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德國Scienlab新能源汽車電池芯充放電測試系統(tǒng)

（BMW合作伙伴）

包括電池芯CELL/模組MODULE/電池包PACK的高效測試方案

Scienlab Cell samples Test System

電芯樣品開發(fā)測試設備，可以測12個電芯樣品

為電芯材料開發(fā)而設計的獨特測試系統(tǒng)

遇到的挑戰(zhàn)

目前的研究致力于確定新電池解決方案的材料組合，目標是提高功率和能量密度、安全性、耐久性以及降低儲能設備的成本。創(chuàng)造電芯樣品并對其進行測試以實現(xiàn)這一點。除了恒電流試驗方法之外，循環(huán)伏安法還經(jīng)常用作識別電極過程的分析方法。

對于詳細的測試，被測器件（DUT）具有附加的參考電極。Scienlab電池測試系統(tǒng)提供了一種解決方案：

l電壓范圍：-2..8V，-6..6V

l輸出電流：*多±5A

l測量范圍：±150 A，±5mA，±150mA，±5 A，自動范圍切換

l并聯(lián)連接：2個通道，**電流增加到10 A

l控制模式：電流、電壓、功率、電阻

l每個通道中的可選阻抗譜

應用：

l在研發(fā)、生產(chǎn)和質(zhì)量保證方面對電芯化學和材料進行表征、選擇和優(yōu)化

l用參比電極同時鑒定多達幾百個電芯樣本，例如圓形電芯、紐扣電芯和實驗室電芯

l電極過程的鑒定：恒電流和恒電位試驗方法，以及循環(huán)伏安法等。

l容量、能量、功率、電壓、內(nèi)阻和效率的測定

**測量精度

電芯原型（cell prototypes）的成功塑造和開發(fā)需要精確的控制和極其精準的測量技術。富瑞博公司的Scienlab設備通過測量范圍的自動切換，實現(xiàn)了電壓測量精度為1mV、電流測量精度為0.03A的系統(tǒng)。此外，在每個通道中集成了溫度測量裝置。

參考電極的整合

結(jié)合參考電極對電極過程進行分析。這里，不僅要精確地記錄與陽極和陰極電位相比的電位，而且在測量階段要主動地集成參考電極。因此，我們的系統(tǒng)可以選擇陽極/陰極、參考電極/陰極或參考電極/陽極之間的電壓測量作為每個控制模式的實際值。這允許例如在循環(huán)伏安期間對參考電極電位進行主動控制。

緊湊靈活的設計

每個抽出功率級單元具有2個測試通道，這使得多達12個通道可以集成在一個19寸機架中。這使得系統(tǒng)非常緊湊。基于抽取單元的模塊化設計還支持具有任意數(shù)量的通道的特定客戶的解決方案，以便快速且低成本地適應未來的測試需求。每個通道都能自主工作。

人類工效學DUT適應

大量的通道是必需的，特別是當大量的電芯（例如按鈕電池）被測試時，這些需要大量的布線。我們的系統(tǒng)可以方便地和人體工程學地適應電芯樣本，而不用煩人的纏結(jié)電纜。根據(jù)客戶應用情況，每個通道的負載和測量輸出在前板上清晰顯示，并且可以切換到測試系統(tǒng)后面的系統(tǒng)連接器。此外，緊湊的系統(tǒng)設計節(jié)省空間需求：例如，96通道系統(tǒng)只需要0.8×0.8 平方。

負載無關的電壓和隨時間推移產(chǎn)生的電流

根據(jù)電池電壓繪制的電極電流

Energy Storage Discover（ESD）軟件

Scienlab系統(tǒng)提供了結(jié)構(gòu)清晰的測試和控制軟件，稱為Energy Storage Discover（ESD）。深受客戶歡迎：

l可選測試創(chuàng)建、控制、監(jiān)測和評價

l由于直觀的操作概念，易于學習

l用公共時間戳進行數(shù)據(jù)記錄，以便對測量數(shù)據(jù)進行同步分析

l在測試期間實時評估測量數(shù)據(jù)

l用戶友好的評價功能消除了對耗時的后處理的需要

l使用清晰的圖形和表來可視化大量測量數(shù)據(jù)，以及導出到所有通用文件格式

l集成EIS和循環(huán)伏安法

l技術資料

l輸出功率：40瓦

l輸出電壓：-2...8V，-6...6V

l輸出電流：±5A連續(xù)電流

l當前產(chǎn)出動態(tài)：

l上升時間-90...+90%，-4.5...4.5A: <10ms，UA=0V

l充電和放電之間的連續(xù)過渡，沒有切換時間

l模擬測量數(shù)據(jù)記錄，電池電壓與參比電極：

l測量范圍：-2...8V

l測量精度：0，01%的全刻度，±1mV

l模擬測量數(shù)據(jù)記錄，電流：

l測量范圍：±150 A、±5mA、±150mA、±5 A

l測量精度：實測值的0.01%±0.05%

l自動測量范圍切換

l采樣率：高達1kHz

l控制測量精度內(nèi)的精度

l選擇性電化學阻抗譜

l溫度測量：

l測量范圍-20...200°C(K型，其他應要求者)

l在整個測量范圍內(nèi)測量精度2K

l通信：以太網(wǎng)接口

電芯整體節(jié)能測試系統(tǒng)

挑戰(zhàn)

電芯cell是每個儲能裝置的基礎，直接影響電池模組modules和電池包packs的質(zhì)量。因此，有必要對電芯早期階段進行測試。根據(jù)電芯(例如固定或移動)的預期用途，需要對電芯特性進行各種測試以評估其性能能力。

解決方案

為了完成這項任務，Scienlab開發(fā)了極其可靠的測試系統(tǒng)，用于提供精確和可再現(xiàn)的測量結(jié)果。這確保了電性能可以精確的在大電流存在的情況下被記錄下來(-90% - 90%: 0.8 ms typ.)。

用Scienlab ESD測試軟件，不僅可以方便地控制和監(jiān)測測試系統(tǒng)，而且可以方便地控制和監(jiān)測測試環(huán)境中的組件（例如溫度或氣候室）。特別地，可以分析與電池特性相關的參數(shù)，例如內(nèi)阻、效率、容量、循環(huán)壽命和日歷壽命、對溫度變化的反應和機械電阻。

模塊化配置

電芯測試系統(tǒng)是模塊化的，可以靈活裝配的。這使其能夠隨時適應變化的需求。目前有各種不同的級別選擇（100A、150A、200A、300A、600A）。每個系統(tǒng)可以具有任意數(shù)量的功率級別，這就是為什么系統(tǒng)可以根據(jù)需要由多個通道組成的原因。為了增加電流和功率需求，幾個通道間可以并聯(lián)連接。

通過能源效率降低成本

在分析總成本（TCO）時，不能否認操作測試實驗室的成本是巨大的。在具有許多通道的耐久性測試方面，Scienlab的高效系統(tǒng)及其再生能力可以顯著降低成本。一個系統(tǒng)中的所有通道都通過一個公共的中間電路在內(nèi)部提供。在一個測試通道的放電過程中回收的能量可以用于對另一個測試通道進行充電。所需的能量從主供應網(wǎng)絡取出，而任何不需要的能量則反饋到主網(wǎng)絡。這意味著能量被非常有效地利用：從主網(wǎng)絡提取的能量通常只占系統(tǒng)輸出的10%。另一個優(yōu)點是不需要額外的冷卻系統(tǒng)，使系統(tǒng)更緊湊，并顯著減少空間要求。

ESD軟件中阻抗圖可視化的實例

綜合測量技術與選配

可靠和精確的測量技術對于測量電芯的特性是至關重要的。由于這個原因，我們的Scienlab系統(tǒng)具有：

l溫度和氣候室的一體化設計

l電流測量精度：高達測量值的0.05％+6mA

l每個通道中有3個溫度傳感器

l每個通道的CAN連接，用于記錄、處理、存儲和發(fā)送消息

l選配：使用來自溫度測量的源類型“恒定功率損耗”進行熱測試（例如，確定熱阻）

l選配：每個通道的集成電化學阻抗譜（EIS）用于方便的頻率測試——可以直接編程到測試過程中，而不改變DUT的接觸

詳細：

l輸出電壓：0...6伏

l輸出電流：±100A，±150A，±200A，±300A，±600A（并聯(lián)以增加電流和功率）

l電流動態(tài)：-90%-90%：0.8毫秒類型。

l電壓測量精度：類型。150μV

l電流測量精度：高達測量值的0.05％+6mA

l每個通道有3個溫度傳感器和1個CAN連接

優(yōu)點：

l由于具有回收能力，即使在具有許多通道的耐久試驗方面，高效和成本效益高的操作

l模塊化配置：任何數(shù)量的頻道，并隨時適應變化的需求

l使用Scienlab軟件ESD不僅方便地控制和監(jiān)測測試系統(tǒng)，而且方便地控制和監(jiān)測測試環(huán)境中的組件（例如溫度或氣候室）

l通過測定內(nèi)阻、效率、容量、循環(huán)壽命和日歷壽命、對溫度變化的反應、機械電阻等來精確表征電池。

l用于節(jié)省空間的現(xiàn)場操作的緊湊尺寸

l可選的：每個通道的集成電化學阻抗譜（EIS）——可以直接編程到測試過程中，而不改變DUT的接觸