了解储能系统测试方案

储能系统测试是当今的热门话题。它通常被称为“电池测试”，范围从小型便携式电池到电动汽车 (EV) 中使用的大型电池，再到所谓“固定应用”中用于高能量供应的备用系统电池。根据这些系统的具体环境和制造周期阶段，泰克吉时利为市场提供测试解决方案，例如旨在满足系统集成商为电动汽车 OEM 设计自动测试系统 (ATE) 的迫切需求的解决方案。随着技术的进步，我们在各种测试案例和生产质量要求方面的经验不断增长。

安全、性能和系统管理

“电池测试”的范围非常广泛，从便携式设备中最小电池的特性分析到以 1,000 V 甚至更高电压运行的大型车辆电池。电池系统对于电动交通至关重要。如今，锂离子电池因其高能量和功率密度而成为电动汽车中最常用的电池类型之一。根据市场环境，“电池”有不同的命名法。例如，在汽车领域，根据车辆的集成状态，作为被测设备的电动汽车电池和相关测试程序可能会因电池制造、模块或电池组制造而有所不同。

电池通常是单个电化学装置，单个存储单元的电压通常不超过 5 V。模块由多个相连的电池和一些用于控制整个系统的电子设备组成。模块以某种方式封装，因此测试通常将整个模块作为单个元素进行。电池组是由多个模块组成的较大元素，同样通过一些线路连接，并配备更复杂的控制和通信电子设备，以便与其他处理单元(例如车辆)进行通信。

如上所述，测试电池不同于测试模块或测试电池组，并且测试设置在制造价值链的每个阶段都可能有所不同。最终，测试可能会因所采用的测试方法不同而有所不同，例如阻抗测量的情况。

泰克吉时利为测试系统设计人员提供涵盖电气测试的解决方案，专注于在电池制造(例如电池、模块和电池组装配线)和最终应用集成(例如汽车电池管理系统 [BMS] 和电池组集成)中的系统集成测试中需要测量复杂 ATE 中潜在电压、电流和电阻的地方。

测试通常涉及三个主要领域：安全测试，这对于由多个以串联/并联拓扑排列的电池组合而成的系统至关重要，以提供更高的功率密度;电池单元/模块/组的性能测试，与充电/放电循环次数、运行时间和温度密切相关;以及管理测试，此时性能优化和 EOL 测试验证是关键。

示例1：电池包制造中的母线焊缝阻抗安全测试工作站

组成电池模块的多个电池并联或串联连接，以实现所需的电压输出。所有电池都通过激光焊接到母线上，母线是一种与地面隔离的长导体，负责承载大电流以分配电池的电力。VSH 母线焊接阻抗测试表征了焊缝的阻抗。焊缝中的小电阻会产生足够的热量，从而降低电池的性能并导致早期故障或不安全的操作条件。通过在测试电池操作之前测量电阻，可以快速从线路中移除有缺陷的模块。

测量焊缝的阻抗涉及在焊缝上引入电流并测量电压以计算电阻。测试执行速度和测量精度是测量焊缝阻抗时最重要的两个考虑因素。这可以使用源测量单元 (SMU)(如 Keithley 型号 2460 或 2461)以及型号 3706A 系统开关和万用表或型号 DAQ6510 数据采集和记录万用表系统来完成。

2460 和 2461 型 SMU 能够为需要大电流的电池系统提供高达 7 A 的电流。焊点的阻抗可以小到几毫欧姆。因此，使用足够灵敏的仪表来测量非常小的电压非常重要。3706A 型具有 7.5 位数字万用表 (DMM)，可以测量 100 mV 范围内的几十纳伏。由于电池组在一条母线上可能有近 80 个焊点，因此我们支持带有可配置插槽的主机，用于多通道插入式模块，从而无需重新布线。为了提高速度和效率，关闭每个通道进行测量的过程显然是自动化的。

示例2：电池性能测试中的内阻测量和开路电压

电池在充电和放电过程中的性能及其效率可以通过几种不同的方式和几个指标来评估。电池内阻特性就是其中之一，它基本上意味着准确表征其在几种充电/放电电流速率、充电状态、温度和其他老化指标下的变化。

开路电压 (OCV) 是在足够的休息时间(有时称为“松弛”)后在电池端子处测得的电压，它是锂离子电池单元的关键测量值。

OCV 也主要根据电池充电状态而变化，较小程度上根据温度而变化，它不仅可用于评估/评估电池规格和状况，还可用于创建电池等效模型来设计 BMS。

电池内阻指的是连接负载时电池端子之间的电压降与空载电压相比的变化，可以从 OCV 测量中得出。

OCV 通常不只是一种测量，而是一组测量。事实上，我们称之为“电池的 OCV 特性”，并且我们追踪了从充电状态与 OCV 平面的曲线得出的详尽分析。

要追踪该曲线，您需要将电池置于特定的充电状态，通常是使用智能源/负载以脉冲方式充电或放电电流，等待一段时间，然后测量电极处的开路电位。

像 2460 或 2461 这样的 Keithley SMU(具有 10-A 脉冲能力和数字化仪)是执行此测试的完美解决方案。事实上，它可以以受控方式提供或吸收电池电流，同时使用带接触检查的四线(开尔文)连接测量电池电流和电压。所有这些都可以通过编程的嵌入式微处理器轻松实现自动化和控制。

OCV 电压测量的精度是选择仪器的决定性因素。在某些情况下，典型的 6 ½ 位测量分辨率、热稳定性，但大多数情况下，SMU 的精度可能被认为不够。

因此，一些测试设置需要使用特殊的数字万用表 Keithley DMM7510，该万用表已成为锂离子电池单元测试的标准。其低噪声 32 位 A/D 转换器可实现 7 ½ 位分辨率和计量级精度。

示例 3：BMS 测试和碰撞开关检测的特殊情况

BMS 是负责执行关键电池功能(如电池监控、电池平衡、充电和放电控制、安全控制以及与外部单元通信)的特定元件。一些 ATE 设计师致力于将所有必要的测试单元塞入紧凑而可靠的平台中，以控制 BMS 和电池之间的交互。

这些用于验证的 ATE 通常是模块化元素，由来自多个供应商的产品组合而成，作为一个系统共同运行。该系统需要跟踪和记录来自电池和 BMS 的多个输入信号。传感单元和 I/O 通信阶段确实至关重要，必须实施才能进行适当的筛选。在某些情况下，组成系统的单个仪器的选择部分由测试管理软件环境驱动，但一般来说，系统集成商更喜欢根据 OEM 的要求设计定制解决方案，这些解决方案独立于特定环境，允许多个自动验证测试系统并行可互换且快速执行。

为了在实际电池系统交互之前验证 BMS，您可能需要模拟电池组电压。这意味着要控制精确的 1,000 V(或更高)电压源，甚至模拟数百个单个电池电压。环境压力室是另一个关键子元素，用于温度和测试环境控制。从 SMU 的角度来看，Keithley 支持的 2470 型号能够超过 1 kV 的测试能力。

除了特定的数据记录器和采集交换卡(例如 DAQ6510)之外，我们现在将重点关注为 BMS 对直流快速充电期间低能量碰撞的反应的特定测试设置设计而选择的电压和电流脉冲器的需求。

让我们考虑一下这种情况：一辆插入停车场直流充电器的汽车遭遇低速碰撞。BMS 将如何反应?如何排除隔离等关键故障?根据实际情况，BMS 的碰撞信号可能是电压脉冲或电流脉冲。无论类型如何，信号都必须清晰且足够稳定以抵抗干扰。我们还提供带有 AFG 的解决方案，以模拟 CAN 总线消息通信中的错误帧，以重现潜在的故障情况并测试系统的稳健性。

结论

锂离子电池的电气测量是一个非常广泛的主题，根据制造阶段或应用集成中的测试阶段，需要使用智能自动测试设备实施具有不同要求的不同测量集。泰克历来是示波器和探测解决方案的主要供应商，用于测试电池在电机驱动逆变器加载时的行为，但泰克和吉时利产品组合支持电池制造领域，特别是在必须实施高精度电阻、隔离或电压和电流测量，同时在多个传感入口点收集数据时。特别是，像 2470 SMU 这样的特殊源测量单元能够提供超过 1 kV 的电压，同时准确测量电流，