德国Scienlab新能源汽车电池芯充放电测试系统

（BMW合作伙伴）

包括电池芯CELL/模组MODULE/电池包PACK的高效测试方案

Scienlab Cell samples Test System

电芯样品开发测试设备，可以测12个电芯样品

为电芯材料开发而设计的独特测试系统

遇到的挑战

目前的研究致力于确定新电池解决方案的材料组合，目标是提高功率和能量密度、安全性、耐久性以及降低储能设备的成本。创造电芯样品并对其进行测试以实现这一点。除了恒电流试验方法之外，循环伏安法还经常用作识别电极过程的分析方法。

对于详细的测试，被测器件（DUT）具有附加的参考电极。Scienlab电池测试系统提供了一种解决方案：

l   电压范围：-2..8V，-6..6V

l   输出电流：*多±5A

l   测量范围：±150 A，±5mA，±150mA，±5 A，自动范围切换

l   并联连接：2个通道，电流增加到10 A

l   控制模式：电流、电压、功率、电阻

l   每个通道中的可选阻抗谱

应用：

l   在研发、生产和质量保证方面对电芯化学和材料进行表征、选择和优化

l   用参比电极同时鉴定多达几百个电芯样本，例如圆形电芯、纽扣电芯和实验室电芯

l   电极过程的鉴定：恒电流和恒电位试验方法，以及循环伏安法等。

l   容量、能量、功率、电压、内阻和效率的测定

测量精度

电芯原型（cell prototypes）的成功塑造和开发需要精确的控制和极其精准的测量技术。富瑞博公司的Scienlab设备通过测量范围的自动切换，实现了电压测量精度为1mV、电流测量精度为0.03A的系统。此外，在每个通道中集成了温度测量装置。

参考电极的整合

结合参考电极对电极过程进行分析。这里，不仅要精确地记录与阳极和阴极电位相比的电位，而且在测量阶段要主动地集成参考电极。因此，我们的系统可以选择阳极/阴极、参考电极/阴极或参考电极/阳极之间的电压测量作为每个控制模式的实际值。这允许例如在循环伏安期间对参考电极电位进行主动控制。

紧凑灵活的设计

每个抽出功率级单元具有2个测试通道，这使得多达12个通道可以集成在一个19寸机架中。这使得系统非常紧凑。基于抽取单元的模块化设计还支持具有任意数量的通道的特定客户的解决方案，以便快速且低成本地适应未来的测试需求。每个通道都能自主工作。

人类工效学DUT适应

大量的通道是必需的，特别是当大量的电芯（例如按钮电池）被测试时，这些需要大量的布线。我们的系统可以方便地和人体工程学地适应电芯样本，而不用烦人的缠结电缆。根据客户应用情况，每个通道的负载和测量输出在前板上清晰显示，并且可以切换到测试系统后面的系统连接器。此外，紧凑的系统设计节省空间需求：例如，96通道系统只需要0.8×0.8 平方。

负载无关的电压和随时间推移产生的电流

根据电池电压绘制的电极电流

Energy Storage Discover（ESD）软件

Scienlab系统提供了结构清晰的测试和控制软件，称为Energy Storage Discover（ESD）。深受客户欢迎：

l   可选测试创建、控制、监测和评价

l   由于直观的操作概念，易于学习

l   用公共时间戳进行数据记录，以便对测量数据进行同步分析

l   在测试期间实时评估测量数据

l   用户友好的评价功能消除了对耗时的后处理的需要

l   使用清晰的图形和表来可视化大量测量数据，以及导出到所有通用文件格式

l   集成EIS和循环伏安法

l   技术资料

l   输出功率：40瓦

l   输出电压：-2...8V，-6...6V

l   输出电流：±5A连续电流

l   当前产出动态：

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

l   充电和放电之间的连续过渡，没有切换时间

l   模拟测量数据记录，电池电压与参比电极：

l   测量范围：-2...8V

l   测量精度：0,01%的全刻度，±1mV

l   模拟测量数据记录，电流：

l   测量范围：±150 A、±5mA、±150mA、±5 A

l   测量精度：实测值的0.01%±0.05%

l   自动测量范围切换

l   采样率：高达1kHz

l   控制测量精度内的精度

l   选择性电化学阻抗谱

l   温度测量：

l   测量范围-20...200°C(K型，其他应要求者)

l   在整个测量范围内测量精度2K

l   通信：以太网接口

电芯整体节能测试系统

挑战

电芯cell是每个储能装置的基础，直接影响电池模组modules和电池包packs的质量。因此，有必要对电芯早期阶段进行测试。根据电芯(例如固定或移动)的预期用途，需要对电芯特性进行各种测试以评估其性能能力。

解决方案

为了完成这项任务，Scienlab开发了极其可靠的测试系统，用于提供精确和可再现的测量结果。这确保了电性能可以精确的在大电流存在的情况下被记录下来(-90% - 90%:  0.8 ms typ.)。

用Scienlab ESD测试软件，不仅可以方便地控制和监测测试系统，而且可以方便地控制和监测测试环境中的组件（例如温度或气候室）。特别地，可以分析与电池特性相关的参数，例如内阻、效率、容量、循环寿命和日历寿命、对温度变化的反应和机械电阻。

模块化配置

电芯测试系统是模块化的，可以灵活装配的。这使其能够随时适应变化的需求。目前有各种不同的级别选择（100A、150A、200A、300A、600A）。每个系统可以具有任意数量的功率级别，这就是为什么系统可以根据需要由多个通道组成的原因。为了增加电流和功率需求，几个通道间可以并联连接。

通过能源效率降低成本

在分析总成本（TCO）时，不能否认操作测试实验室的成本是巨大的。在具有许多通道的耐久性测试方面，Scienlab的高效系统及其再生能力可以显著降低成本。一个系统中的所有通道都通过一个公共的中间电路在内部提供。在一个测试通道的放电过程中回收的能量可以用于对另一个测试通道进行充电。所需的能量从主供应网络取出，而任何不需要的能量则反馈到主网络。这意味着能量被非常有效地利用：从主网络提取的能量通常只占系统输出的10%。另一个优点是不需要额外的冷却系统，使系统更紧凑，并显著减少空间要求。

ESD软件中阻抗图可视化的实例

综合测量技术与选配

可靠和精确的测量技术对于测量电芯的特性是至关重要的。由于这个原因，我们的Scienlab系统具有：

l   温度和气候室的一体化设计

l   电流测量精度：高达测量值的0.05％+6mA

l   每个通道中有3个温度传感器

l   每个通道的CAN连接，用于记录、处理、存储和发送消息

l   选配：使用来自温度测量的源类型“恒定功率损耗”进行热测试（例如，确定热阻）

l   选配：每个通道的集成电化学阻抗谱（EIS）用于方便的频率测试——可以直接编程到测试过程中，而不改变DUT的接触

详细：

l   输出电压：0...6伏

l   输出电流：±100A，±150A，±200A，±300A，±600A（并联以增加电流和功率）

l   电流动态：-90%-90%：0.8毫秒类型。

l   电压测量精度：类型。150μV

l   电流测量精度：高达测量值的0.05％+6mA

l   每个通道有3个温度传感器和1个CAN连接

优点：

l   由于具有回收能力，即使在具有许多通道的耐久试验方面，高效和成本效益高的操作

l   模块化配置：任何数量的频道，并随时适应变化的需求

l   使用Scienlab软件ESD不仅方便地控制和监测测试系统，而且方便地控制和监测测试环境中的组件（例如温度或气候室）

l   通过测定内阻、效率、容量、循环寿命和日历寿命、对温度变化的反应、机械电阻等来精确表征电池。

l   用于节省空间的现场操作的紧凑尺寸

l   可选的：每个通道的集成电化学阻抗谱（EIS）——可以直接编程到测试过程中，而不改变DUT的接触