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電動車電池生產測試 – 充滿挑戰的新世界

電動車電池單元、模組和電池組生產系統依賴精密電子儀器來可靠地識別差異。製造商依賴經濟實惠的測試設備以執行以下功能:

  • 微小電氣異常的持續檢測
  • 將其整合進複雜的自動化系統中
  • 隨著測試需求的發展而調整
  • 實現零停機時間

測試工程師們正與研發工程師們緊密合作, 逐步實現嶄新電池技術。而工程師們信任 Keithley 的精密測量儀器能夠幫助他們突破界限。

電動車電池技術和關鍵生產測試

透過開路電壓測試 (OCV) 進行電池分級

電池分級是任何電池生產環境中的關鍵步驟之一,其中電池性能是最關鍵的。開路電壓 (OCV) 的測量能用於將電池分成以下等級:

  • A級 電池具有相對最長的使用壽命,較低的內部阻抗和相對更好的整體性能。使用於電動車等高功率應用環境。
  • B級 電池性能相對較差,使用壽命相對較短。使用於儲能相關應用。
  • C級 電池性能相對最差。使用於單電池便攜式應用環境。

製造商需要將最高品質的電池與可能具有內部缺陷 (如微短路或污染物) 的電池分開。電池的 OCV 可以被持續監測以觀察放電趨勢並進行性能的特性分析。這個過程可能需要數週時間才能觀察到 OCV 的變化 (幾十到幾百微伏)。

Keithley 的 DMM7510 是生產環境中 OCV 測試的完美解決方案。其 7.5 位測量解析度和卓越的精度意味著能夠測量更小的電壓變化並更快獲得結果。對於大批量應用,Keithley 3706A 系統開關與萬用表在一個大型機中能夠容納多達 576 個雙線通道,從而在不犧牲測試機架或工作台空間的情況下擴展您的測試負載。

透過電阻測量進行電池電極片和母線焊縫檢查

焊接是自動化生產系統中將電池電極片連接到電極以及將完整的電池連接在一起以形成電池組的常見做法。大型電池組可能有數十到數百個焊縫或接頭將電池連接到母線。

高品質的焊接接頭對電路造成的電阻很小,通常只有微歐姆程度。不良焊縫或接頭的測量值可能在毫歐姆範圍內,這可能導致性能問題和過熱,從而導致嚴重的熱失控事件。不良的焊縫幾乎不可能從視覺上識別出。

然而,在生產環境中,使用精密數位萬用表 (如 Keithley 3706A 系統開關和萬用表) 和電流源 (如 Keithley 2460 SMU) 進行電阻測量,可以快速識別焊接缺陷。SMU可以提供高達 7 安培的精確電流,而 DMM 能夠測量接頭低至微歐姆程度的電阻。3706A 中的高密度內置開關可實現更多的焊縫檢查,同時減少重新佈線。

Tab welds within battery cells and to busbars

常見的電池焊接位置。


瞭解更多:

測量電池組中的母線焊接電阻

Multipoint temperature measurements with multichannel DMM

使用多通道 DMM (如 3706A) 進行多點溫度測量。


瞭解更多:

使用 Keithley 3706A 系統開關與萬用表監測電池單元溫度

使用溫度資料記錄進行環境和安全測試

環境測試對於確保電池能夠承受極端環境條件並有效運行非常重要。熱測試也是安全性檢驗的重要部分。溫度測試雖可能因測試順序、電池類型和物理限制而有大幅不同,對電池的常見溫度測量包括以下:

  • 使用嵌入式感測器的電池或模組的內部溫度測試
  • 電池或模組的外部溫度測試
  • 監測電池組周圍環境溫度以了解其散熱狀態或確認環境條件。

電池的性能因溫度狀態改變而隨之改變,工程師需測量、記錄,並在特定情況下對電池進行特性分析,並在安裝時將其寫入電動車程式中。溫度亦為電池模組故障或熱失控的指標。

Keithley 3706A 系統開關與萬用表是一個高密度開關系統,每個主機有多達 576 個 2 線通道。可客製的開關配置能夠針對密度進行配置,提供更多監控點;亦可針對速度進行配置,執行快速溫度檢查。

透過開路電壓測試 (OCV) 量化電池自放電

電池在未連接時經常會隨時間的推移而自行放電,這是因為化學反應會在內部緩慢地自行逆轉。在理想情況下,這種內部自放電電流將非常小,因此電池可以更持久的保有其電量。具有內部缺陷 (例如微短路、隔膜中針孔或污染物) 的電池,電池自放電的速度可能隨著時間的推移比品質較好的電池來的更快。

這可能會導致電池組中的性能差和平衡問題,或者導致電池受到壓力。電池放電時開路電壓會降低,因此電池的開路電壓 (OCV) 可用於監控自放電行為。在將品管合格電池放入電池組之前,將合格電池與有缺陷的電池分開可能需要數周的持續監控,只是因為 OCV 變化可能只有數十到數百微伏。

Keithley 的 DMM7510 是使用 OCV 監測來測量自放電的完美解決方案。其 7.5 位解析度和卓越的精度意味著能夠測量更小的電壓變化並更快查看結果。對於大批量應用,Keithley 3706A 系統開關與萬用表在一個大型機中能夠容納多達 576 個雙線通道,從而在不犧牲測試機架或工作台空間的情況下擴展您的測試負載。

Ion flow in a battery cell causing self-discharge with Open Circuit Voltage Testing (OCV)

自放電是指,即使電池處於未連接狀態,離子也會在內部流動。

Using a Source Measure Unit to cycle an EV battery

使用 SMU 配置循環電池。


瞭解更多:

電池化成和老化解決方案

化成、老化與電池循環

電池單元製造過程中最重要的部分是化成和老化階段,電池的關鍵化學機制在此階段中建立。此過程的結果將直接影響電池未來使用壽命中的性能,並需進行化成後測試以識別未能正確化成的電池。

化成和老化需要電池以不同的速率反覆充電與放電。循環電池是許多其他測試的關鍵,包括建模和熱示性。

測試程序可能因電池化學成分、結構和測試配置而異。許多其他測試需要電池循環,因此測試解決方案必須能夠機動調整。

Keithley SMU 為充電和放電提供方便的單機解決方案。2400 系列圖形化觸控螢幕 SMU 可以準確地輸出高達 7 安培的直流電。這些 SMU 提供 TSP® Scripting Technology,使生產自動化變得簡單且高效。

透過直流內部電阻確保電池品質

具有高內部電阻的電池具有較低的性能和較高的故障風險,例如熱失控。內部電阻是固體電解質界面 (SEI) 層化成錯誤的指標,也可當作電池品質的評估標準。

Keithley 電源量測設備 (SMU) 為直流內部電阻測量提供方便的單機解決方案。2400 系列圖形化觸控螢幕 SMU 可以輸出精確的低電流並測量相應的電壓以計算內阻。

Measuring the internal resistance of a battery with a Source Measure Unit

使用 SMU 測量電池單元的直流內阻。

Measuring resistance in a battery electrode and contact

電池單元中的層。接觸電阻的測量進行於電極材質和集流體之間。

透過低電阻測量檢查電極接頭品質

集流體與捲到集流體上的電極材料之間的連接不良會增加電池的內阻。及早識別劣質電極可節省製造過程後期的時間和資源。

Keithley 6200 系列靈敏電流源與 2182A 納伏表配對,是電極上靈敏低電阻測量的完美組合。這種低電阻組合可測範圍低至數十奈歐姆,最大程度的保證電極的品質。

透過測量絕緣電阻確保電池隔離

電池短路可能導致危險故障風險。短路可能發生於電池內部,但是當絕緣失效或電池不正確的連接到電池組時,外部短路的風險亦會存在。確認電池電極與接地的隔離以及暴露於電流下的任何材料的絕緣品質,可防止以後發生嚴重故障。

Keithley 2470 高壓精密電源/量測設備 (SMU) 提供了一種簡單的單機解決方案以測量材料電阻。SMU 可以提供高達 1 kV 的電壓並計算材料的相應電阻。

Measuring insulation resistance between contacts and electric vehicle battery case

測量絕緣電阻。電池電極片應與機箱電氣隔離。

產品

Keithley DMM7510: 7½-Digit Graphical Sampling Digital Multimeter

Keithley DMM7510:7 位半數位圖形化取樣萬用電錶

  • 0.0014% DCV 準確度 (一年)
  • 每秒 1,000,000 讀數的數位器
  • 觸控式螢幕
Keithley Series 3700A Systems Switch/Multimeter

吉時利 3700A 系統切換/萬用電錶

  • 六插槽、576 個通道容量
  • 7 位半數位高精確量測
  • TSP-Link® 技術搭配 TSP® 處理,可在多個 3700A 或其他儀器上執行測試和進行控制
2470 SMU front image for product series

Keithley 2400 圖形化觸控式螢幕系列 SMU

  • 納米結構材料研究
  • 功率半導體 GaN,SiC
  • 生物感測器開發
  • 半導體裝置設計
  • 汽車感測器設計