性、效率和使用寿命，从而支持电动汽车市场的快速增长，这一点至关重要。

此举不仅契合全球可持续发展目标，还让制造商走在了科技创新的最前沿，能够成竹在胸地应对消费者和监管机构不断变化的需求。通过优先采用先进的电池测试，制造商为推动交通出行领域的创新铺平了道路。这些创新将推动电动汽车在易用性、可靠性和生态环保等方面实现大幅提升。