电池是电动汽车 (EV) 最重要的部件。为了确保电池符合其操作使用的性能规范，必须进行电气性能测试。这项测试的难点在于，EV 电池是大功率设备，测试 EV 电池时需要使用合适的功率仪器制定严格和精确的测试方案。本文将概述 EV 电池测试中最关键的测试，并介绍一些仪器选项，以帮助实现高效、简化的解决方案。

EV 电池制造过程

最常用的电动汽车电池类型是锂离子电池，因其能量密度高，并且能量可被快速提取用于车辆加速。电池的性能是决定电动汽车续航里程的重要因素。

在制造过程中，通过测试电池来获得最佳性能至关重要。图 1 展示了锂离子电池制造过程的各个步骤。制造商将大量锂离子电池以特定的串并联方式进行组合。最后一步需要通过化成和老化来调整电池。化成和老化过程涉及对电池充放电以稳定内部化学物质。该过程需要以不同的速率重复充电和放电。诸如可编程直流电源和可编程直流电子仪器之类的功率仪器可执行必要的测试。

图 1. 锂离子电池制造过程概览

EV 电池测试方法

电池最关键的性能测试是其放电和充电测试。放电时间决定了电池在一定距离内为车辆提供动力的能力。电池的充电时间决定了电池的健康状态以及充电速度。

另一项测试是电化学动态响应，用于测量电池的健康状态 (SoH)。该测试评估电池的动态响应。图 2 展示了满容量电池与只有 70% 容量的电池对脉冲的响应比较。

图 2. 电化学动态响应

可编程直流电子负载满足 EV 电池放电的要求。直流电子负载可以不同的速率对电池放电。一种有代表性的放电率是基于电动汽车在稳定速度下（通常是在高速公路上行驶时）所消耗的功率水平。该放电率预计约为 20 至 30 kW。具有适当容量的电子负载可以汲取由驱动功率/电池电压表示的可变电流。当电子负载的电压降至制造商建议的完全放电水平时，电子负载应自行与电池断开连接。图 3 说明了电池放电的测试电路。

进行电化学动态响应测试时，您需要一个可以产生脉冲负载的电子负载。如果选择具有此功能的负载，就无需结合使用外部电路和负载来形成脉冲。

图 3. 用电子负载为电池放电

可编程直流电源满足为电池充电的要求。一开始，电源必须使用恒定电流为放电电池充电。当电池电压达到制造商规定的充电阈值水平时，电源应切换至恒压模式。最后，当电池汲取的电流降至电池额定电流的 3% 以下时，电源应停止提供充电能量并终止充电循环。

电池制造商建议以 0.5 C 到 1 C 的充电率为锂离子电池充电。1 C 的充电率相当于用 1 A 电流充电 1 小时。EV 电池制造商以 Wh 为单位来评定电池容量。例如，额定功率为 1 kWh、额定电压为 400 V 的电池，其 Ah 额定值相当于 1 kWh/400 V = 2.5 Ah。因此，该电池的 1 C 充电率是指以 2.5 A 的充电电流充电 1 小时。0.5 C 充电率是指以 1.25 A 电流充电 2 小时。

图 4 展示了电池充电电路。由于传统的单象限电源会被流入电源的电流损坏，因此我们建议使用一个二极管来确保电池不能向电源放电。

图 4. 用电源为 EV 电池充电。二极管可防止电池电流流入并损坏电源。

选用尺寸合适的功率仪器

目前市场上的 EV 电池的工作电压在 200 V 到 800 V 之间。新型电池的电压范围趋向于 400 V 至 800 V 的更高电压范围，以提供更大的功率、更小的载流电缆、更长的行驶距离和更快的充电速度。因此，您的功率仪器的额定电压应高于待测电池的最大电压。您甚至可能希望电压容量高于 800 V，因为未来的一些车型可能会使用高达 1200 V 的电压。

家用电动汽车的 EV 电池功率从 16 kWh 到 100 kWh 不等。电池制造商通常建议以 0.5 C 到 1 C 的充电率为锂离子电池充电。因此，根据待测电池的容量，直流功率仪器的额定功率应至少为 1 C。如果您要测试容量非常大的电池，则需要最低 16 kW、最高 100 kW 的额定功率。

以电压高达 1200 V、功率高达 100 kW 的直流电源和电子负载为例。如需功率超过 30 kW，您可能需要并联电源和并联负载，才能获得所需的功率。

替代解决方案

电源和电子负载的替代测试解决方案是一款单一仪器，即双向直流电源。双向直流电源是一种双象限仪器，既可以拉电也可以灌电。作为电源，直流电源可以提供电流并为电池充电。作为负载，双向可编程直流电源可以灌电并充当电池负载。图 5 展示了单台仪器用于电池充放电测试的解决方案。该解决方案可以将电流从拉电模式无缝转换到灌电模式，因此无需使用额外电路来保护电源免受反向电流的影响。

图 5. 使用双向可编程直流电源为电池充电和放电

EA Elektro-Automatik 提供适合 EV 电池测试的双向可编程直流电源。请参见 EA-PUB 10000 6U – EA Elektro-Automatik (elektroautomatik.cn) 和双向可编程直流电源 | EA Elektro-Automatik (elektroautomatik.cn)。其重要特性包括：

• 真正的宽范围输出特性，可适应电池电压下降时增加的负载电流消耗
• 内置函数发生器，可为电化学动态响应测试生成负载脉冲波形
• 在单个 6U 机壳下提供 60 kW 的功率。任何其他功率仪器制造商均无法在如此小的外壳下提供如此高的功率。功率高达 60 kW，只需单台仪器即可提供完整的充放电解决方案。
• 用主-从总线并联多台仪器以简化互连和控制，用共享总线接口确保所有仪器均等的共用电源或负载。
• 能量可回收，以 96% 的效率将吸收的能量回馈到电网
• 使用多种接口接入电脑或 PLC 进行自动测试

EV 电池测试解决方案的开创者

EA Elektro-Automatik 为 EV 电池测试提供可靠的可编程产品，受到众多客户的青睐。如需了解更多详情，请参见 www.elektroautomatik.cn；如需获取技术支持，请发送邮件至 ea1974@elektroautomatik.cn。